Содержание
Для работы любого электро устройства нужны приводные механизмы. В системах, где требуется точность позиционирования, применяется шаговый двигатель. Расскажем подробнее в чем его отличие от обычного агрегата, принцип работы и какие есть виды.
В чем особенность шагового двигателя
Задача любого электродвигателя – преобразовать электроэнергию в механическую. Особенность шагового агрегата – способ вращения приводного вала. Он вращается непостоянно, а поступательно – шагами. Отсюда и появилось такое название устройства. Шаги – это части одного оборотного круга. Размер шажка зависит от технических характеристик и контроллера.
Вторая особенность – способ питания (импульсный). Каждый новый преобразуется в градус. Именно на эту величину и поворачивается вал. Узнать размер шага просто. Например, агрегат с маркировкой 1.80 каждую секунду (именно в такой промежуток подается импульс) совершает шаг на 1.8 градуса.
Шаговый двигатель – принцип работы
Основные узлы:
- статор – многофазный. Представлен катушками с обмоткой;
- ротор – магниты с ярковыраженными полюсами или тонкими зубьями. Без контактных кольцевых элементов и коллекторов
- разные типы шаговых агрегатов отличаются конструктивно – по способу присоединения обмоток. Очередность включения последних Например, простая конструкция двигателя с 4 обмотками, расположенными под прямым углом относительно друг друга. При этом катушки не соединены друг с другом. Катушки работают поочередно, угол поворота составляет 90 градусов. Ток идет каждую секунду, обеспечивая поворот вала на четверть оборота.
Рабочие характеристики шагового двигателя
Как уже отмечалось – вал такого силового агрегата вращается циклично (шагами). Поэтому в его характеристиках отсутствует показатель мощности. Шаговый двигатель относят к маломощным агрегатам.
Для подобного устройства важной характеристикой является шаг ротора. Последний представляет собой угол поворота, совершаемый за один импульс. Шаг, в свою очередь, определяется количеством обмоток, способом их подключения, выраженностью полюсов или зубчиков. Менять шаг можно с помощью контроллера устройства.
Типы шаговых двигателей
Классификация шаговых двигателей на типы проводится по конструкции используемого ротора.
Реактивный
Особенности устройства:
- статор – шестиполюсный, трехфазный;
- ротор – четырехполюсный выраженный;
- шаг – 30 градусов.
Особенность данного типа – при работе реактивного двигателя отсутствует тормозящий вал момент. Применяются подобные типы устройств, когда не нужен высокий крутящий момент. В настоящее время применяется редко.
С постоянными магнитами
Особенности:
- ротор;
- статор – 2 фазы;
- шаг с большим градусом.
Две схемы управления – однополярная (проводка имеет ветку в центре), двухполярное (без дополнительных жил).
С переменным магнитным сопротивлением
Особенности:
- ротор – металлический диск с зубчиками без постоянного магнита;
- статор – более четырех катушек;
- запитка обмоток – противоположно расположенные пары;
- низкий крутящий момент;
- нет тормозящего момента.
Номинальный шаг такого типа двигателя в диапазоне 5-15 градусов.
Гибридный
Комбинаторный тип – на постоянных магнитах и переменным сопротивлением. Особенности:
- ротор – цилиндр, намагниченный по оси. Имеет радиальные зубчики;
- статор – 2 или 4 фазы;
- минимальный размер шага – 0.9-5 градусов;
- точность позиционирования;
- высокая стоимость.
Зубцы на полюсах соответствуют аналогичным выступам на втором элементе. Это необходимо для выравнивания дисков в нескольких положениях (по количеству зубьев с учетом отсутствующих). Зубья соседних полюсов у статора имеют смещение на четверть зубцового деления. Это нужно для уменьшения шагового размера.
Способы подключения обмоток
Все типы шаговых двигателей имеют несколько фаз. Чем их больше, тем большее количество катушек необходимо. Это улучшает работу агрегата, делая ее более плавной. Но скорость крутящего момента никак не связана с количеством фаз. Поэтому наиболее популярными стали двухфазные модели. Для них существует три разных типа подключения.
Биполярный двигатель
Особенности:
- 4 выхода подключения;
- 2 желтых терминала – вертикальная обмотка;
- 2 красных – горизонтальная.
Недостаток схемы в том, что для изменения полярности магнитов придется менять направление тока. А значит – существенно усложнять схему.
Униполярный шаговый двигатель
Общий провод фиксируется с точкой, на которую запитаны две катушки. Один выход – простой способ смены полярности магнитов. Такие модели имеют пять или шесть клемм.
8-выводной шаговый двигатель
Наиболее удобная модель шагового двигателя для подключения и изменения полярности из-за наличия двустороннего выхода клемм. Имеет несколько вариантов подключения:
- униполярный с 5-6 клеммами;
- биполярный с любым способом соединения обмоток.
Еще один вариант – биполярный однофазный – нужен для слаботочных источников.
Способы управления
Управление шаговым двигателем возможно в разных режимах – по способам подачи тока на катушку.
Волновое
Полношаговый способ используется редко. В основном он необходим, если нужно снизить уровень энергопотребления. При подаче тока нагрузка на мотор незначительна из-за снижения вращающего момента. У такого двигателя четырехшаговый оборот. Это номинальное число.
Полношаговый режим
Подача напряжения на катушки попарное. С учетом способа их подключения (последовательно, параллельно) агрегату необходимо в два раза больше тока или напряжения по сравнению с тем, которого хватит для одной обмотки/. При полношаговом режиме мотор выдает 100 % номинала.
Режим в полшага
Дает возможность получить вдвойне точную систему позиционирования. Питание на все пары катушек идет одновременно. Итог – ротор обращается по 1\2 своего номинального шага.
Микрошаговый режим
Самый эффективный режим работы шагового агрегата. Питание на обмотку катушки подается не импульсно, а сигналами синусоидного типа. В результате движение вала становится максимально плавным – без рывков и щелчков. Изменения размера шагов не происходит.
