Лекция № 5 - като стъпкови двигатели работят

С помощта на стъпков мотор е един от най-прости, евтини и лесни решения за реализацията на прецизни системи за позициониране. Тези двигатели често се използват в най-различни металорежещи машини с ЦПУ и роботи. Днес ще говорим за това как да се изгради на стъпкови двигатели и как те работят.

На първо място, стъпковия двигател - е двигателят. Това означава, че го преобразува електрическата енергия в механична енергия. Основната разлика между него и всички останали видове двигатели е начинът, по който се осъществява въртенето. За разлика от другите двигатели, стъпкови двигатели не се въртят непрекъснато! Вместо това, те се въртят в стъпки (оттук и името им). Всяка стъпка представлява част от пълния обрат. Тази част се определя главно от механична задвижващия блок и управление на избрания процес. Стъпкови мотори и различни начини за власт. За разлика от двигатели за променлив ток или DC, те обикновено се контролира от импулси. Всеки импулс се превръща до степен, до която се появява на въртенето. Например, 1.8º стъпков двигател върти вала до 1.8 ° за всеки входящ импулс. Често, поради тази характеристика, стъпкови двигатели, наричан също цифров.

Тъй като всички двигатели, стъпкови двигатели се състои от статор и ротор. Ротор монтирани постоянни магнити и неподвижната част включва намотка (намотка). Стьпковият двигател, като цяло, както следва:

Тук ние виждаме намотката 4, под ъгъл от 90 ° по отношение на всяка друга, разположени на статора. Разликите в методи за свързване намотки в крайна сметка се определи вида на свързване на стъпковия двигател. На фигурата по-горе, намотките не са свързани заедно. Motor според тази схема е повратна стъпка от 90 °. Намотките се използват в кръг - един след друг. Посоката на въртене се определя от реда, в който са използвани намотки. Следващото илюстрира работата на такъв мотор. Токът през намотката се извършва на интервали от 1 секунда. вала на двигателя се завърта на 90 ° всеки път ток протича през бобината.

А сега да разгледаме различните методи за доставка на ток към намотката и ще видите, в резултат на въртящия се вал на двигателя.

контрол или управление на общата стъпка една вълна ликвидация

Методът, описан по-горе, се нарича вълна контрол намотка. Това означава, че само през един намотка електрически ток потоци. Този метод се използва рядко. По принцип, хората прибягват до него, за да се намали консумацията на енергия. Такъв метод позволява да се получи по-малко от половината от въртящия момент на двигателя, като по този начин товарът на двигателя не може да бъде значителен.

Такъв двигател е 4 стъпки на завъртане, което е номиналният брой стъпки.

Вторият и най-често използваният метод е общия метод етап. За изпълнение на този метод, напрежението прилага към намотките по двойки. В зависимост от начина на свързване на кабелите (сериен или паралелен), моторът ще изисква двойна напрежение или ток да работят двойно по отношение на необходимата този при възбуждане ликвидация. В този случай, двигателят ще произвежда 100% от номиналния въртящ момент.

Такъв мотор разполага с 4 стъпки за пълна революция, която е номиналната броя на стъпките за него.

Това е един много забавен начин да получите два пъти точността на системата за позициониране, без да се променя нищо в "желязото"! За изпълнение на този метод, всички двойки бобини се задвижват едновременно, при което роторът се върти от половината от нормалната си стъпка. Този метод може да се осъществява чрез използване на едно или две серпентини. По-долу показва как тя работи.

Използвайки този метод, един и същ двигател ще бъде в състояние да се удвои броят на стъпките на оборот, което означава, двойно-прецизна система за позициониране. Например, този двигател ще даде 8 стъпки за оборот!

Режим Microstepping е най-често използваният метод за контролиране на стъпкови двигатели до момента. microstepping Идеята е да се предоставят правомощия на импулси намотките на двигателя, и сигналът, благодарение на формата си, която прилича на синусоида. Този метод за промяна на позицията на прехода от една стъпка към другия позволява да се получи плавно движение, което прави двигатели за засилване са широко използвани в приложения като системи за позициониране в машини с ЦПУ. Също така, струи от различни части, свързани към двигателя, както и петите на двигателя е значително намалени. В режим на Microstep, стъпков мотор може да се върти толкова гладко, колкото конвенционалните двигатели за постоянен ток.

