Какой шаговый двигатель выбрать для ЧПУ?

Какие критерии определяющие для выбора?

Необходимо помнить, что по сравнению с обычными двигателями шаговые двигатели требуют для управления более сложных схем. И критериев не так много.

1. Параметр индуктивности.

Первым делом необходимо определить квадратный корень из индуктивности обмотки. Затем результат умножается на 32. Полученное в результате значение затем необходимо сравнить с напряжением источника, от которого подается ток на драйвер.

Эти числа не должны слишком сильно отличаться друг от друга. Двигатель будет нагреваться и издавать слишком много шума, если напряжение питания будет на 30 % или более выше достигнутого значения. Если меньше, крутящий момент уменьшается по мере увеличения скорости. Чем больше индуктивность, тем легче поддерживать высокий крутящий момент. Но для этого нужно подобрать драйвер с большим напряжением питания. Только в этом случае шаговый двигатель работает нормально.

1. График зависимости крутящего момента и скорости друг от друга.

Это позволит вам понять, насколько двигатель в принципе соответствует требованиям и техническим характеристикам.

Читайте также: Закон Кулона: формула, определение, сила взаимодействия зарядов, коэффициент

1. Параметры геометрической плоскости.

Особое внимание следует уделить диаметру вала, фланцу и длине двигателя.

Кроме того, рекомендуется тщательно изучить следующие показатели:

• Максимальный статический синхронизирующий момент.
• Момент инерции роторов.
• Ток внутри фазы номинальный.
• Суммарное сопротивление фаз омического типа.

Гибридный шаговый двигатель

Гибридный шаговый двигатель был разработан, чтобы объединить лучшие характеристики как реактивных двигателей, так и двигателей с постоянными магнитами, что привело к меньшему углу шага. Ротор гибридного шагового двигателя представляет собой намагниченный вдоль своей продольной оси цилиндрический постоянный магнит с радиальными зубьями из магнитомягкого материала.

Структура гибридного шагового двигателя (осевой разрез)

Статор обычно имеет две или четыре фазы, распределенные между парами различных полюсов. Обмотки статора могут иметь отвод от центра для униполярного управления. Обмотка центрального отвода выполнена бифилярной.

Гибридный шаговый двигатель (радиальное сечение)

Обратите внимание, что 48 зубьев на одной секции ротора смещены на половину шага зубьев λ относительно другой секции (рисунок ниже). Из-за этого смещения ротор фактически имеет 96 чередующихся полюсов противоположной полярности.

Ротор гибридного шагового двигателя

Зубья на стержнях статора совпадают с зубьями ротора, за исключением отсутствующих зубьев в пространстве между стержнями. Таким образом, один полюс ротора, скажем, южный полюс, может быть выровнен со статором в 48 отдельных положениях. Однако зубец на южном полюсе ротора смещен относительно северного зуба на половину шага зуба. Таким образом, ротор можно регулировать со статором в 96 отдельных положениях.

Соседние фазы статора гибридного шагового двигателя смещены относительно друг друга на четверть шага зубьев λ. В результате ротор перемещается с шагом в каждую четверть зуба при знакопеременном фазном возбуждении. Другими словами, для такого двигателя на один оборот приходится 2×96=192 шага.

• Шаговый гибридный двигатель имеет:
• шаг меньше, чем у реактивного двигателя и двигателя с постоянными магнитами;
• ротор представляет собой постоянный магнит с мелкими зубьями. Северный и южный зубья ротора смещены на половину шага для уменьшения шага;
• полюса статора имеют те же зубья, что и ротор;
• статор имеет не менее двух фаз;
• зубья соседних полюсов статора смещены на четверть шага, чтобы создать меньший шаг.

