Одним из наиболее распространенных двигателей, используемых в системах управления движением, является шаговый двигатель. Эти двигатели используются в основном в системах позиционирования и обладают тем преимуществом, что ими можно очень точно управлять для обеспечения наиболее точного позиционирования, вплоть до долей градуса, без использования устройств обратной связи, таких как энкодеры или распознаватели. Они работают в режиме разомкнутого контура (не замкнутого), без необходимости настройки параметров, как в сервосистемах с замкнутым контуром.
Степперы обычно классифицируются по количеству допустимых шагов, на которые им можно дать команду. Например, шаговый двигатель с шагом 1,8 градуса способен выполнять 200 шагов на оборот (1,8 x 200 = 360 градусов, или один полный оборот) в режиме полного шага. При работе в режиме полушага каждый шаг становится равным 0,9 градуса, и двигатель может поворачиваться на 400 шагов в секунду. В другом режиме, называемом микрошагом, количество градусов на шаг увеличивается еще больше, что позволяет выполнять чрезвычайно точные движения.
Существует несколько различных технологий шаговых двигателей, включая двигатели с постоянными магнитами, с переменным магнитным сопротивлением и гибридные типы. Принцип работы шаговых двигателей довольно прост. Традиционные шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением имеют большое количество электромагнитов, расположенных вокруг центрального куска железа в форме шестеренки. Когда на какой-либо отдельный электромагнит подается напряжение, зубчатая передача, расположенная ближе всего к этому электромагниту, выравнивается с ним. В результате они немного смещаются относительно следующего электромагнита, поэтому, когда один электромагнит включен, а другой выключен, шестерня слегка перемещается, чтобы выровняться. Это продолжается включением и выключением отдельных электромагнитов, создавая, таким образом, отдельные этапы движения.
Гибридные шаговые двигатели стоят дороже, чем шаговые двигатели с постоянными магнитами, но обеспечивают лучшую производительность в отношении разрешения шага, крутящего момента и скорости. Гибридные шаговые двигатели сочетают в себе лучшие характеристики как шаговых двигателей с постоянными магнитами, так и шаговых двигателей с регулируемым сопротивлением. Ротор, как и в двигателях с регулируемым магнитным сопротивлением, имеет множество зубьев и содержит концентрический магнит, намагниченный в осевом направлении вокруг своего вала. Зубья на роторе обеспечивают направление магнитного потока в предпочтительные места воздушного зазора. Это еще больше повышает характеристики фиксации и динамического крутящего момента двигателя по сравнению как с двигателем с переменным магнитным сопротивлением, так и с двигателем с постоянными магнитами.
Шаговые двигатели относительно недороги и могут работать с разомкнутым контуром, не требуя устройств обратной связи. Кроме того, поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов, возможен широкий диапазон скоростей. Однако, несмотря на то, что шаговые двигатели способны создавать высокий крутящий момент на низких оборотах, они, как правило, хорошо подходят для применений с низкой мощностью, а не для применений, требующих большого крутящего момента для перемещения более тяжелых грузов. Они лучше всего подходят для применений, требующих контроля угла поворота, скорости и положения.
Некоторые недостатки заключаются в том, что неправильное управление двигателем может привести к нежелательному резонансу в системе. Кроме того, шаговыми двигателями, как правило, нелегко управлять на очень высоких скоростях. И по мере увеличения частоты вращения двигателя крутящий момент уменьшается.
Для двухфазных шаговых двигателей существует два основных типа обмоток: однофазная и двухполярная. В однополярной схеме используется 6 проводов, но ток может течь только в одном направлении. Для этих типов двигателей также требуется однополярный привод. В биполярной обмотке используется 4 провода, ток может течь в 2 направлениях, и для этого требуется биполярный привод. Биполярные двигатели, как правило, более эффективны и обеспечивают больший крутящий момент, чем однополярные модели, хотя они могут нагреваться быстрее, чем однополярные двигатели.
Крутящий момент шагового двигателя на низких оборотах напрямую зависит от тока. Скорость снижения крутящего момента на высоких оборотах зависит от ряда факторов, таких как индуктивность обмотки и схема привода, включая напряжение на приводе. Размеры степперов обычно подбираются в соответствии с кривыми крутящего момента, которые обычно указываются производителем.
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии