Что такое шаговый двигатель и какие они бывают

Где применяются шаговые двигатели в автомобиле

Представим такую ситуацию: ваш двигатель не заводится при температуре около 10 градусов. Что делать? Данная методика может помочь быстро определить неисправность, если имеются приборы для диагностики. Но бывают и другие ситуации. Двигатель может заглохнуть где-нибудь в пути. Или же может глохнуть сразу после запуска. А что можно предпринять, если температура на улице ниже 10 градусов, да еще и автомобиль находится в это время на стоянке? В таких ситуациях данные процедуры не смогут помочь. Так что же делать? Существует несколько советов, которые помогут понять, что за неисправность возникла, и найти способ решение возникшей проблемы.

Существует мнение, что во время запуска двигателя нельзя нажимать педаль дроссельной заслонки. Но это не так. Автомобиль может заглохнуть в ситуации, когда шаговые двигатели отказали или возникла неисправность в их цепях. В этом случае шаговый мотор просто закрывает байпасный канал. И тогда для запуска двигателя необходимо будет открывать дроссельную заслонку. Сначала нужно включить стартер, затем слегка нажать на педаль дроссельной заслонки. Так двигатель можно завести. Но это еще не все. Чтобы двигатель снова не заглох, надо поддерживать его обороты педалью дроссельной заслонки. Так вы сможете добраться до ближайшего сервиса, а там уже вы сможете определить причину, по которой двигатель перестал работать и найти решение проблемы.

Двигатель не заводится.

Что делать, если двигатель в автомобиле не заводится? Очень легко можно определить неисправность, если автомобиль только что заводился. В этом поможет процедура нахождения неисправности. Она проводит проверку узлов системы управления и практически всех электрических связей. Если ваш аккумулятор в порядке, то нужно использовать следующую методику нахождения неисправности двигателя. Она состоит из нескольких этапов.

Проверяется, подается ли на систему электронного управления питание, установлена ли связь с блоком управления. Это можно проверить, подключив тестер. Проверяют также датчик температуры. Нужно, чтобы он правильно отражал тепловое состояние двигателя.

Проверка работы бензонасоса

Повернув ключ зажигания, вы включите главное реле ЭСУД и реле бензонасоса. Если насос работает, то вы услышите это. Если же вы ничего не слышите, это еще не признак неисправности. Насос может просто тихо работать или же его неслышно из-за посторонних шумов. В этом случае нужно открыть заднее сиденье. Там расположен люк бензобака, и очень хорошо слышно, работает ли мотор или нет.

Проверка наличия синхронизации при попытке вращения стартером двигателя.

Во время прокрутки стартером система управления, которая применяется в двигателе, показывает, вращается ли двигатель или нет. Это видно по импульсам с датчика коленчатого вала. Как раз в течение этого процесса прокрутки происходит первая подача топлива. Если ремни газораспределения установлены неправильно, может возникнуть неисправность, связанная с неправильной синхронизацией. И двигатель не будет запускаться.

Проверка системы зажигания

Свечи зажигания могут стать причиной серьезных проблем для владельцев машин, оснащенных ЭСУД. Как известно, в холодное время года приходится несладко. Возникают проблемы с запуском автомобиля. Если он находится в холоде, да еще свечи подводят, тогда приходится довольно тяжело автолюбителям. В принципе, если с двигателем все в порядке, в машине хорошие свечи. То проблем с запуском даже холодного автомобиля не возникает. Но иногда можно встретить дешевые свечи, по 10 долларов за комплект. Сначала такая цена приводит в восторг. Но зато потом проблем не оберешься. Несколько дней, и уже начинаются проблемы. Например, двигатель может троить. Даже в теплую погоду машина не запускается, что уж говорить о холоде? Все дело в том, что при производстве свечей, необходимо соблюдать специальную технологию. У дешевых свечей после недолгого использования возникают микротрещины, и они выходят из строя.

Проверка работы форсунок.