Классификация шаговых двигателей для ЧПУ

Советские модели

В станках часто используются шаговые двигатели индукторного типа производства СССР. Речь идет о моделях ДШИ-200-2 и ДШИ-200-3. Они имеют следующие характеристики:

Параметр	ДШИ-200-2	ДШИ-200-3
Потребляемая мощность	11,8 Вт	16,7 Вт
Ошибка обработки шага	3%	3%
Максимальный статический момент	0,46 нт	0,84 нт
Максимальная чистота впрыска	1000 Гц	1000 Гц
Напряжение питания	30 В	30 В
Потребляемый ток на фазу	1,5 А	1,5 А
Простой шаг	1,8 градуса	1,8 градуса
Масса	0,54 кг	0,91 кг

При выборе следует обратить внимание на наличие индекса ОС. Это специальная серия с военным признанием. Имеет более высокое качество изготовления, чем обычные модели.

Китайские модели

Ниже приведены примеры китайских шаговых двигателей с ЧПУ и их характеристики.

Параметр	Модель
JKM Nema 17 42-мм гибридный шаговый двигатель	ДЖК42ХС48-2504	JK42HS40-1704
Длина и т д	48	40	34
Потребляемый ток в фазе, А	2,5	1,7	1,33
Шаг (угловое перемещение), гр	1,8	1,8	1,8
Вес (кг	0,34	0,32	0,22

Биполярные шаговые двигатели для ЧПУ от CNC Technology

Параметр	Модель
86ХС156-5004	57ХС76-3004	42ХС48-1704А
Потребляемый ток в фазе, А	5	3	1,7
Шаг (угловое перемещение), гр	1,8	1,8	1,8
Индуктивность, мГн	6	3,5	2,8
Диаметр вала	четырнадцать	восемь	5

Зная критерии выбора и ориентируясь на предложения шаговых двигателей на рынке, вы сможете выбрать подходящую модель станка с ЧПУ. Самое главное покупать у надежных поставщиков.

О разновидностях двигателей

Для станка тип используемых шаговых двигателей является параметром не менее важным, чем остальные. Каждая модель оснащена своими характеристиками.

1. Биполярный чаще всего используется в связке с ЧПУ.

Самым большим преимуществом является возможность легко выбрать новый драйвер, если старый выйдет из строя. На малых скоростях сохраняется высокое удельное сопротивление.

1. Три фазы.

Они отличаются высокой скоростью. Актуально, если этому параметру уделяется наибольшее внимание при выборе.

1. Униполярный.

Это несколько типов двухполюсных двигателей, которые отличаются друг от друга и подбираются в зависимости от соединения обмотки.

Униполярные и биполярные шаговые двигатели

Термин униполярный или биполярный шаговый двигатель не совсем точен. Это не относится ко всему двигателю, а только к обмотке катушек. Хотя на практике очень часто можно четко определить, является ли данный шаговый двигатель униполярным или биполярным. Но также можно встретить шаговый двигатель, который может быть как «биполярным», так и «униполярным». Поэтому далее будем считать, что речь идет о ступенчатом способе управления, а не о его типе.

Биполярный шаговый двигатель

Биполярные шаговые двигатели имеют четыре провода. Они работают с двумя полностью изолированными друг от друга обмотками.

Эти шаговые двигатели достаточно сложны в управлении, ведь чтобы поменять местами магнитный полюс, нужно изменить направление тока в обмотке. И делается это двумя Н-мостами (восемь транзисторов).

Мы можем использовать всю длину катушки в каждой фазе, что приводит к высокому крутящему моменту.

Униполярный шаговый двигатель

Униполярные шаговые двигатели имеют пять проводов. Они работают с одной обмоткой с центральным отводом на фазу. Общий провод (COM) постоянно заземлен (чаще всего). Мы можем обратить магнитное поле, соединив контакты A или A’ (B или B’).

Благодаря такой конструкции для управления этим двигателем достаточно четырех транзисторов (вместо восьми, как в биполярных шаговых двигателях).

Но поскольку мы можем использовать только половину катушки в каждой фазе, эти шаговые двигатели имеют относительно низкий крутящий момент.

