Главная » 2011 » Октябрь » 25 » Шаговые двигателя
22:16
Шаговые двигателя
  Шаговый Двигатель (step motor) - представляет из себя устройство, задача которого преобразовать электрический импульс в перемещение ротора двигателя на определенный угол(1°-90°).

  Что такое статор и ротор?
 Ротор походит от англ.(Rotation - движение).Часть двигателя что вращается и называется ротором(якорем).В основном это вал двигателя.Бывает что вал закреплен например: старый рубанок.В данном случае функцию ротора исполняет сам корпус двигателя.
 Статор - неподвижная часть двигателя(катушки в ШД/любых синхронных двигателей).Грубо говоря корпус мотора.
  В отличие от обычных двигателей, шаговые двигатели имеют неповторимые отличия, которые определяют их исключительные свойства при использовании в некоторых областях применения. Как и другие бесколлекторные двигатели, шаговый двигатель высоконадежен и принадлежащей эксплуатации имеет длительный срок службы.
   Если сравнивать шаговые двигатели с DC двигателями (постоянного тока), то шаговый двигатель требует более серьезных схем управления,хотя в последнее время DC двигатели контролируются не менее сложными схемами.
   Главное преимущество шагового двигателя - это возможность осуществления точного позиционирования и регулировки скорости без применения датчиков в цепи обратной связи. Данное утверждение справедливо лишь для области применения с постоянной нагрузкой и малых ускорениях. В случае применения шаговых двигателей в системах с переменной нагрузкой и большими ускорениями без обратной связи все же не обойтись. Это объясняется тем, что момент нагрузки приложенной к шаговому двигателю сравняется или превышает его максимальный крутящий момент.В итоге точная информация положение ротора теряется что бы такого не происходило требуется вводить в систему обратную связь с применением разных типов датчиков или использовать двигатели более мощнее.
   Шаговый привод обычно выбирается в случае, если необходимо точное позиционирование и точное управление скоростью. Для повышения крутящего момента, при использовании шагового привода, возможно применение понижающих редукторов. Однако нужно учитывать, что для шаговых двигателей редуктор подходит не всегда. Это связано с тем, что у шаговых двигателей, в отличие от DC двигателей, момент имеет максимальное значение на низких скоростях и постепенно уменьшается по мере увеличения скорости вращения ротора. Еще одним важным фактором, ограничивающим использование редукторов совместно с шаговым двигателем, является наличие люфта(шат между шестернями) у редукторов. Не смотря на все выше перечисленные недостатки, шаговые двигатели имеют свою, незаменимую, область применения.
  Шаговым двигателям характерны такие особенности:
  1. Угол поворота вала двигателя за 1 шаг может быть от 0.2° до 90 °,в зависимости от конструкции самого ШД.
  2. Шаговый двигатель развивает большую скорость за счет угла поворота вала на 30-90 ° и возрастания тока в катушках.
  3. Быстрый старт.
  4. Неограниченный строк службы(зависит от втулок/подшипников) т.к в нем нет щеток, которые стираются со временем.
  5. Большой крутящий момент на низких скоростях.
  6. Выполняет точное позиционирование без необходимости обратной связи.
  7. С помощью современных схем, угол шага двигателя можно изменять.(шаг/полушаг...)   
Недостатки:
  1. Шаговый двигатель обладает явлением резонанса.
  2. Возможен вариант выпадения двигателя из синхронизации с последующей потерей информации о положении.
  3. Сложность управления ШД на высоких скоростях без обратной связи.

Основные типы шаговых двигателей:
  1. Биполярные.
  2. Униполярные.
  3. Трехфазные
  4. Четырехзначные (называются так ошибочно, так как этот движок может быть,как биполярным,так и униполярным).
  5. Пятифазные в виде пятиугольника.
     Резонанс:
  Резонанс может присуствовать,как на низких скоростях,так и на высоких.
Как он выглядит и как от него защититься.Резонанс встречается в большинстве случаев  на высоких скоростях, когда момент двигателя очень мал. Двигатель просто останавливается и начинает гудеть.На малых скоростях двигатель, набрав момент инерции может пролететь шаг, а то и 2...Чтобы избежать резонанса используется обратная связь и специальные схемы включения.
 