К большому счастью для автолюбителей, некачественных форсунок нет. Те, которые производят, подтверждены качеством таких известных фирм, как Bosch, Siemens, GM. После долгого использования, правда, меняются исходные характеристики. Форсунка может также засориться от «грязного топлива». Чтобы узнать баланс форсунок, нужно воспользоваться тестером ДСТ-6Т. Если вы решили очистить форсунку через топливный бак, будьте осторожны. Последствия могут быть не самые оптимистичные. Такие очистки надо делать постоянно для достижения положительного результата. В противном случае ничего хорошего из этой процедуры не выйдет. Самый надежный способ очистки – это все-таки очистка с помощью специального оборудования. Конечно, это стоит денег. Но в итоге вы поймете, что это самый выгодный вариант.

Плохой пуск двигателя.

Если возникает неисправность в шаговом двигателе, то двигателю не хватает воздуха. В этом случае вы можете ехать на автомобиле, только если будете поддерживать холостой ход педалью дроссельной заслонки. Воспользовавшись тестером ДСТ-2М или ДСТ-8, вы можете выставить обороты холостого хода на прогретом двигателе на уровне 900-1000 оборотов. Затем снять разъем с шагового мотора. Но так можно делать при температуре до минус пяти. При минус пятнадцати прогревайте двигатель с помощью педали дроссельной заслонки. Ниже восемнадцати градусов прогреть двигатель практически невозможно. После пары попыток он заглохнет, а свечи зальет.

Шаг 3. Какие моторы используются для робота.

Моторы для робота

Двигатели для робота входят в состав приводов. Мы узнали о робототехнике в целом на шаге первом. На втором шаге решили, какого робота мы будем делать. Нам нужно установить приводы, которые заставят робота двигаться.

Выбор двигателя для робота напрямую зависит от задач, которые должен выполнять робот. Двигатель (мотор) может входить в состав привода или отдельно быть приводом.

Что такое привод?

Привод может быть определен как устройство, которое преобразует энергию (в робототехнике это, как правило, электрическая энергия) в физические движения.

Подавляющее большинство приводов производят либо вращательное или линейное движение. Например, мотор — это тип привода. Правильный выбор приводов для вашего робота требует понимание того, что приводы доступны. Возможно, немного фантазии, и немного математики и физики.
Приводы вращения — это тип приводов преобразования электрической энергии во вращательное движение.

Двигатель переменного тока

Двигатель переменного тока (AC) редко используется в мобильных роботах. В первую очередь потому, что большинство из них рассчитаны на питание постоянным током (DC) от батареи.

мотор переменного тока AC

Двигатели переменного тока используются в основном в промышленных помещениях , где требуется очень высокий крутящий момент. Прежде всего там, где моторы подключены к электросети.

Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока MotorDC моторы имеют разнообразные формы и размеры. Хотя большинство из них цилиндрические. Они имеют выходной вал, который вращается на высоких скоростях, обычно в 5 000 до 10 000 оборотов в минуту. Хотя двигатели постоянного тока очень быстро вращаются, большинство из них не очень мощные. Такие двигатели для робота имеют низкий крутящий момент.

Для того, чтобы снизить скорость и увеличить крутящий момент, могут быть добавлены редукторы. Чтобы установить двигатель на робота, нужно закрепить корпус двигателя на раме робота. По этой причине двигатели для робота часто имеют монтажные отверстия, которые обычно располагаются на лицевой стороне двигателя. Следовательно, они могут быть установлены перпендикулярно к поверхности.

Двигатели постоянного тока могут работать по часовой стрелке (CW) и против вращения часовой стрелки. Угловое движение вала может быть измерено с помощью энкодеров или потенциометров.

Мотор редуктор постоянного тока

Это двигатель постоянного тока в сочетании с коробкой передач. Она работает, чтобы уменьшить скорость двигателя и увеличить крутящий момент. Например, двигатель постоянного тока вращается со скоростью 10000 оборотов в минуту и достигает 0.001 Н*м крутящего момента. Если добавить понижающую передачу 100:1 (сто к одному) мы снизим скорость в 100 раз. В результате 10000 / 100 = 100 об / мин и увеличим крутящий момент в 100 раз (0.001 х 100 = 0.1 Н*м).