Биполярный или униполярный шаговый двигатель

Этот тип шагового двигателя имеет шесть проводов. Как видно на картинке, это комбинация униполярного и биполярного двигателей. Он имеет две обмотки, отделенные друг от друга, но они разделены пополам и выведены в виде двух дополнительных проводов. Это решение позволяет управлять обоими способами. В этом случае вы определяете больший крутящий момент или более простое управление.

Шаговый двигатель с постоянным магнитом

Шаговый двигатель с постоянными магнитами работает за счет взаимодействия между полюсами магнитов. Разные полюса (Ю — юг — С — север) притягиваются друг к другу, а такие же (Ю — Ю и С — С) отталкиваются. В результате шаговые двигатели этого типа имеют гораздо больший крутящий момент. В отличие от шагового двигателя с переменным магнитным сопротивлением, двигатель с постоянными магнитами не имеет плеч на роторе. Он построен как бы из нескольких магнитов, намагниченных попеременно и радиально. Разрешение мотора зависит от количества таких магнитов. Но чем больше этих магнитов, тем они меньше, а значит, тем меньше взаимодействуют с электромагнитами в статоре. В результате двигатель имеет меньший крутящий момент.

В следующем простом примере показан ротор с шестью магнитными полюсами. С двухполюсными электромагнитами это дает 12 полных шагов за оборот. Чаще всего встречаются моторы с 24 и даже 48 ступенями.

По поводу резонанса при средних частотах

Шаговые двигатели связаны с возникновением сильного резонанса. По сути, они действуют как маятник с грузом, подвешенным на пружине. Роль нагрузки выполняет ротор, а полем магнитной энергии является пружина. Собственные колебания имеют частоту, которая определяется двумя показателями:

1. Инерция ротора.
2. Сила тока.

Резонанс появляется, когда разница между фазой скорости и момента достигает 180 градусов. Это означает, что существует соответствие между скоростью и изменением магнитного поля. Движение становится быстрым при позиционировании на новом шаге. Крутящий момент падает из-за того, что большая часть энергии уходит на преодоление инерции.

Шаговые синхронные двигатели активного типа

В отличие от синхронных машин с непрерывным вращением, шаговые двигатели имеют на статоре ярко выраженные полюса, на которых расположены катушки управления. Рассмотрим принцип работы шагового двигателя активного типа на примере двухфазного двигателя.

Существует два типа двигателя с обмоткой ковра: симметричный и асимметричный.

При симметричной системе коммутации одинаковое количество управляющих обмоток возбуждается во всех четырех циклах.

При несимметричной системе коммутации четным и нечетным циклам соответствует разное количество возбуждаемых обмоток управления.

Ротор шагового двигателя активного типа представляет собой постоянный магнит, с числом пар полюсов больше 1, выполненный в виде «звезды».

Числом циклов КТ системы управления называют число состояний переключателя в периоде срабатывания Т. Как видно из рисунков, для симметричной системы управления КТ=4, а для несимметричной КТ=8.

В общем случае число циклов КТ зависит от числа обмоток управления (фаз статора) mу и может быть рассчитано по формуле:

КТ = мун1п2,

где: n1=1 — при симметричной системе связи;

n1=2 — с несимметричной системой сцепления;

n2=1 — для однополярного включения;

n2=2 — для двуполярного включения.

При однополярном переключении ток в обмотках управления течет в одном направлении, а при двухполярном переключении — в обоих направлениях. Синхронизирующий (электромагнитный) момент машины является результатом взаимодействия потока ротора и дискретного вращающегося магнитного поля статора. Под действием этого момента ротор стремится занять такое положение в пространстве машины, при котором оси потоков ротора и статора совпадают. Мы рассмотрели шаговые синхронные машины с одной парой полюсов (p=1). Настоящие шаговые микродвигатели являются многополюсными (p>1). В качестве примера возьмем двухполюсный трехфазный шаговый двигатель.