Формата на тока, протичащ през намотката е подобна на синусоида. Тя може да се използва под формата на цифрови сигнали. Ето някои примери:

метод microstepping всъщност е начин за захранване на двигателя, а не метод за контрол ликвидация. Следователно Microstep може да се използва при управление на вълна и общия режим стъпка. По-долу е показана работата на този метод:

Въпреки че изглежда, че режим microstepping стъпки стават по-големи, но в действителност, това не се случва. За да се подобри точността на често използвани трапецовидна предавка. Този метод се използва, за да се осигури нормалното движение.

Стъпков мотор с постоянен магнит

Роторът на мотора е с постоянен магнит във формата на диск с два или повече полюси. Тя работи точно както е описано по-горе. статорните намотки ще привличат или отблъскват постоянен магнит на ротора и по този начин генерира въртящ момент. По-долу е схема на стъпков двигател с постоянен магнит.

Обикновено, тези двигатели стъпка размер в границите на 45-90 °.

Стъпков мотор с променлива нежелание

При този вид двигател на ротора не е постоянен магнит. Вместо това, роторът е изработен от мек магнитен метал под формата на назъбен диск тип предавка. намотките на статора е повече от четири. Намотките се захранват в противоположни двойки и привличат ротора. Липсата на постоянен магнит оказва отрицателно влияние върху размера на въртящия момент, тя е значително намален. Но има и един голям плюс. Тези двигатели не разполагат с блокиращ въртящ момент. Точката на заключване - е въртящ момент, генериран от постоянните магнити на ротора са привлечени към котвата на статора в отсъствие на ток в намотките. Човек може лесно да се разбере, че това е за момента, ако се опитате да включите ръка изключен стъпковия мотор с постоянен магнит. Ще се почувствате по различни кликне върху всяка стъпка мотор. В действителност, това, което чувстваш и ще бъде определяне точка, която привлича магнитите за котвата на статора. Следващото илюстрира действието на стъпков двигател с променлива нежелание.

Стъпкови двигатели с променлива нежелание обикновено стъпка лежи в диапазона 5-15 °.

Хибридни стъпков двигател

Този тип двигатели степер се нарича "хибрид", защото той съчетава характеристиките на стъпкови двигатели и постоянен магнит и променлива нежелание. Те имат отлична задържане и динамичното въртящ момент, както и много малък размер на стъпка лежи в диапазона 0.9-5 °, осигурява отлична точност. Техните механични части могат да се редуват с по-висок процент в сравнение с други видове стъпкови двигатели. Този тип двигател се използва в машини с ЦПУ от висок клас и роботи. Основният им недостатък - високата цена.

Нормално мотор с 200 стъпки на завъртане ще има положителни и отрицателни 50 50 полюси с 8 намотки (с 4 двойки). Поради факта, че магнитът не може да се направи, елегантно решение е намерен. Взети две отделни 50-назъбен диск. също се използва цилиндричен постоянен магнит. Дискове са заварени една с положителен, а другият към отрицателния полюс на постоянния магнит. По този начин, един диск има положителен полюс на зъбите си, а другата - отрицателни.

Две 50-назъбен диск се поставя над и под постоянен магнит

Номерът е, че дисковете са подредени по такъв начин, че когато ги погледнеш отгоре, те изглеждат като една единствена 100-zuby кола! Повишаване на същия диск са подравнени с вдлъбнатини от друга.