мотор редуктор постоянного тока DC

Основные виды понижающих передач это:

1. зубчатая передача
2. ременная
3. планетарная
4. червячная

Червячная передача позволяет получить очень высокое передаточное число с помощью всего одного этап. И также не дает выходному валу двигаться, если двигатель не работает.

Серводвигатель

Тип используемого вами двигателя зависит от типа движения, которое вы хотите.

R / C или хобби сервомотор

Часто сервомоторы этого типа могут поворачиваться на угол до 180 градусов. Они поворачиваются на определенный угол поворота. И часто используются в более дорогих моделях дистанционного управления средствами для управления или контроля полета.

Теперь они используются в различных приложениях. Цены на эти сервоприводы значительно сократилось, и разнообразие (разные размеры, технологии и сила) увеличилось. Общим фактором для большинства сервоприводов заключается в том, что большинство использует только поворот около 180 градусов.
R / C сервомотор включает в себя двигатель постоянного тока, редуктор, электронику и роторный потенциометр, который и измеряет угол

Электроника и потенциометр работают синхронно, чтобы управлять двигателем и останавливать выходной вал по заданному углу. Эти моторы обычно имеют три провода: земля, напряжение В, и управляющий импульс. Управляющий импульс, как правило, снимается с регулятора мотора сервопривода. Хобби сервомотор — это новый тип сервопривода. Он предполагает непрерывное вращение и обратную связь по положению. Все сервоприводы могут вращаться как вправо, так и влево.

Промышленные серводвигатели

Промышленный серводвигатель с приводом управляется иначе, чем хобби мотор и чаще встречаются на очень больших машинах. Промышленный сервомотор обычно трехфазный и состоит из двигателя переменного тока, редуктора и энкодера. Установленный энкодер обеспечивает обратную связь по угловому положению и скорости.

промышленный сервомотор

Эти моторы редко используются в мобильных роботах из-за их веса, размеров, стоимости и сложности. Вы можете увидеть промышленные серводвигатели на мощный промышленных манипуляторах. Возможно их использование на очень больших роботизированных автомобилях.

Шаговые двигатели

Шаговый двигатель вращается на определенные “ступени” (на самом деле, конкретные градусы). Число ступеней и размер шага зависит от нескольких факторов. Большинство шаговых двигателей не включает в себя передачи. Так как это двигатели постоянного тока и вращающий момент низок.

Правильно настроенный шаговый двигатель может вращаться вправо и влево и может быть установлен в требуемое угловое положение. Есть однополярные и биполярные типы шаговых двигателей. Одним заметным недостатком шаговых двигателей является то, что если мотор не работает, трудно быть уверенным в угле пуска двигателя.

Если добавить передачу, то шаговый двигатель имеет тот же самый эффект, как и добавление передачи на двигатель постоянного тока: Он увеличивает крутящий момент и снижает угловую скорость. Поскольку скорость уменьшается на передаточное отношение, то размер шага также уменьшается на тот же фактор.

Линейные приводы

Линейный привод производит линейное движение (движение вдоль одной прямой линии) и имеют три основные отличительные механические характеристики.

1. Минимальное и максимальное расстояние, на которое стержень может сдвинуть вал (в мм или дюймах)
2. Их сила (в кг или фунты)
3. Их скорость (в м/с или дюйм/с)

DC Линейный Привод

Линейный DC привод часто состоит из двигателя постоянного тока, подключенного к червячной передаче. Когда двигатель вращается, то крепление на винте будет либо ближе или дальше от двигателя. По существу червячная передача преобразует вращательное движение в линейное движение.

линейный привод

Некоторые линейные приводы постоянного тока включают в себя линейный потенциометр, который обеспечивает линейную обратную связь. Для того, чтобы остановить привод от полного разрушения, многие производители включают концевые выключатели на обоих концах. Как правило, для отключения электропитания привода при нажатии на них. Линейные приводы постоянного тока бывают в самых разнообразных размеров и типов.