Двигатель с p парами полюсов имеет зубчатый ротор в виде звезды с равномерно распределенными по окружности постоянными магнитами 2р. Для многополюсной машины угловой шаг ротора равен:

αш=360/Ктр

Чем меньше шаг на станке, тем точнее (по абсолютной величине) будет отрабатываться угол. Увеличение числа пар полюсов связано с технологическими возможностями и увеличением потока рассеяния. Поэтому р=4…6. Обычно шаг ротора активных шаговых двигателей составляет десятки градусов.

Реактивные шаговые двигатели

Активные шаговые двигатели имеют существенный недостаток: они имеют большой шаг, который может достигать десятков градусов.

Реактивные шаговые двигатели позволяют снизить скорость вращения ротора. В результате могут быть получены шаговые двигатели с угловым шагом в доли градуса.

Отличительной особенностью реактивного мотор-редуктора является расположение зубьев на полюсах статора.

При большом числе зубьев ротора Zr угол поворота много меньше угла поворота поля статора.

Величина углового шага реактивного шагового двигателя для редуктора определяется выражением:

αsh=360/KtZr

В выражении для КТ значение n2 необходимо принять равным 1, так как изменение направления поля не влияет на положение ротора.

Электромагнитный синхронизирующий момент реактивного двигателя обусловлен, как и у обычного синхронного двигателя, разной величиной магнитного сопротивления по продольной и поперечной осям двигателя.

Основным недостатком шагового реактивного двигателя является отсутствие синхронизирующего момента при обесточивании обмотки статора.

Увеличение степени редукции шаговых двигателей, как активных, так и реактивных, может быть достигнуто применением двух-, трех- и многоблочных конструкций. Зубья статора каждого пакета смещены относительно друг друга на часть шага зубьев. При числе пакетов два этот сдвиг равен 1/2 деления зуба, если три — то 1/3 и т д., причем оси их полюсов полностью совпадают. Такая конструкция сложнее в изготовлении и дороже, чем одинарный корпус, а кроме того требует сложного переключателя.

Индуктивные (гибридные) шаговые двигатели. Стремление объединить преимущества активного шагового двигателя (большой удельный синхронизирующий момент на единицу объема, наличие фиксирующего момента) и реактивного шагового двигателя (малый размер шага) привело к созданию гибридных индукторных шаговых двигателей.

В настоящее время существует большое количество различных конструкций асинхронных двигателей, отличающихся числом фаз, размещением обмоток, способом крепления ротора при обесточенном статоре и т д конструкцией воздушного зазора. При этом синхронизирующий момент асинхронного шагового двигателя носит реактивный характер и создается силой намагничивания обмоток статора, а постоянный магнит, размещенный либо на статоре, либо на роторе, создает прижимной момент, удерживающий ротор двигателя в заданном положении при отсутствии тока в обмотках статора.

По сравнению с реактивным шаговым двигателем асинхронный шаговый двигатель с тем же размером шага имеет больший синхронизирующий момент, лучшие энергетические и динамические характеристики

Устройство и принцип работы

Рис. 1. Принцип работы шагового двигателя

На рис. 1 показаны 4 обмотки, относящиеся к статору двигателя, причем их расположение расположено так, что они находятся под углом 90º друг к другу. Из чего следует, что такой станок характеризуется размером шага 90º.

В момент подачи напряжения U1 на первую обмотку ротор перемещается на те же 90º. При поочередной подаче напряжения U2, U3, U4 на соответствующие обмотки вал будет продолжать вращаться до полного оборота. Затем цикл повторяется снова. Для изменения направления вращения достаточно изменить порядок подачи импульсов на соответствующие обмотки.

Линейные шаговые синхронные двигатели

При автоматизации производственных процессов очень часто возникает необходимость перемещения объектов в плоскости (например, в графопостроителях на современных компьютерах и т д.). В этом случае необходимо использовать преобразователь вращательного движения в поступательное с помощью кинематического механизма.

