Сервопривод или шаговый двигатель?
- Главная /
- Справочник /
- Сервопривод или шаговый двигатель?
В случаях, когда необходима высокая точность работы исполнительных механизмов, используют асинхронный электродвигатель с энкодером обратной связи. Однако в промышленных станках с особыми требованиями к точности позиционирования подобное оборудование не справится с задачами в силу ряда конструктивных недостатков — низкого момента на малых скоростях, проскальзывания ротора, инерции при разгоне и торможении. В таких случаях используются сервоприводы и шаговые двигатели.
Сервоприводы
В состав сервопривода входят серводвигатель и электронный блок управления (сервоусилитель или сервопреобразователь). В качестве серводвигателей наиболее широко применяют синхронные трехфазные электродвигатели, в которых установлены мощные постоянные магниты для улучшения динамических характеристик. Обязательным компонентом сервопривода также является энкодер. Как правило, он превосходит по своим параметрам обычные энкодеры, поставляемые отдельно. Его разрешение может достигать сотен тысяч импульсов на оборот, за счет чего достигается сверхточное позиционирование. Для примера, разрешение встроенных энкодеров сервоприводов Delta ASD-A2 составляет 1 280 000 имп/об.
Сервоусилитель получает два сигнала управления — сигнал задания скорости (или угла поворота) и сигнал обратной связи с энкодера. В результате сервопривод обеспечивает движение какой-либо механической нагрузки с большой точностью не только по скорости вращения, но и по углу поворота, который может быть выдержан до долей градуса.
Шаговые двигатели
Шаговый двигатель — это особый вид многофазного синхронного двигателя, дискретное вращение которого производится путем подачи импульсов напряжения на нужные обмотки статора. При этом ротор не имеет обмоток и состоит из магнитного материала.
Основной параметр шагового двигателя — его шаг, или количество шагов на оборот. Для одного полного оборота ротора необходимо строго определенное количество импульсов. Чем меньше шаг, тем большую точность позиционирования может обеспечить данный шаговый двигатель.
Управляющие импульсы формируются специальным драйвером, который получает задание с контроллера. При этом обратной связи не требуется, поскольку путем подсчета импульсов всегда можно узнать, на какой угол повернулся вал шагового двигателя, и сколько оборотов он сделал.
Преимущества сервоприводов
- Мощность серводвигателей может достигать 15 кВт, в то время как мощность шагового электродвигателя, как правило, не превышает 1 кВт.
- Бесшумность работы благодаря принципу действия и сверхточному исполнению конструкции.
- Скорость вращения в сервоприводах может достигать 10000 об/мин, в некоторых случаях и больше. У шаговых двигателей номинальная скорость вращения обычно не превышает 1000 об/мин вследствие падения момента и увеличения вероятности ошибок.
- Высокая энергоэффективность. Потребляемая мощность сервопривода пропорциональна нагрузке на валу. Для шагового электродвигателя потребляемая мощность одинакова вне зависимости от нагрузки.
- Наличие обратной связи обеспечивает точной информацией о повороте вала в любой момент времени. В шаговых двигателях возможно проскальзывание при перегрузке, накопление ошибки и потеря позиционирования.
- Большая плавность хода. В шаговых двигателях добиться плавности можно только путем применения специальных методов управления.
Преимущества шаговых двигателей
- Меньшая цена при одинаковой мощности в силу более простой конструкции двигателя и драйвера.
- Возможность работы на экстремально низких оборотах без ухудшения характеристик и применения редукторов.
- Более точное позиционирование, обусловленное конструкцией двигателя.
- Отсутствие необходимости в обратной связи.
- Для фиксации вала двигателя при останове достаточно снять с него напряжение. При останове серводвигателя необходимо расходовать мощность на удержание либо использовать электромеханический тормоз.
Применение
В промышленном оборудовании для выполнения задач позиционирования имеет смысл использовать и асинхронные двигатели с обратной связью, и сервоприводы, и шаговые двигатели.
Сервоприводы устанавливаются в тех узлах оборудования, где требуется точное позиционирование механизмов для их синхронизации с другими узлами. В частности сервоприводы широко используют в обрабатывающих станках.
Шаговые двигатели нашли наибольшее применение в станках с ЧПУ и в робототехнике.