Соленоиды

Соленоид состоит из катушки намотанной вокруг подвижного сердечника. Когда катушка находится под напряжением, сердечник отталкивается от магнитного поля и производит движения в одном направлении. Несколько катушек или некоторые механические механизмы потребуются для того, чтобы обеспечить движение в двух направлениях.

Соленоиды обычно очень маленькие, но их скорость очень большая. Сила зависит в основном от размера катушки и от того какой силы ток идет через него. Этот тип привода используется в клапанах или системах фиксации. В таких системах, как правило, нет обратной связи по положению (сердечник либо полностью убирается или полностью выдвинут).

Пневматические и гидравлические приводы

Пневматические и гидравлические приводы с помощью воздуха или жидкости (например воды или масла), служат для того чтобы двигаться линейно. Эти типы приводов могут иметь очень длинный ход, большую мощность и высокую скорость.

пневматический или гидравлический привод

Для того чтобы эксплуатироваться они требуют использование жидкости компрессора. Это делает их более сложными в эксплуатации, чем обычные электрические приводы. Они имеют большую мощность, скорости и, как правило, большой размер. И в первую очередь используются в промышленном оборудовании.

Выбор привода

Важно отметить, что постоянно появляются новые и инновационные технологии, и нет ничего постоянного. Также обратите внимание, что один привод может выполнять очень разные задачи в разных условиях. Например, с различной механикой. Привод, который производит линейное движение, может быть использован для поворота объекта и назад (как у автомобильных щеток для очистки стекла).

Роботы с колесами или гусеницами

Приводные двигатели для робота должны перемещать вес всего робота и, скорее всего, потребуется понижающая передача. Большинство роботов используют притормаживание колесами одного борта. В то время как автомобили или грузовики, как правило, используют рулевое управление.

роботизированная платформа на колесах

Если вы выберете бортовой поворот, то DC моторы с редуктором являются идеальным выбором для роботов с колесами или гусеницами. Ведь они обеспечивают непрерывное вращение, и могут иметь необязательную обратную связь по положению с помощью оптических энкодеров. Их очень легко программировать и использовать.

Если вы хотите использовать рулевое управление, то вам понадобится один приводной двигатель и один двигатель, чтобы управлять передними колесами. Поворот ограничен определенным углом и можно применить R / C сервомотор.

Робот манипулятор

Мотор используется, чтобы поднять или повернуть тяжелый вес. Подъем веса требует значительно больше энергии, чем перемещение веса на плоской поверхности. Скорость должна быть принесена в жертву для того, чтобы получить крутящий момент.

робот манипулятор

Поэтому лучше всего использовать редуктор с высоким передаточным отношением и мощный двигатель постоянного тока или линейного привода DC. Можно рассмотреть возможность использования системы (либо червячных передач, или струбцин). Что предотвращает груз от падения в случае потери управления.

Сервоприводы двигателей

Используются если диапазон ограничен до 180 градусов и крутящий момент не является существенным. Р/С мотора сервопривода идеально подходит для таких задач. Серводвигатели предлагаются с различными крутящими моментами и размерами и обеспечивают угловые обратной связи по положению.

Лучше использовать потенциометр, и некоторые специализированные оптические энкодеры. Р/С сервоприводы используются все больше и больше для создания небольших шагающих роботов.

Шаговые двигатели

Используются, когда угол поворота должен быть очень точными. Шаговые двигатели для робота в сочетании с контроллером шагового электродвигателя могут дать очень точное угловое движение. Иногда предпочтительнее серводвигатели, поскольку они обеспечивают непрерывное вращение. Однако, некоторые профессиональные цифровые серводвигатели используют оптические энкодеры. В результате они обладают очень высокой точностью.

Линейные приводы

Линейные приводы являются лучшими для перемещения объектов и расположения их по прямой линии. Они отличаются разнообразием размеров и конфигураций. Для очень быстрого движения можно рассматривать пневматику или соленоиды. Для очень высоких мощностей можно рассматривать линейные приводы постоянного тока и также гидравлику.