Линейные шаговые двигатели преобразуют импульсную команду непосредственно в линейное движение. Это позволяет упростить кинематическую схему для различных электростанций.

Статор линейного шагового двигателя представляет собой пластину из магнитомягкого материала. Намагничивание магнитопроводов осуществляется постоянным магнитом.

Зубья статора и подвижной части двигателя одинаковы. Зубчатые деления внутри магнитопровода ротора смещены на половину зубчатого деления t/2. Шаги второго магнитопровода сдвинуты относительно шагов первого магнитопровода на четверть шага t/4. Магнитное сопротивление току смещения не зависит от положения подвижной части.

Принцип работы линейного шагового двигателя такой же, как и у асинхронного шагового двигателя. Разница лишь в том, что при взаимодействии тока обмоток управления с переменной составляющей потока смещения создается не момент, а сила FС, которая перемещает подвижную часть так, что зубья статора упираются в зубья этого магнитопровода, т.е с четвертью зубчатого деления t/4.

ΔXш=tz/Кт

где Kt – количество циклов цепи управления.

Для перемещения объекта в плоскости по двум координатам используются двухкоординатные линейные шаговые двигатели.

В линейных шаговых двигателях используется магнитно-пневматическая подвеска. Ротор притягивается к статору магнитным притяжением полюсов ротора. Через специальные форсунки под ротор нагнетается сжатый воздух, который создает силу отталкивания ротора от статора. При этом между статором и ротором создается воздушная подушка, и ротор подвешивается над статором с минимальным воздушным зазором. Это обеспечивает минимальное сопротивление движению ротора и высокую точность позиционирования.

Примеры расчетов шаговых двигателей для ЧПУ

Определяем силы, действующие в системе

Рассчитываем мощность

Формулы ниже представлены без учета инерции вала самого шагового двигателя и других вращающихся механизмов. Поэтому для большей точности рекомендуется увеличивать или уменьшать требования к ускорению на 10%.

Для расчета мощности шагового двигателя используйте формулу F=ma, где:

Для определения механической силы необходимо сопротивление умножить на скорость.

Рассчитываем редукцию оборотов

Он определяется исходя из номинальной скорости сервопривода и максимальной скорости стола. Например, скорость движения 1000 мм/мин, шаг ШВП 10 мм. Тогда скорость вращения ШВП должна быть (1000/10) 100 об/мин.

Для расчета коэффициента уменьшения учитывайте номинальную скорость сервопривода. Например, они равны 5000 об/мин. Тогда уменьшение будет равно (5000/100) 50.

Шаговый двигатель с постоянными магнитами

Шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет ротор с постоянными магнитами. Статор обычно имеет две фазы.

По сравнению с реактивными двигателями шаговые двигатели с активным ротором создают большие крутящие моменты, обеспечивая фиксацию ротора при снятии управляющего сигнала. Недостатком двигателей с активным ротором является большой угловой шаг (7,5-90°). Это связано с технологическими трудностями изготовления ротора на постоянных магнитах с большим числом полюсов. Если угол фиксации составляет от 7,5 до 90 градусов, это скорее шаговый двигатель с постоянными магнитами, чем гибридный шаговый двигатель.

Обмотки могут иметь резьбу посередине для униполярного режима. Биполярное управление требуется для управления обмотками без центрального ответвления.

• Таким образом, по типу обмоток различают два типа шаговых двигателей:
• однополярный (униполярный),
• биполярный (биполярный).

Униполярный (однополярный) шаговый двигатель

Униполярный шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет по одной обмотке на фазу с отводом посередине. Каждая секция обмотки включается отдельно.

Таким образом, расположение магнитных полюсов может быть изменено без изменения направления тока, а схема переключения может быть выполнена очень легко (например, на транзисторе) для каждой обмотки. Как правило, центральный ответвитель каждой фазы является общим, что приводит к трем выходам на фазу, а всего к шести для обычного двухфазного двигателя.