В шаговых двигателях вращающий момент создается магнитными потоками статора и ротора, при этом статор и ротор имеют заданную ориентацию друг относительно друга. Статор изготавливается из материалов с высокой магнитной проницаемостью и имеет некоторое количество полюсов. Полюсом является участок намагниченного тела, на котором сконцентрировано магнитное поле. Как и статор, так и ротор шагового двигателя имеют полюса. Магнитопроводы собираются из нескольких отдельных пластин, для уменьшения потерь на вихревые токи. Вращающий момент шагового двигателя зависит от величины магнитного поля, которое пропорционально количеству витков и току в обмотке. Запитка хотя бы одной из обмоток шагового двигателя придает ротору двигателя определенное положение, в котором он будет находиться до тех пор, пока приложенный к двигателю внешний момент не превысит момента удержания данного шагового двигателя.
  Катушка ШД это не только индуктивность, но и резистивность. И ее эффективную работу можно наблюдать только в процессе перемагничевания. Когда катушка перемагнитила ротор ее работа уже сделана и она начинает прожорливо жрать ток (ток разный в зависимости от ее сопротивления и питания катушки ), ток уже не идет на работу перемещения, а на нагрев двигателя. Поэтому зная, характеристики двигателя, вы знаете и его рабочую скорость и когда у него более высокий КПД.

Для эффективного нарастания тока в катушках используют последовательно подключенные катушка+резистор. Но для самого эффективного управления SM(Step Motor) существуют спец-микры или процессоры.В их особенности заложен ШИМ(Широтно Импульсный Модулятор)
Когда ток обмотки досегает максимума то  компаратор, уравняя напряжения падения на резисторе и задающее на V ref определит что на резисторе больше, то микросхема подаст на двигатель импульсы заданной частоты OSC,обычно за пределами слышимости.(20000Гц и более). 
Яркий пример этого волшебства. Сладкая парочка L297+L298:

  Униполярный двигатель.

Униполярный двигатель.От слова "уни"-одно.В отличии от биполярного в этом движке сделан средний отвод с каждой катушки и  работает у него  только 4 (бывает 1/2 в полушаге) часть катушек.
Чтобы управлять им необходимо переключать катушки в следующей последовательности 1.2.3.4.1.2...
Есть несколько режимов шаг и полушаг.
 Шаг комутирует только 1 обмотку и примерно выглядит так:
1.2.3.4.1.2.3.4.1.2..........и так далее.
Это реверс 4.3.2.1.4.3.2.1.4.3.....и т.д.
 А полушаг комутирует сразу 2 обмотки.
1.1/2.2.2/3.3.3/4.4.4/1.1.......и т.д.
Реверс:4.4/3.3.3/2.2.2/1.1.1/4.....и.т.д.
Чтобы работать с такими двигателями нам понадобится 4 транзистора (или сборка 4 транзюка в 1 корпусе MP4020 или ее аналог STA481A), а вот SMA7029M имеет в арсенале 4 полевика и ограничитель тока но управлять ею куда сложней...Хотя возможно подключив 5 и 14 контакт к L297 на 1 и 2 вход. 
 
В помощь анимашка от Википедии.
Биполярный Шаговый Двигатель.
Биполярный Шаговый Двигатель представляет из себя 2 катушки.Если верить теории, то КПД у него значительно больше т.к тут всегда работает 1 из 2 катушек.(бывает сразу 2 в полушаге).Но он требует значительно сложнее,чем в униполярном выходных каскадов - полный Н-мост.Та самая L298 полностью 2 готовых 3х амперных Н-моста в одном корпусе.
Конструкция биполярного ШД.

  Делаем выводы:
 Если выбираем между 2 типами шаговых двигателей. То униполярные и биполярные двигателя отличаются только схемами управления. Если я что-то делал, я все же выбрал униполярный.(Если вылетит выходной каскад, то поменять 1 ключ будет легче и дешевле, чем 2-4).
 Если ваш двигатель греется, нужно искать причину не в нем, а в схемах, через него течет избыточный ток, что и приводит к нагреванию катушек и снижения строка эксплуатации данного ШД. Нужно делать ограничители тока.
 Строк использования шаговых двигателей напрямую зависит от качества подшипников, и правильности схем управления.
 Если вам нужен дешевый и точный механизм, шаговый двигатель будет то, что надо.
Можно скачать книгу по шаговых моторах: http://q32.ru/14688
Просмотров: 13391 | Добавил: Дмытрохан | Теги: Управление шаговым, шд, двигатель, Теория управления ШД, схема управления шд, Шаговый двигатель - что это такое и, как управлять шаговиком | Рейтинг: 5.0/202
Всего комментариев: 5
avatar
1
Ну комментарим!!! cool
avatar
0
2
Гарна стаття! Дякую! Побільше таких!
avatar
0
3
Cпасибі smile
avatar
0
4
Что такое "ЩЕТ угла"?
avatar
0
5
Орфографическая ошибка... Исправлю.
   Чем больше угол поворота, тем больше максимально допустимая скорость двигателя. Например: шаг угла двигателя равен 0.05 градуса, тогда максимальная скорость этого движка не будет равна более чем 600 об/мин.
avatar
Яндекс.Метрика
24 log 24 LOG statistick
счетчик посещений
Если вы видите это,
то ваш браузер устарел
и не поддерживает технологий
CSS 3.0