Практический пример

• В уроке 1 мы определили цель нашего проекта, чтобы понять какого типа мобильного робота можно сконструировать при небольшом бюджете.
• В уроке 2 мы решили, что мы хотели небольшую платформу на колесах. Во-первых, давайте определим тип привода, который потребуется для создания робота.

Для этого нужно ответить на пять вопросов:

1. Это привод используется для перемещения колесного робота?
   Да. Нужен мотор-редуктор с управлением при помощи притормаживания одного борта. Это означает, что каждое колесо будет нужно оснастить собственным мотором.
2. Двигатели для робота используются, чтобы поднять или повернуть тяжелый вес?
   Нет, настольная платформа не должна быть тяжелой.
3. Диапазон движения ограничивается на 180 градусов?
   Нет, колеса могут постоянно вращаться.
4. Угол должны быть точными?
   Нет, наш робот не требует позиционной обратной связи.
5. Это движение по прямой?
   Нет, поскольку мы хотим, чтобы робот вращаться и двигаться во всех направлениях.

Большой мотор Lego EV3

Всем этим требованиям соответствует большой мотор из базового набора LEGO MINDSTORMS Education EV3.

Технические характеристики большого мотора EV3

Принцип действия и основные свойства шагового двигателя

Классификация шаговых двигателей

В зависимости от конфигурации обмоток двигатели делятся:

1. Биполярный — имеет четыре выхода, содержит в себе две обмотки(а).

2. Униполярный — имеет шесть выходов. Содержит в себе две обмотки, но каждая обмотка имеет отвод из середины (б).

3. Четырехобмоточный — имеет четыре независимые обмотки. По сути дела представляет собой тот же униполярник, только обмотки его разделены (в).

В зависимости от типа электронного коммутатора управление шаговым двигателем может быть: однополярным или разнополярным; симметричным или несимметричным; ·потенциальным или импульсным. При однополярном управлении напряжение каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от -U до +U. Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное.

Принцип получения дискретного перемещения ротора рассмотрим на примере простейшей схемы двухфазного ШД (рис. 6.12, а).

При однополярной коммутации ток в обмотках управления протекает в одном направлении, а при двуполярной — в обеих. Синхронизирующий (электромагнитный) момент машины является результатом взаимодействия потока ротора с дискретно вращающимся магнитным полем 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 (р=1). Реальные шаговые микродвигатели являются многополюсными (р>1). Для примера приведем двуполюсный трехфазный шаговый двигатель.

ШД имеет на статоре две пары явно выраженных полюсов, на которых находятся обмотки возбуждения (управления) : обмотка 4 с выводами 1Н — 1К и обмотка 3 с выводами 2Н — 2К. Каждая из обмоток состоит из двух частей, находящихся на противоположных полюсах статора 2. Ротором в рассматриваемой схеме является двухполюсны постоянный магнит 5. Питание обмоток осуществляется импульсами напряжения, поступающими с устройства управления, которое преобразует одно из последовательных входных импульсов управления с частотой в многоканальную по числу фаз ШД. Рассмотрим работу ШД, предположив, что в начальный момент времени напряжение подается на обмотку 4. Прохождение тока по этой обмотке вызывает появление магнитного поля статора 2 с вертикально расположенными полюсами N — S. В результате взаимодействия этого поля с постоянным магнитом (ротором) последний займет равновесное положение, в котором оси магнитных полей статора и ротора совпадают. Положение будет устойчивым, поскольку при отклонении от него на ротор будет действовать момент (синхронизирующий), стремящийся вернуть его в положение равновесия:

где α – угол между осями магнитных полей статора и ротора; Мmax — максимальный момент.

При симметричной системе коммутации на всех четырех тактах возбуждается одинаковое число обмоток управления.
При несимметричной системе коммутации четным и нечетным тактам соответствует различное число возбужденных обмоток управления.