Простота обращения с униполярными двигателями сделала их популярными среди любителей, и они, вероятно, являются самым дешевым способом получить точное угловое движение.

Схема униполярного двухфазного шагового двигателя
Принципиальная схема биполярного двухфазного шагового двигателя

Биполярный шаговый двигатель

Биполярные двигатели имеют по одной обмотке на фазу. Для изменения магнитной полярности полюсов необходимо изменить направление тока в обмотке, для этого схема управления должна быть более сложной, обычно с Н-мостом. Биполярный шаговый двигатель имеет два выхода на фазу и не имеет общего выхода. Поскольку в биполярном двигателе пространство лучше используется, такие двигатели имеют лучшее соотношение мощности и рабочего объема, чем униполярные двигатели. У униполярного двигателя в два раза больше проводников в том же объеме, но в работе используется только половина из них, а двухполярный двигатель сложнее в управлении.

Управление шаговым двигателем с постоянными магнитами

Для привода шагового двигателя с постоянными магнитами на обмотки подается фазированный переменный ток. На практике это почти всегда прямоугольная волна, генерируемая источником постоянного тока. Биполярная система управления генерирует сигнал прямоугольной формы, меняющийся от плюса к минусу, например, от +2,5 В до -2,5 В. Униполярная система управления изменяет направление магнитного потока катушки с помощью двух сигналов, подаваемых попеременно на противоположные клеммы катушки относительно ее центральной ветви.

• Есть несколько способов управления:
• волна,
• полный шаг,
• полушаг.

Волновое управление

Самый простой способ управления шаговым двигателем — волновое управление. При таком управлении одновременно возбуждается только одна обмотка. Но этот способ управления не обеспечивает максимально возможный момент.

Размещение ротора шагового двигателя в волновом управлении

Шаговый двигатель с постоянными магнитами может иметь другую схему соединения обмоток статора.

Волновое управление биполярным шаговым двигателем

На рисунке выше показана схема биполярного шагового двигателя и биполярные сигналы управления. При таком управлении к двигателю применяются обе полярности («+» и «-«). Магнитное поле катушки вращается из-за смены полярности управляющих токов.

Волновое управление униполярным шаговым двигателем

На рисунке выше показана схема униполярного шагового двигателя и униполярные сигналы управления. Поскольку для управления униполярным шаговым двигателем требуется только одна полярность, это значительно упрощает схему системы управления. Для этого требуется генерация четырех сигналов, так как для создания переменного магнитного поля в катушке необходимы два однополярных сигнала.

Переменное магнитное поле, необходимое для работы шагового двигателя, может создаваться как униполярным, так и биполярным образом. Однако для униполярного управления обмотки двигателя должны иметь отвод от центра.

Шаговый двигатель с постоянными магнитами может иметь другую схему соединения обмоток статора. Схемы подключения шагового двигателя показаны на рисунке ниже.

4-выходная схема биполярного шагового двигателя 5-выходная схема униполярного шагового двигателя 6-выходная схема униполярного шагового двигателя 8-выходная схема шагового двигателя

4-контактный шаговый двигатель может управляться только биполярным способом. 6-контактный двигатель предназначен для униполярного привода, хотя он также может управляться биполярным способом, если игнорировать центральные контакты. 5-контактный двигатель может управляться только униполярным способом, так как общий центральный контакт соединяет обе фазы. Конфигурация с 8-контактным двигателем встречается редко, но обеспечивает максимальную гибкость. Такой мотор можно подключить для управления так же, как 6-ти или 5-ти контактный мотор. Пара обмоток может быть соединена последовательно для слаботочного высоковольтного биполярного управления или параллельно для сильноточного низковольтного управления.

• 8-контактные двигатели могут быть подключены в нескольких конфигурациях:
• однополярный;
• биполярный с последовательным соединением. Больше индуктивность, но меньше ток обмотки;
• биполярный с параллельным подключением. Больше ток, но меньше индуктивность;
• биполярные с одной обмоткой на фазу. В этом методе во время работы используется только половина обмоток двигателя, что снижает доступный крутящий момент на низких скоростях, но требует меньшего тока.