На практике встречаются производственные линии, в которых в различных узлах используются все три типа электродвигателей.
Другие полезные материалы:
Выбор оптимального типоразмера электродвигателя
Как выбрать мотор-редуктор
Редуктор от «А» до «Я»
Никакого спама! Только полезная справочная информация.
Я согласен на обработку персональных данных
Шаговый двигатель в категории «Авто — мото»
Шаговый двигатель NEMA17 1.7A 17HS4401, 3D-принтер WL
Доставка по Украине
925.80 грн
462.90 грн
Купить
WebLine
Шаговый двигатель NEMA17 0.7A 17HS4023, 3D-принтер WL
Доставка по Украине
925.80 грн
462.90 грн
Купить
WebLine
Шаговый двигатель NEMA23 2.8A 23HS5628-8.0, 3D-принтер WL
Доставка по Украине
2 068.48 грн
1 034.24 грн
Купить
WebLine
Гибкая муфта 5×5мм шагового двигателя 3D-принтера WL
Доставка по Украине
214.
54 грн
107.27 грн
Купить
WebLine
Кронштейн угловой, крепление шагового двигателя NEMA17 42мм 3D-принтера WL
Доставка по Украине
389.44 грн
194.72 грн
Купить
WebLine
Шаговый двигатель NEMA17 1.7A 17HS4401 для 3D-принтера
Заканчивается
Доставка по Украине
по 370 грн
от 4 продавцов
435 грн
370 грн
Купить
MegaDeals — Оптовый интернет магазин
Шаговый двигатель NEMA17 0.7A 17HS4023 для 3D-принтера
Заканчивается
Доставка по Украине
по 370 грн
от 4 продавцов
435 грн
370 грн
Купить
MegaDeals — Оптовый интернет магазин
Шаговый двигатель 86HS6640A4-G15 c цилиндрическим редуктором (коэффициент редукции 1:15)
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
6 760 грн
Купить
CNCPROM
Шаговый двигатель с энкодером, замкнутого типа NEMA34 86HSE4N-B38 с гибридным серводрайвером HSS86
На складе в г.
Ровно
Доставка по Украине
8 560 грн
6 400 грн
Купить
CNCPROM
Шаговый двигатель с энкодером, замкнутого типа NEMA34 86HSE8N-B38 с гибридным серводрайвером HSS86
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
10 040 грн
8 327 грн
Купить
CNCPROM
Шаговый двигатель с энкодером, замкнутого типа NEMA34 86HSE12N-B38 с гибридным серводрайвером HSS86
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
11 428 грн
8 800 грн
Купить
CNCPROM
Шаговый двигатель с энкодером, замкнутого типа NEMA34 86HSE12N-BC38 с гибридным серводрайвером HSS758
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
9 600 грн
Купить
CNCPROM
Линейный шаговый двигатель на газовый котел Viessmann Wh2D, WB1B 7828748
На складе в г. Мукачево
Доставка по Украине
3 280 грн
Купить
ЗакСервис
Шаговый двигатель NEMA17 0.
7A 17HS4023, 3D-принтер
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
355 — 618 грн
от 2 продавцов
355 грн
Купить
Магазин «Freedelivery»
Шаговый двигатель NEMA23 2.8A 23HS5628-8.0, 3D-принтер
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
845 — 1 254 грн
от 2 продавцов
845 грн
Купить
Магазин «Freedelivery»
Смотрите также
Шаговый двигатель гибридный 1,89 Нм, FL57STH76-2804A-6,35, FULLING MOTOR
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
2 037.20 грн
Купить
ТОВ «Кюгель Украина»
Шаговый двигатель гибридный 1,01 Нм, FL57STH51-2804A-6,35, FULLING MOTOR
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
1 178.40 грн
Купить
ТОВ «Кюгель Украина»
Шаговый двигатель гибридный 8,5 Нм, FL86STh218-4208A-14, FULLING MOTOR
На складе в г.