Вдлъбнатините в един диск са подравнени с издатините на другия

Следващото илюстрира операция на хибриден стъпков двигател с 75 стъпки на завъртане (1.5 ° на стъпка). Заслужава да се отбележи, че 6 от намотките са свързани, всеки от които има намотка на противоположната страна. Може би се очаква, че бобините са разположени под ъгъл от 60 ° до друг, но в действителност, това не е така. Ако приемем, че първата двойка - е най-горната и най-долната намотка, а втората двойка е наклонено при 60 + 5 ° спрямо първия и третия компенсира 60 + 5 ° по отношение на втория. Ъгловата разликата е причината за въртене на двигателя. Режими на управление с пълни и половина стъпки могат да бъдат използвани, но тъй като контролът на вълна, за да се намали консумацията на енергия. По-долу демонстрира пълен контрол стъпка. В polushagovom режим, броят на стъпки, за да се увеличи до 150!

Не се опитвайте да следвате намотките, за да видите как тя работи. Просто се съсредоточи върху една намотка и изчакайте. Ще забележите, че, когато се цели бобината, има 3 положителен полюс (в червено) в рамките на 5 ° зад себе си, които са привлечени от посоката на въртене, а другият 3 отрицателен полюс (в синьо) в 5 ° напред, което изтласква в посока на въртене. Циклично изменение на бобина винаги се намира между положителните и отрицателните полюси.

Свързване на намотките

Стъпкови мотори са многофазни мотори. Повече ликвидация означава повече фази. Още фази, по-гладка работа на двигателя и по-vyokaya разходи. Въртящ момент не е свързан с броя на фази. Най-широко използваните двуфазни двигатели. Това е минималната сума, необходима за да се гарантира, че стъпковия двигател се управлява. Трябва да се разбере, че броят на фазите не е задължително да се определи броя на намотките. Например, ако всеки етап има две двойки намотки и двуфазна моторни, броя на намотките е равно на 8. Това определя само механичните характеристики на двигателя. За простота, аз ще разгледа най-простият променливотоков мотор с един чифт на фазови намотки.

Има три различни типове връзки за двуфазни стъпкови двигатели. Намотките са свързани заедно, и в зависимост от връзката, различен брой проводници, използвани за свързване на двигателя към контролера.

биполярно двигател

Това е най-простият конфигурация. Използва 4 проводника за свързване на двигателя към контролера. Намотките са свързани последователно или паралелно. Пример биполярно мотор:

Моторът разполага с 4 терминала. Два жълти терминал (! Цвят не отговаря на стандарта) Подхранват вертикалната намотка, два розови - хоризонтална спирала. Проблемът с тази конфигурация е, че ако някой иска да промени магнитната полярност, а след това е единственият начин е да се промени посоката на електрическия ток. Това означава, че веригата на водача става сложно, например тя ще бъде Н-мост.

еднополюсен мотор

общ проводник еднополюсен мотор, свързан към точката, в която двете намотки са свързани помежду си:

С помощта на тази обща тел, можете лесно да променяте магнитните полюси. Да предположим, например, ние сме свързани общия проводник към земята. Energized първият извод на намотката, а след това още един - ние променяме магнитните полюси. Това означава, че веригата за биполярно мотор е много проста, като правило, се състои само от два транзистора на фаза. Основният недостатък е, че всеки път, използвайте само половината от наличните намотките конвектори. Това е все едно вълна мотор контрол на възбуждане на една ликвидация. Така, въртящ момент винаги е около половината от въртящ момент, който може да се получи, ако се използват две намотки. С други думи, хомеополярно мотор трябва да е повече от два пъти по-маркер, в сравнение с биполярно мотор да предоставят същата въртящ момент. В еднополюсен мотор може да се използва като биполярно мотор. За да направите това, вие трябва да излизат извън пределите на тел несвързано.

Монополярни двигатели могат да имат 5 или 6 на терминали за връзка. Фигурата горе демонстрира еднополюсен мотор с 6 щифт. Има двигатели, в които две жици са свързани в общ. В този случай, двигателят има 5 терминала за свързване.

8-пинов стъпков двигател

Това е най-гъвкави по отношение на стъпков двигател връзки. Всички намотки имат терминали от двете страни:

Този двигател може да бъде свързана по всеки възможен начин. Той може да бъде свързан като:

• 5 или 6-пинов еднополюсен,
• биполярно с последователно свързани бобини
• Биполярно с паралелно свързани бобини
• биполярно с една връзка на фаза за приложения с ниска консумация на енергия