Полношаговое управление

Полноступенчатое управление обеспечивает больший крутящий момент, чем управление помпажем, поскольку обе обмотки двигателя включаются одновременно. Положение ротора при полном ступенчатом управлении показано на рисунке ниже.

Размещение ротора шагового двигателя в режиме полного шагового управления
Полношаговое управление биполярным шаговым двигателем

Полноступенчатое биполярное управление, показанное на рисунке выше, имеет ту же стадию, что и волновое управление. Униполярное управление (не показано) потребует двух однополярных управляющих сигналов для каждого биполярного сигнала. Однополярное управление требует менее сложной и дорогой системы управления. Дополнительные затраты на биполярное управление оправданы, когда требуется более высокий крутящий момент.

Полушаговое управление

Шаг для заданной геометрии шагового двигателя уменьшается вдвое. Полушаговое управление обеспечивает большее разрешение при позиционировании вала двигателя.

Размещение ротора шагового двигателя в полушаговом управлении

Полушаговое управление — сочетание волнового управления и полношагового управления с питанием поочередно: сначала на одну обмотку, затем подает питание на обе обмотки. При таком контроле количество ступеней удваивается по сравнению с другими методами контроля.

Полушаговое управление биполярным шаговым двигателем

Что нужно учитывать при выборе шагового двигателя?

 Недостатки

• скорость шаговых двигателей не очень высока от единиц до десяти оборотов в секунду
• при увеличении скорости удерживающий момент (Нм
• относительно высокое энергопотребление
• высокая теплопередача
• если нагрузка слишком высока, может произойти пропуск шагов

Как устроен шаговый двигатель?

Шаговый двигатель, как и классический двигатель постоянного тока, состоит из ротора и статора. Статор представляет собой неподвижную часть, а ротор, установленный на двух подшипниках, вращается с помощью магнитного поля. Статор — изготовлен из стали или другого металла, действует как рама для поддержки электромагнитов, которые представляют собой катушки, установленные в определенных местах вокруг ротора. Когда ток течет по катушкам, вокруг них образуется магнитное поле. Отдельные магнитные поля имеют направление и интенсивность в зависимости от силы и направления тока, протекающего через данную катушку.

Об энкодерах и драйверах, подключениях

Для управления устройством требуются специальные драйверы. Они подключаются к портам LTP на персональных компьютерах. Из программы идет генерация сигналов, которые затем принимаются драйверами. После этого двигатель получает определенные команды. Подача тока на обмотки позволяет организовать работу всего устройства. Программное обеспечение позволяет легко контролировать:

• По объему двигателя.
• Для скоростей.
• По тропам.

Водитель — это единица, отвечающая за управление всем двигателем. Формирование управляющего сигнала происходит при участии специального контроллера. Что предполагает подключение к устройству четырех выводов шагового двигателя одновременно. Из блока питания поступает энергия, отрицательная и положительная, и она подключается к двигателям для дальнейшей работы.

От контроллера ПУ сигналы идут к драйверу. Затем организуется технологический контроль, где меняются ключи, составляющие цепь с питающим напряжением. Последний идет от блока питания к двигателю, проходит через ключи.

Подключение шагового двигателя

Для управления обмотками необходимо устройство, способное подавать управляющий импульс или серию импульсов в определенной последовательности. Такие блоки представляют собой полупроводниковые устройства для подключения шагового двигателя, драйверов микропроцессоров. Там, где имеется набор выходных клемм, каждая из них определяет способ подачи питания и режим работы.

В зависимости от схемы подключения должен использоваться тот или иной выход шагового блока. При различных вариантах подведения определенных клемм к выходному сигналу постоянного тока достигается определенная скорость вращения, шаг или микрошаг линейного перемещения в плоскости. Так как для одних задач нужна низкая частота, а для других высокая, тот же движок может задавать параметр за счет драйвера.