Допустим, что с помощью блока управления 1 напряжение снимается с обмотки 4 и подается на обмотку 3. В этом случае образуется магнитное поле статора с горизонтальными полюсами, т.е. магнитное поле дискретно совершило поворот на четверть окружности статора. При этом между осями статора и ротора появляется угол рассогласования α = 90˚ и на ротор будет действовать в соответствии с формулой вращающий момент М = Мmax, под действием которого он повернется на четверть окружности статора и займет новое устойчивое равновесное положение, показанное сплошной линией. Таким образом, вслед за шаговым перемещением поля статора совершит такое же шаговое перемещение и ротор двигателя.

Предположим, что отключилась обмотка 3 и питание вновь подается на обмотку 4, но с противоположной, а полярностью напряжения. Магнитное поле статора опять будет иметь вертикально расположенные полюсы, а полярностью. Это означает, что магнитное поле совершило еще один шаг на четверть окружности и снова на ротор будет действовать синхронизирующий момент, который повернет его в положение, показанное на рис. Следующий шаг в том же направлении ротор совершит, если отключить обмотку 4 и подключить об мотку 3 с обратной полярностью напряжения. И наконец, ротор завершит полный оборот при снятии напряжения с обмотки 3 и подаче напряжения на обмотку 4.

Кроме рассмотренного способа симметричной коммутации обмоток двигателя, обеспечивающего шаговое перемещение ротора на 90°, существует способ коммутации, позволяющий при той конструкции двигателя уменьшить шаг ротора вдвое.

Допустим, что исходное положение ШД соответствует схеме показанной на рис. Подключим обмотку 3 с полярностью соответствующей положению магнитного поля, не включая обмотку 4. При этом образуется вторая, горизонтальная система полюсов и действующее магнитное поле будет складывать из магнитных полей горизонтальных и вертикальных полюсов. О такого результирующего поля будет располагаться между полюсами с одинаковой полярностью, т.е. ось магнитного поля совершит поворот на 45°. Ротор при таком порядке возбуждения обмоток ШД повернется тоже на 45°, а не 90°, как было ранее.

Если теперь снять напряжение с обмотки 4, положение магнитного поля будет соответствовать. Следующее перемещение магнитного поля и ротора на 45° совершится при возбуждающей обмотки 4 без отключения обмотки 3 и т.д. Схема коммутации, при которой подключаются поочередно одна или две обмотки, называется несимметричной.

Угловое перемещение ШД в общем случае определяется выражением

где р — число пар полюсов ротора; n — число переключений (тактов) в цикле, равное числу фаз ШД при симметричной коммутации удвоенному числу фаз при несимметричной.

Шаговое перемещение ротора соответствует последовательности управляющих импульсов, при этом каждому импульсу соответствует одно переключение обмотки ШД (один такт коммутации) и один шаг ротора. Суммарный угол поворота ШД пропорционален числу импульсов, а его скорость — частоте коммутации обмоток :

ω = α.

для реверса ШД, например при симметричной схеме коммутации необходимо изменить полярность напряжения обмотки, которая была отключена на данном такте коммутации. Тогда ротор ШД совершит шаг в противоположном направлении.

Основным режимом работы шагового привода является динамический. В отличие от СД ШД рассчитаны на вхождение в синхронизм из состояния покоя и принудительное электрическое торможение. Благодаря этому в шаговом ЭП проще обеспечиваются:

пуск, торможение, реверс и переход с одной частоты управляющих импульсов на другую. Пуск ШД осуществляется скачкообразным или постепенным увеличением частоты входного сигнала от нуля до рабочей, торможение – снижением ее до нуля, а реверс — изменением последовательности коммутации обмоток ШД. Переходного процесса φ(t) в шаговом ЭП при отработке им трех импульсов управления, где φ — полный угол поворота вала ШД, а α — единичный (единичный шаг). Из рисунка видно, что переходный процесс отработки заданного перемещения имеет колебательный характер.

Обеспечение заданного характера переходных процессов в ЭП с ШД является основной и наиболее сложной задачей, так как вследствие электромагнитной инерции обмоток двигателя, механической инерции его ротора и наличия момента нагрузки на валу при резких изменениях частоты следования импульсов управления ротора может не успеть отработать полностью все импульсы. Максимальная частота управляющих импульсов, при которой возможен пуск ШД из неподвижного состояния без выпадания из синхронизма (пропуска шагов), называется частотой приемистости. Чем выше электромагнитная и механическая инерция ШД и больше момент его нагрузки, тем меньше частота приёмистости.