Киев
Доставка по Украине
5 221.60 грн
Купить
ТОВ «Кюгель Украина»
Шаговый двигатель гибридный 4,5 Нм, FL86STH65-2808A-12, FULLING MOTOR
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
3 180.80 грн
Купить
ТОВ «Кюгель Украина»
Шаговый двигатель гибридный 4,6 Нм, FL86STH80-4204A-14, FULLING MOTOR
На складе в г. Киев
Доставка по Украине
3 660 грн
Купить
ТОВ «Кюгель Украина»
Шаговый двигатель драйвер ULN2003 (28BYJ-48) [#K-7]
На складе в г. Запорожье
Доставка по Украине
83 грн
Купить
Ardu.prom.ua (наложка НП от 150 грн!)
Шаговый двигатель NEMA17 1.7A 17HS4401, 3D-принтер
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
355 — 410 грн
от 3 продавцов
355 грн
Купить
Saga Market
Шаговый двигатель NEMA17 0.
7A 17HS4023, 3D-принтер
На складе
Доставка по Украине
355 грн
Купить
KRONS интернет- магазин
Шаговый двигатель NEMA17 1.5 A
Доставка по Украине
300 грн
Купить
Интернет магазин «Мобила»
Шаговый двигатель NEMA17 0.7A 17HS4023, 3D-принтер
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
по 355 грн
от 6 продавцов
355 грн
Купить
Магазин «Панас»
Шаговый двигатель NEMA17 1.7A 17HS4401, 3D-принтер
На складе в г. Ровно
Доставка по Украине
355 — 394 грн
от 5 продавцов
355 грн
Купить
Магазин «Панас»
Шаговый двигатель Nema 17 (38 мм, 0.42 Нм, 1.2 А, 1.8°)
На складе в г. Павлоград
Доставка по Украине
243 грн
Купить
Интернет магазин «Стек»
Шаговый двигатель NEMA17 1.7A 17HS4401, 3D-принтер
На складе
Доставка по Украине
355 — 742 грн
от 11 продавцов
742 грн
Купить
GoodStore | Подарки, Товары для дома и работы
Шаговый двигатель NEMA23 1.
8N/M 18kg 3A
Доставка по Украине
820 грн
Купить
ЧПУ и комплектующие
Шаговые двигатели. Множество размеров и версий мощности.
Шаговые двигатели с обратной связью как альтернатива двигателям BLDC
Технология шаговых двигателей долгое время считалась экономичной альтернативой приложениям, не требующим высокой производительности, обеспечиваемой серводвигателями. Благодаря привлекательной цене производства и сравнительно высокому соотношению крутящего момента к размеру они продолжали использоваться в приборостроении. Однако для вспомогательных осей в машиностроении предпочтение стали отдавать сервосистемам. Хотя сервоприводы часто были более дорогими из-за утомительного тестирования рамп, чтобы избежать резонансных полос, и из-за более сложных размеров из-за отсутствия обратной связи, их было легче вводить в эксплуатацию, и это делало их более привлекательными для производства ограниченными партиями. .
Эта тенденция была остановлена и даже обращена вспять в последние годы благодаря разработке управляемых шаговых двигателей с обратной связью.
В сочетании с более выгодной ценой системы шаговых двигателей, шаговые двигатели с обратной связью являются экономичной альтернативой сервосистемам. Тем не менее, системам с обратной связью не всегда удавалось вытеснить системы с обратной связью в традиционных приложениях с шаговыми двигателями, таких как автоматизация лабораторий или небольшие фрезерные станки с ЧПУ. Хотя технология с обратной связью и здесь дает преимущества, высокая стоимость энкодера, которая обычно намного превышает стоимость небольшого двигателя, как правило, препятствует широкому использованию этой технологии в этих приложениях. Кроме того, для этих приложений обычно достаточно точности позиционирования шаговых двигателей без энкодера.
Виртуальный энкодер заменяет реальный энкодер
Чтобы воспользоваться преимуществами ориентированного на поле управления в этих приложениях, Nanotec разработала безсенсорное, т.е. без энкодера, управление шаговыми двигателями, в котором фактическое положение а скорость ротора определяется «виртуальным энкодером» в контроллере.
Системы без датчиков уже много лет используются в двигателях BLDC, особенно в вентиляторах и насосах, не требующих управления положением. Во всех бессенсорных системах используется физический эффект, заключающийся в том, что двигатель индуцирует противодействующее напряжение (противоЭДС) во время работы, которое пропорционально скорости.
