Существует два основных типа шаговых приводов: L/R-приводы и приводы в ключевом режиме.

Шаговые приводы L/R

Шаговые приводы L/R также называются приводами “постоянного напряжения” или «управляемые напряжением», поскольку они подают заданное (постоянное) напряжение на обмотки двигателя. Ток, вырабатываемый в обмотках, зависит от мощности двигателя и постоянной времени, которая представляет собой соотношение между его индуктивностью и сопротивлением (L/R). Постоянная времени приводит к медленному увеличению тока с каждым импульсом напряжения. Таким образом, при очень высоких частотах импульсов (т.е. высоких оборотах двигателя) полный ток и, следовательно, полный номинальный крутящий момент могут быть достигнуты не полностью. Это ограничивает использование приводов L/R преимущественно низкоскоростными приложениями.

Ток в обмотках можно увеличить, используя более высокое напряжение питания, но тогда повышение температуры двигателя становится проблемой. При высоком приложенном напряжении время “выключения” (когда питание не подается) должно быть достаточно длительным, чтобы предотвратить перегрев двигателя. Другим вариантом является последовательное добавление резисторов для улучшения постоянной времени (например, L/2R или L/4R) и увеличения напряжения. Но резисторы тратят энергию впустую за счет выделения тепла, поэтому эффективность снижается.

Сопротивление (R) влияет на максимальный ток в обмотках, согласно закону Ома, I = V/R.

Индуктивность (L) влияет на скорость изменения тока в обмотках, согласно соотношению, dI/dt = V/L.

Приводы в ключевом режиме

Из-за ограничений крутящего момента и скорости L / R шаговых приводов, все большее число применений шаговых двигателей в настоящее время используют приводы в ключевом режиме. Эти приводы также называются приводами “постоянного тока” или «управляемые током», поскольку они подают заданный ток на обмотки двигателя путем очень быстрого «включения» и «отключения» выходного напряжения.

При каждом шаге двигателя на обмотки двигателя подается очень высокое напряжение (обычно в восемь раз превышающее номинальное напряжение двигателя). Это высокое напряжение дает очень короткое время нарастания тока, согласно соотношению для катушки индуктивности (dI/dt = V/L), и это приводит к образованию более высокого тока, согласно закону Ома (I = V/R).

Переключение напряжения также модулирует ширину выходных импульсов (широтно-импульсная модуляция) и обычно выполняется на частоте 20 кГц или выше — выше слышимого диапазона. Импеданс в обмотках изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя, поэтому он играет определенную роль в определении времени включения напряжения.

При низких оборотах двигателя и низком импедансе привод в ключевом режиме обеспечивает короткое время включения напряжения, создавая небольшую длительность импульса. В качестве альтернативы, при высоких скоростях и высоком сопротивлении обмотки привод в ключевом режиме обеспечивает длительное время включения напряжения, создавая большую длительность импульса и позволяя току увеличиться в достаточной степени для создания номинального крутящего момента.

Чувствительный к току резистор, расположенный последовательно с каждой обмоткой, регулирует ток и обеспечивает максимально короткое время нарастания и спада тока. По мере увеличения тока на резисторе возникает напряжение. Это напряжение контролируется с помощью компаратора, и при заданном опорном напряжении выходное напряжение от двигателя отключается (прерывается) до тех пор, пока не возникнет следующий импульс. Это позволяет току нарастать и уменьшаться при включении и выключении напряжения.

Управляя рабочим циклом привода во время переключения, средние напряжение и ток поддерживаются равными номинальным значениям напряжения и тока двигателя. Результатом является точное регулирование крутящего момента и, что более важно, более высокий крутящий момент при высоких оборотах двигателя.

Приводы с Микрошаговым режимом работы являются одним из вариантов приводов, работающих в ключевом режиме.

Изображение предоставлено: AMETEK Inc.

Вам так же может быть интересно:

Повторитель (сплиттер) сигнала энкодера РДПУ.465645.002 предназначен для обеспечения гальванической развязки 2500 В между входным и выходными сигналами, а так же дублирования сигнала инкрементального энкодера с напряжением питания 5 В с комплиментарным выходным сигналом типа «Line Driver» A, A\, B, B и частотой до 1 МГц.