Типичные схемы подключения ШД

В зависимости от того, сколько контактов представлено на том или ином шаговом двигателе: 4, 6 или 8 контактов, будет различаться и возможность использования той или иной схемы подключения. Посмотрите на картинки, вот типовые варианты подключения шагового механизма:

Схемы подключения для разных типов шаговых двигателей

Предполагая, что основные полюса шагового двигателя приводятся в действие от одного и того же драйвера, по этим схемам можно отметить следующие характерные особенности работы:

• Выходы однозначно подключаются к соответствующим клеммам на устройстве. Когда обмотки соединены последовательно, это увеличивает индуктивность обмоток, но уменьшает ток.
• Дает проходное значение электрических свойств. В параллельной цепи ток увеличивается, а индуктивность уменьшается.
• При включении в одну фазу на обмотку уменьшается момент на малых скоростях и уменьшается величина токов.
• При подключении выполняет все электрические и динамические характеристики по паспортным, номинальным токам. Схема управления значительно упрощена.
• Выдает гораздо больший крутящий момент и используется для высоких скоростей;
• Как и предыдущий, он предназначен для увеличения крутящего момента, но используется для низких оборотов.

Фильтр магистральный HD060P

Цену уточняйте у шефа

Управление шаговым двигателем

Работа ступенчатого агрегата может осуществляться несколькими способами. Каждый из них отличается способом подачи сигналов на пары полюсов. Всего огневой тракт различают по способу активации обмотки.

Волна – в этом режиме возбуждается только одна обмотка, к которой притягиваются полюса ротора. В то же время шаговый двигатель не способен тянуть большую нагрузку, так как выдает только половину крутящего момента.

Волновой контроль

Полный шаг — в этом режиме происходит одновременное переключение фаз, то есть возбуждаются обе одновременно. За счет этого обеспечивается максимальный крутящий момент, при параллельном или последовательном соединении обмоток будет создаваться максимальное напряжение или ток.

Полный пошаговый контроль

Полушаг — это комбинация двух предыдущих способов коммутации обмоток. При реализации в шаговом двигателе поочередно подается напряжение сначала на одну катушку, а затем сразу на две. Это обеспечивает лучшую фиксацию на максимальной скорости и в несколько шагов.

Полушаговое управление

Для более плавного управления и преодоления инерции ротора используется микрошаговое управление, когда синусоида сигнала выполняется микрошаговыми импульсами. Благодаря этому силы взаимодействия магнитопроводов в шаговом двигателе изменяются более равномерно и в результате движения ротора между полюсами. Позволяет значительно уменьшить рывки шагового двигателя.

Без контроллера

Система Н-моста используется для управления бесколлекторными двигателями. Что позволяет переключать полярность для реверсирования шагового двигателя. Его можно выполнить на транзисторах или микросхемах, создающих логическую цепочку для перемещения ключей.

Схема Н-моста

Как видите, от источника питания V на мост подается напряжение. При попарном соединении контактов S1 — S4 или S3 — S2 по обмоткам двигателя будет протекать ток. Что вызовет вращение в ту или иную сторону.

Характеристики

Поскольку шаговый двигатель не рассчитан на постоянное вращение, в параметрах не указана мощность. Шаговый двигатель — это двигатель малой мощности по сравнению с другими электродвигателями.

Одним из определяющих параметров шагового двигателя является шаг ротора, т.е угол поворота ротора, соответствующий импульсу. Шаговый двигатель делает один шаг в единицу времени в момент смены управляющих импульсов. Величина шага зависит от конструкции двигателя: количества обмоток, полюсов и зубьев. В зависимости от конструкции двигателя величина шага может варьироваться от 90 до 0,75 градуса. Используя систему управления, все еще можно добиться сокращения пути вдвое, используя правильный метод управления.