Простейший безсенсорный контроль заключается в прямом измерении противо-ЭДС, когда катушка обесточена в цикле коммутации. Однако по сравнению со стандартной активацией этот метод требует специального оборудования и стабилен только прибл. 10–20 % от номинальной скорости двигателя, ниже которой сигнал измерения слишком мал. По этой причине требовательные приложения теперь полагаются на системы, которые с помощью «наблюдателя» восстанавливают значения, которые не могут быть измерены напрямую, такие как скорость или противо-ЭДС, из других значений, измеренных контроллером тока. Ядром системы этого типа является точная модель двигателя, которая параллельно с реальным двигателем вычисляет значения, такие как ток в обмотке, на основе известных входных значений, таких как установленная ШИМ.
Все двигатели Plug & Drive от Nanotec реализуют управление, ориентированное на поле (замкнутый контур). BLDC и шаговые двигатели контролируются по полю в зависимости от нагрузки и отличаются только рабочими точками из-за разного количества полюсов.
Таким образом, оба этих типа двигателей ведут себя как сервоприводы постоянного тока. Положение ротора, необходимое для управления, или угол поля можно установить с помощью поворотного энкодера или бездатчикового метода, который описан ниже.
Без потерь на шаг, без резонансов
Критически важным фактором для качества контроллера на основе наблюдателя является хорошая модель используемого двигателя, как с точки зрения математических формул, так и с точки зрения констант двигателя подключенного двигателя.
Таким образом, перед нами стояла задача найти достаточно точную математическую модель двигателя, которую можно было бы полностью рассчитать в каждом цикле управления даже в небольшом микропроцессоре. В принципе, шаговые двигатели математически аналогичны двигателям BLDC, но имеют только две фазы вместо обычных трех фаз BLDC, а также демонстрируют некоторые особенности в модели на более высоких скоростях из-за большего количества полюсов.
Другим важным аспектом практического использования бездатчикового контроллера является идентификация параметров модели.
Контроллеры BLDC часто требуют большого количества параметров, зависящих от двигателя, которые часто не указаны в технических описаниях, но требуют значительных усилий для определения. Это также относится к системам, которые не реализуют «настоящее» бездатчиковое управление, а имеют только механизм обнаружения блокировки или упрощенное управление, снижающее номинальный ток двигателя в зависимости от нагрузки. Даже в этих случаях необходимо распознавать и настраивать пороговые значения, зависящие от двигателя.
Бессенсорная система от Nanotec, напротив, работает с очень небольшим количеством параметров, которые на самом деле не обязательно знать пользователю: процедура автоматической настройки измеряет подключенный двигатель и автоматически определяет все необходимые параметры.
В зависимости от типа двигателя информация о скорости и положении поступает в диапазоне от 100 до 250 об/мин. Эта информация столь же точна, как и у оптического энкодера с шагом 500 или 1000. Результирующее управление двигателем имеет такое же качество и крутящий момент, как и управление двигателем с помощью энкодера.
Даже ниже этого порогового значения безсенсорное управление все еще работает при температуре прибл. 10–25 об/мин. Однако его точность снижается с увеличением скорости, а также падает достижимый крутящий момент.
Напротив, на высоких скоростях бездатчиковая система работает лучше, чем поворотный энкодер, который всегда демонстрирует допуск на биение, что приводит к синусоидальной угловой ошибке. В стандартных энкодерах без собственных подшипников эта ошибка может достигать величины до ±1°, что приведет к вибрациям в замкнутом режиме на более высоких скоростях. С другой стороны, в виртуальных энкодерах ошибка на высоких скоростях имеет тот же порядок, что и погрешность угла шага двигателя (±0,09°). Кроме того, энкодеры всегда выдают цифровые дискретные значения положения. Особенно при низких разрешениях это приводит к колебаниям синхронизации двигателя. Значение виртуального энкодера, напротив, является непрерывным и постоянным.
Управление на основе наблюдателя делает ненужным использование двигателей с очень высокой противо-ЭДС, но недостатком которых является высокая индуктивность и, следовательно, более низкая динамика.
Наоборот: двигатели с очень малой индуктивностью и малым сопротивлением, а значит и с большим номинальным током, работают намного лучше.