Современные ШД различны по конструктивному исполнению. В зависимости от числа фаз и устройства магнитной системы они бывают однофазными, двухфазными и многофазными с активным или пассивным ротором.

Активный ротор у ШД выполняется из постоянных магнитов или снабжается обмоткой возбуждения, как у обычных СД. Вследствие высокой экономичности и надежности в работе, технологичности изготовления, небольших габаритных размеров и массы широкое распространение получили ШД с ротором из постоянных магнитов, называемые магнитоэлектрическими. Обычно ШД с активным ротором из-за сложности его изготовления с малыми полюсными делениями имеют шаг от 15 до 90°. Для уменьшения шага в таких ШД увеличивают число фаз и тактов коммутации, а также используют двух статорную или двухроторную конструкцию.

Скорости ШД с активным ротором составляют от 208 до 314 рад/с, частота приемистости от 70 до 500 Гц, номинальные вращающие моменты от 10*10 -6 до 10*10 -3 Н*м.

При необходимости получения небольших единичных перемещений используются двигатели с пассивным ротором, которые делятся на реактивные и индукторные. Работа таких ШД основана на взаимодействии магнитного поля и ферромагнитного тела. Статор и ротор реактивного ШД имеют явно выраженные полюсы, называемые обычно зубцами. На зубцах статора размещаются обмотки возбуждения, питаемые от электронного коммутатора. Ротор выполняется из ферромагнитного материала и не имеет обмотки возбуждения, вследствие чего и называется пассивным.

Отличительная особенность реактивного ШД заключается в неравенстве числа зубцов статора и ротора причем >. В следствие такой конструкции при каждом переключении обмоток ротор совершает поворот (шаг), равный разности полюсных делений статора и ротора:

α =

Уменьшая разность числа зубцов и можно снизить шаг ротора. На практике эту разность выбирают чётной, что улучшает использование ШД. Для уменьшения шага полюсы статора выполняют с несколькими зубцами.

Реактивные ШД при своей простоте и технологичности имеют существенный недостаток — незначительные мощность и синхронизирующий момент, что ограничивает их применение. Этот недостаток отсутствует в индукторных ШД в которых для увеличения синхронизирующего момента ротор подмагничивается со сторон статора, с помощью постоянных магнитов или дополнительной о мотки возбуждения.

Выпускается несколько серий ШД с пассивным ротором (Ш, ШДР, ШД, РШД), имеющих шаг от 1,5 до 9°, вращающие моменты от 2,5*10 -5 до 10*10 -3 Н*м и частоту приемистости от 250 до 1200 Гц.

Развитие дискретного электропривода привело к созданию специальных видов ШД — линейных, волновых, с малоинерционными катящимся роторами.

На базе цилиндрических линейных ШД созданы двухкоординатные линейно — поворотные ШД, суммирующие на своем валу два независимых движения — вращательное и поступательное.

Важным достижением в области дискретного электропривода, является создание так называемых многокоординатных ШД, осуществляющих перемещение исполнительных органов по трем координатам в пространстве. Двигатели такого рода, отличаясь высокими точностью позиционирования и скоростью, используются в приводах манипуляторов, роботов и автоматических линий станков.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Выбираем шаговый двигатель для станков с ЧПУ правильно: основные критерии

Шаговый двигатель для станка с ЧПУ — основа устройства. Поэтому к его выбору стоит подойти со всей ответственностью. Грамотный выбор мотора — залог долговечной и быстрой работы устройства.

Что такое шаговый двигатель для ЧПУ станка и для чего нужен?

Шаговый двигатель — это машина, преобразующая электрическую энергию (она поступает из электросети) в механическую. Происходит это благодаря выполнению дискретных перемещений ротора. После каждого действия динамической части ее положение фиксируется.

Все передвижения в отдельности имеют одинаковую величину и образуют полный оборот (цикл).

