Несколько слов о шаговом двигателе (преимущества, недостатки и классификация)
Введение
Шаговый двигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в отдельные механические движения. Вал или шпиндель шагового двигателя вращаются с шагом дискретного шага, когда к нему прилагаются импульсы электрических команд в правильной последовательности.
Вращение двигателей имеет несколько прямых связей с этими приложенными входными импульсами. Последовательность приложенных импульсов непосредственно связана с направлением вращения вала двигателя.
Скорость вращения вала двигателя напрямую связана с частотой входных импульсов, а длина вращения напрямую связана с количеством применяемых входных импульсов.
Преимущества и недостатки шагового двигателя
Шаговый двигатель с кабелем
преимущества
- Угол поворота двигателя пропорционален входному импульсу.
- Двигатель имеет полный крутящий момент при остановке (если обмотки находятся под напряжением)
- Точное позиционирование и повторяемость движения, так как хорошие шаговые двигатели имеют точность 3 - 5% от шага, и эта ошибка не суммируется с одного шага на другой.
- Отличный ответ на запуск / остановку / реверсирование.
- Очень надежна, поскольку в двигателе нет контактных щеток. Поэтому срок службы двигателя просто зависит от срока службы подшипника.
- Реакция двигателей на цифровые входные импульсы обеспечивает управление с разомкнутым контуром, что упрощает и снижает затраты на управление двигателем.
- Возможно добиться очень низкоскоростного синхронного вращения с нагрузкой, которая непосредственно связана с валом.
- Широкий диапазон скоростей вращения может быть реализован, поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов.
Недостатки
- Резонансы могут возникать, если они не контролируются должным образом.
- Нелегко работать на чрезвычайно высоких скоростях.
Работа с открытым контуром
Одним из наиболее важных преимуществ шагового двигателя является его способность точно регулироваться в системе с разомкнутым контуром.
Управление с открытым контуром означает, что информация обратной связи о местоположении не требуется. Этот тип управления устраняет необходимость в дорогостоящих устройствах считывания и обратной связи, таких как оптические кодеры.
Ваша позиция известна просто путем отслеживания импульсов входного шага.
Типы шаговых двигателей
Существует три основных типа шаговых двигателей. Они есть:
- Переменная-нежелание (VR)
- Постоянные магниты (PM)
- Гибридный (HB)
Переменная-нежелание (VR)
Этот тип шагового двигателя существует уже давно. Это, пожалуй, проще всего понять с структурной точки зрения.
На рисунке 1 показано поперечное сечение типичного шагового двигателя VR.
Рисунок 1 - Поперечное сечение двигателя с переменным сопротивлением (VR)
Этот тип двигателя состоит из мягкого железного многоточечного ротора и раневого статора. Когда обмотки статора питаются постоянным током, полюса становятся намагниченными. Вращение происходит, когда зубцы ротора притягиваются к полюсам возбужденного статора.
Постоянный магнит (PM)
Часто называемый двигателем « оловянная баня » или « бачок », двигатель с постоянным магнитом является двигателем с низкой стоимостью и низким разрешением с типичными
ступенчатые углы от 7, 5 ° до 15 °.
Рисунок 2 - Принцип действия шагового двигателя ТЧ или оловянного стержня
(48 - 24 шага / оборот) Двигатели ПМ, как следует из названия, имеют постоянные магниты, добавленные к конструкции двигателя.
Ротор больше не имеет зубьев, чем у двигателя VR. Вместо этого ротор намагничен чередующимися северными и южными полюсами, расположенными по прямой, параллельной валу ротора.
Эти намагниченные полюсы ротора обеспечивают повышенную интенсивность магнитного потока, и из-за этого двигатель ПМ обладает улучшенными характеристиками крутящего момента по сравнению с типом VR.
Гибридный (HB)
Гибридный шаговый двигатель дороже, чем шаговый двигатель PM, но обеспечивает более высокую производительность по отношению к ступенчатому разрешению, крутящему моменту и скорости.
Рисунок 3 - Сечение гибридного шагового двигателя
Типичные углы шага для шагового двигателя HB варьируются от 3, 6 до 0, 9 (100 - 400 шагов на оборот).
Гибридный шаговый двигатель сочетает в себе лучшие характеристики как шаговых двигателей типа PM, так и VR.
Ротор является многозубчатым, как двигатель VR, и содержит аксиально намагниченный концентрический магнит вокруг своего вала. Зубы на роторе обеспечивают еще лучший путь, который помогает направлять магнитный поток в предпочтительные места в воздушной зазоре. Это дополнительно увеличивает характеристики фиксации, удерживания и динамического крутящего момента двигателя по сравнению с типами VR и PM.
Двумя наиболее часто используемыми типами шаговых двигателей являются постоянный магнит и гибридные типы.
Сделайте правильный выбор
Если дизайнер не уверен, какой тип лучше всего соответствует его требованиям к приложениям, он должен сначала оценить тип PM, поскольку он обычно в несколько раз дешевле. Если нет, то гибридный двигатель может быть правильным выбором.
Там также используются специальные конструкции шагового двигателя. Один из них - двигатель магнита на диске. Здесь ротор спроектирован на диске с редкоземельными магнитами, см. Рисунок 4.
Этот тип двигателя имеет некоторые преимущества, такие как очень низкая инерция и оптимизированный путь магнитного потока без соединения между двумя обмотками статора.
Рисунок 4 - Принцип работы электродвигателя с магнитом на диске, разработанный компанией Portescap
Эти качества необходимы в некоторых приложениях.
Как изготавливаются шаговые двигатели и как они работают (1)
Как изготавливаются шаговые двигатели и как они работают (2)
Ссылка: Замечания по применению промышленных цепей - Основы шагового двигателя от PAControl.com