Сочетание разомкнутого и замкнутого контура
Бездатчиковое управление особенно удобно для шаговых двигателей, поскольку его можно использовать не только для управления скоростью, но и для позиционирования в сочетании с управлением без обратной связи. Алгоритм без датчиков способен определять точность, с которой в данный момент оценивается скорость. Если сигнал становится слишком неточным при снижении скорости, система автоматически переключается в режим без обратной связи, и позиционирование по-прежнему возможно. Поскольку обычно на низких скоростях в режиме разомкнутого контура проходит всего несколько шагов, резонансы здесь не проблема. При перезапуске из состояния покоя требуется всего несколько градусов, чтобы вернуться в режим с обратной связью. Таким образом, бездатчиковая технология позволяет использовать преимущества ориентированного на поле управления практически во всех традиционных приложениях с шаговыми двигателями.
Шаговые двигатели | Прикладное движение
Что такое шаговый двигатель?
Шаговый двигатель определяется как устройство, нормальное движение вала которого состоит из дискретных угловых перемещений практически одинаковой величины при работе от последовательно переключаемого источника питания постоянного тока.
Шаговый двигатель представляет собой цифровое устройство ввода-вывода. Он особенно хорошо подходит для приложений, в которых управляющие сигналы представлены в виде цифровых импульсов, а не аналоговых напряжений. Один цифровой импульс на привод шагового двигателя или транслятор заставляет двигатель увеличивать угол движения на один точный угол. По мере увеличения частоты цифровых импульсов шаговое движение превращается в непрерывное вращение.
Типы шаговых двигателей
Существует три основных типа шаговых двигателей, хотя в промышленной автоматизации наиболее распространенным типом является гибридный тип:
- Активный ротор: постоянный магнит (PM)
- Реактивный ротор: переменное сопротивление (VR)
- Комбинация PM и VR: гибрид (HY)
Applied Motion Products в основном предлагает шаговые двигатели гибридного типа с углом шага 1,8°.
Тип с постоянным магнитом
Этот тип шагового двигателя имеет ротор с постоянным магнитом. Статор может быть аналогичен статору обычного 2- или 3-фазного асинхронного двигателя или иметь конструкцию, аналогичную штампованному двигателю. Последний тип является наиболее популярным.
A) Обычный тип с постоянными магнитами. На рис. 1 показана схема обычного шагового двигателя с ротором на постоянных магнитах. Показана двухфазная обмотка. На рис. 1а показана фаза А, на которую подается напряжение с положительной клеммой «А». Поле находится под углом 0°. Когда катушка намотана, как показано, северный полюс ротора также находится под углом 0°. Ступени двигателя указаны в Таблице I.
ТАБЛИЦА I
| Ступень | Положение Ротор и Вал | (Mechanical Degrees) Electromagnetic Field | Energization | Figure | |||||||
| phase | phase | ||||||||||
| A | A’ | B | B’ | ||||||||
| 0 | 0 | 0 | + | — | OFF | OFF | 1A | ||||
| 1 | 9082 | OFF | OFF | + 9082 | OFF | OFF | + 9082 | . 0082 | — | 1b | |
| 2 | 180 | 180 | — | + | off | off | 1c | ||||
| 3 | 270 | 270 | off | off | — | + | 1d | ||||
Вал совершает один оборот на каждый полный оборот электромагнитного поля в этом двигателе.
На рис. 2 показан тот же двигатель с обеими обмотками под напряжением. Важным отличием здесь является то, что результирующее электромагнитное поле находится между двумя полюсами. На рис. 2 поле сместилось на 45° относительно поля на рис. 1. В таблице II показана последовательность включения питания и положения ротора.
TABLE II
| Step | Position Rotor & Shaft | (Mechanical Degrees) Electromagnetic Field | Energization | Figure | ||||||||||||
| phase | phase | |||||||||||||||
| A | A | B | B ‘ | |||||||||||||
| 0 | 45 | 45 | + | — | + | — | 2A | + | — | 2A | + | — | 2A | + | — | 2A0082 |
| 1 | 135 | 135 | — | + | + | — | 2b | |||||||||
| 2 | 225 | 225 | — | + | — | + | 2c | |||||||||
| 3 | 315 | 315 | + | — | — | + | 2d | |||||||||
As in the one-phase-on energizing scheme, the shaft completes one revolution for каждый полный оборот электромагнитного поля.