Какие шаговые двигатели нужны для ЧПУ-станка

Разновидность двигателя не менее важна, чем его технические характеристики. Каждый вид имеет свои особенности.

• Биполярные. Их чаще всего используют на станках с ЧПУ. Основное преимущество разновидности — возможность установить новый драйвер, если предыдущий вышел из строя. При этом даже на малых оборотах сохранится высокое удельное сопротивление.
• Трехфазные. Характеризуются высокой скоростью. Их выбирают в том случае, если важна именно скорость.
• Униполярные. Включают в себя несколько разновидностей биполярных. Двигатели отличаются друг от друга, а их подбор осуществляется в зависимости от вида обмотки.

Как подобрать шаговый двигатель для создания ЧПУ-станка своими руками?

Подбор оптимального двигателя проводится на основании нескольких параметров.

Индуктивность

Первым делом вычисляют квадратный корень из индуктивности обмотки. Полученное число умножается на 32. Итоговое значение сравнивается с напряжением источника, который питает драйвер. Эти показатели не могут значительно отличаться друг от друга.

Мотор будет работать слишком громко и перегреваться в случае разницы более 30 %.

Высокая индуктивность помогает сохранить высокий крутящий момент. Для двигателя с высокой индуктивностью важно подобрать драйвер с большим напряжением. Только так мотор сможет полноценно работать.

Крутящий момент и скорость

Чтобы выбрать идеально подходящий мотор, нужно составить график скорости и крутящего момента (точнее, зависимости одного параметра от другого). Готовый график показывает, соответствует ли выбранный мотор заданным техническим параметрам.

Геометрические параметры

Рекомендуется проанализировать следующие показатели:

1. Момент инерции роторов.
2. Номинальный ток внутри фазы.
3. Максимальное число статического синхронизирующего момента.
4. Общая характеристика сопротивления фаз омического типа.

ВАЖНО! При выборе двигателя особое внимание уделяется фланцу, диаметру вала и длине самого двигателя.

Расчет шаговых двигателей для ЧПУ

Определение силы

Чтобы определиться с выбором мотора, нужно просчитать его шаговые параметры. Например, определить силу трения (она зависит от тех материалов, которые используются при работе на станке). Для расчета силы трения коэффициент трения умножается на вес системы движения.

СПРАВКА! Для расчета инерции масса стола (она считается вместе с деталью) умножается на необходимый показатель ускорения.

Полная сила сопротивления рассчитывается следующим образом: складываются силы резания, инерции и трения.

Расчет мощности

Мощность мотора рассчитывается по следующей формуле: F = ma. В данной формуле F — сила (ее измеряют в ньютонах), которая прикладывается для приведения объекта в движение; m — масса объекта, a — нужное ускорение.

Расчет редукции оборотов

Эта характеристика высчитывается исходя из начальных оборотов привода и максимального показателя скорости, при которой перемещается стол.

К примеру, скорость равна 2000 мм/мин, а шаг винта передачи — 20 мм. Тогда редукция оборотов будет равняться 100 (2000/20).

Дополнительные рекомендации по выбору

Кроме всех перечисленных показателей, стоит учитывать еще и следующие параметры:

• Стоимость. Рекомендуется внимательно изучить цену и характеристики моторов. Иногда при одинаковых параметрах разница в цене значительная. Также не стоит ориентироваться на известную фирму. Зачастую за имя производителя добавляется до 30 % стоимости.
• Сложность настройки. Для начинающих пользователей станков с ЧПУ лучше выбирать механизм попроще. В сложном двигателе можно запутаться и сломать его.
• Назначение устройства. От того, с какой целью будет применяться станок, зависит и характеристика двигателя.
• Схема подключения. Она зачастую определяется от количества проводов.
• Наличие центр-крана. В этом случае обмотка идет совместно с проводами (3 шт.).

При выборе шагового двигателя стоит учитывать все вышеперечисленные параметры. Тогда и мотор прослужит намного дольше, и работать с таким двигателем будет проще и быстрее. При покупке стоит проверять на наличие заводских браков.

• 16 ноября 2020
• 1181