Должно быть очевидно, что этот двигатель может работать на полшага; т. е. шаг с небольшим шагом. Это возможно путем объединения подачи питания, показанной на рис. 1, с показанной на рис. 2. На рис. 3 показаны схемы двигателя с полушаговым движением ротора. Последовательность включения и положение ротора показаны в таблице III.
ТАБЛИЦА III
| Ступень | Положение Ротор и Вал | (Механические градусы) Электромагнитный Field | Energization | Figure | |||
| phase | phase | ||||||
| A | A’ | B | B’ | ||||
| 0 | 0 | 0 | + | — | off | off | 3a |
| 1 | 45 | 45 | + | — | + | — | 3b |
| 2 | 90 | 90 | off | off | + | — | 3c |
| 3 | 135 | 135 | — | + | + | — | 3d |
Как и на предыдущих диаграммах, ротор и вал перемещаются под тем же углом, что и поле.
Обратите внимание, что каждый шаг приводил к повороту на 45° вместо 90° на предыдущей диаграмме.
Шаговый двигатель с постоянными магнитами может иметь бифилярную обмотку, чтобы избежать необходимости менять полярность обмотки. На рисунке 4 показана бифилярная обмотка, а в таблице IV показана последовательность подачи питания.
TABLE IV
| Step | Position Rotor & Shaft | (Mechanical Degrees) Electromagnetic Field | Energization | Figure | ||||||||||
| phase | phase | |||||||||||||
| A | B | C | D | |||||||||||
| 0 | 0 | 0 | on | off | off | off | 4a | |||||||
| 1 | 90 | 90 | OFF | OFF | на | OFF | 4B | |||||||
| 2 | 180 | 180 | OFF | на | 180 | OFF | на | OFF | ON | на | . 0103 OFF | 4C | ||
| 3 | 270 | 270 | OFF | OFF | OFF | на | 4D | на | 4D | 9084на | 4D | 90844444444444444444444444444444. Требуется меньше переключающих транзисторов.|||
Этот двигатель имеет пару катушек, окружающих ротор с постоянными магнитами. Катушки заключены в корпус из мягкого железа с зубьями внутри, взаимодействующими с ротором. Каждый корпус катушки имеет такое же количество зубцов, как и количество полюсов ротора. Корпуса смещены друг относительно друга в радиальном направлении на половину шага зубьев.| Step Angle Degrees | Steps Per Revolution |
| 1.8 | 200 |
| 3.6 | 100 |
| 3.75 | 96 |
| 7,5 | 48 |
| 40 | |
| 10 | 36 |
| 11.2555 | |
| 11.255592 | |
| 11.255592 | |
| 11.2555 | |
| 110082 | |
| 110082 3 | |
| 0103 32 | |
| 15 | 24 |
| 18 | 20 |
22. 5 | 16 |
| 30 | 12 |
| 45 | 8 |
| 90 | 4 |
Тип с переменным сопротивлением
Шаговый двигатель этого типа имеет электромагнитный статор с ротором из магнитомягкого железа, имеющим зубья и пазы, подобные ротору индукторного генератора переменного тока. В то время как двигатели с постоянными магнитами в основном являются 2-фазными машинами, для двигателей VR требуется как минимум 3 фазы. Большинство шаговых двигателей VR имеют 3 или 4 фазы, хотя доступны и 5-фазные двигатели VR.
Схема трехфазного двигателя VR показана на рис. 7. Показанный двигатель имеет 12 зубьев статора, 8 зубьев ротора и угол шага 15°. The energization sequence is shown in Table V.
TABLE V
| Step | Position Rotor & Shaft | (Mechanical Degrees) Electromagnetic Field | Energization Phase | ||
| A | B | С | |||
| 0 | 15 | 60 | on | off | off |
| 1 | 30 | 120 | off | on | off |
| 2 | 45 | 180 | off | OFF | на |
| 3 | 60 | 240 | на | OFF | OFF |
В VR STEP, на поле, поля.
На рис. 8 показана схема 4-фазного шагового двигателя с углом поворота 15°, при этом одна фаза находится под напряжением. Диаграмма возбуждения показана в Таблице VI.
TABLE VI
| Step | Position Rotor & Shaft | (Mechanical Degrees) Electromagnetic Field | Phases | |||
| A | B | C | D | |||
| 0 | 15 | -45 | on | off | off | off |
| 1 | 30 | -90 | off | on | off | off |
| 2 | 45 | -135 | off | off | on | off |
| 3 | 60 | 135 | off | off | off | on |
Обратите внимание на вращение электромагнитного поля.
Поле совершает большой скачок во вращении между шагами 2 и 3. Это характерно для двигателя, подключенного таким образом. На рис. 9 показан этот двигатель с двумя фазами, включенными одновременно. Вращение поля остается прежним. Способ исправить это показан на схеме на рисунке 10. Схемы на рисунках 8 и 9 иллюстрируют обмотки, соединенные 4N и 4S. Это указывает на магнитные полюса, когда они находятся под напряжением. Соединение катушки, показанное на рисунке 10, представляет собой симметричное соединение, называемое N-S-N-S из-за полярности катушки. Обратите внимание, что катушка фазы А имеет два южных полюса и не имеет северных полюсов для пути возврата потока. Вы можете быть уверены, что он будет. Поток будет возвращаться по пути наименьшего сопротивления, а именно через пары полюсов, ближайшие к двум зубьям ротора. Это зависит от положения ротора. Поток индуцирует напряжение в катушках, намотанных на полюс. Это индуцирует ток в обмотке, замедляющий ротор. Величина тока определяется напряжением на катушке.
Катушка с диодной фиксацией будет иметь больший ток, чем обмотка с резисторным диодом или стабилитроном. На рисунке 11 показана схема 4-фазного шагового двигателя VR с подключением N-S-N-S и двумя фазами, находящимися под напряжением. Обратите внимание на короткий путь потока между полюсами.
Часто необходимо уменьшить угол шага без использования зубчатого зацепления. Один из методов заключается в удвоении количества зубьев ротора и статора. Если бы двигатель был сконструирован так, как показано на рис. 7, зубья были бы тонкими и их было бы трудно заводить. Лучший способ сделать это показан на рисунке 12. Количество полюсов ротора и статора уменьшено.
На рис. 13 показана схема шагового двигателя с переменным сопротивлением с шагом 5°. Диаграмма двигателя VR с шагом 1,8° показана на рис. 14.
Двигатели с переменным некачественным.
Гибридный тип
Этот тип двигателя часто называют двигателем с постоянными магнитами.
Он использует комбинацию постоянного магнита и структуры с переменным магнитным сопротивлением. Его конструкция аналогична асинхронному двигателю. На рис. 15 показан упрощенный тип гибридного двигателя, иллюстрирующий его конструкцию. Ротор имеет две концевые детали (хомуты) с выступающими полюсами, расположенными на равном расстоянии друг от друга, но радиально смещенными друг от друга на половину шага зубьев. Их разделяет круглый постоянный магнит. Ярма имеют практически равномерный поток противоположной полярности. Статор изготовлен из многослойной стали. Двигатель, показанный на рисунке 15, имеет 4 катушки, расположенные в две группы по 2 катушки последовательно. Одна пара катушек называется фазой A, а другая — фазой B. Для показанного двигателя каждый полюс имеет один зубец.
Количество полных шагов на революцию может быть определена из следующей формулы:
часто изготавливаются с одним или двумя зубьями между каждым полюсом, чтобы облегчить намотку двигателя и уменьшить утечку потока между полюсами. Эта формула требует использования теоретического числа зубьев.
17 показан гибридный шаговый двигатель 5°. Обратите внимание, что ротор имеет 18 зубьев на каждом кольце, всего 36 зубьев. Широко распространенная гибридная диаграмма 1,8° показана на рис. 18.
Не включает ошибки из-за гистерезиса.
Биполярные приводы могут использоваться с 4-, 6- или 8-проводными двигателями. С 4- и 8-проводными двигателями биполярные приводы обычно более эффективны, чем однополярные.
Наиболее распространенными разрешениями микрошагов являются 10, 25 и 50 шагов на полный шаг, но доступно множество разрешений от 2 до 256 микрошагов на полный шаг.
Некоторые усилители (типы ШИМ) переключаются с постоянной частотой и регулируют рабочий цикл для управления током. Другие типы имеют фиксированное время отключения и регулируют частоту.
