0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В какой технике есть шаговый двигатель

Шаговый электродвигатель

Ша́говый электродви́гатель — синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Содержание

  • 1 Описание
  • 2 Использование
    • 2.1 Датчик поворота
  • 3 Преимущества и недостатки
  • 4 См. также
  • 5 Примечания
  • 6 Литература
  • 7 Ссылки

Описание [ править | править код ]

Первые шаговые двигатели появились в 1830-х годах и представляли собой электромагнит, приводящий в движение храповое колесо. За одно включение электромагнита храповое колесо перемещается на величину зубцового шага храпового колеса. Храповые шаговые двигатели и в настоящее время находят довольно широкое применение [1] .

Конструктивно шаговые электродвигатели состоят из статора, на котором расположены обмотки возбуждения, и ротора, выполненного из магнито-мягкого или из магнито-твёрдого материала. Шаговые двигатели с магнитным ротором позволяют получать больший крутящий момент и обеспечивают фиксацию ротора при обесточенных обмотках.

Таким образом по конструкции ротора выделяют следующие разновидности шагового двигателя [2] :

  • с постоянными магнитами (ротор из магнитотвёрдого материала);
  • реактивный (ротор из магнитомягкого материала);
  • гибридный.

Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами.

Статор гибридного двигателя также имеет зубцы, обеспечивая большое количество эквивалентных полюсов, в отличие от основных полюсов, на которых расположены обмотки. Обычно используются 4 основных полюса для 3,6-градусных двигателей и 8 основных полюсов для 1,8—0,9-градусных двигателей. Зубцы ротора обеспечивают меньшее сопротивление магнитной цепи в определённых положениях ротора, что улучшает статический и динамический момент. Это обеспечивается соответствующим расположением зубцов, когда часть зубцов ротора находится строго напротив зубцов статора, а часть — между ними.

Ротор гибридного двигателя имеет зубцы, расположенные в осевом направлении. Ротор разделён на две части, между которыми расположен цилиндрический постоянный магнит. Таким образом, зубцы верхней половинки ротора являются северными полюсами, а зубцы нижней половинки — южными. Кроме того, верхняя и нижняя половинки ротора повёрнуты друг относительно друга на половину угла шага зубцов. Число пар полюсов ротора равно количеству зубцов на одной из его половинок. Зубчатые полюсные наконечники ротора, как и статор, набраны из отдельных пластин для уменьшения потерь на вихревые токи.

Использование [ править | править код ]

В машиностроении наибольшее распространение получили высокомоментные двухфазные гибридные шаговые электродвигатели с угловым перемещением 1,8°/шаг (200 шагов/оборот) или 0,9°/шаг (400 шаг/об). Точность выставления шага определяется качеством механической обработки ротора и статора электродвигателя. Производители современных шаговых электродвигателей гарантируют точность выставления шага без нагрузки до 5 % от величины шага.

Дискретность шага создаёт существенные вибрации, которые в ряде случаев могут приводить к снижению крутящего момента и возбуждению механических резонансов в системе. Уровень вибраций удаётся снижать при использовании режима дробления шага или при увеличении количества фаз.

Режим дробления шага (микрошаг) реализуется при независимом управлении током обмоток шагового электродвигателя. Управляя соотношением токов в обмотках, можно зафиксировать ротор в промежуточном положении между шагами. Таким образом можно повысить плавность вращения ротора и добиться высокой точности позиционирования. Качество изготовления современных шаговых двигателей позволяет повысить точность позиционирования в 10—20 раз.

Шаговые двигатели стандартизованы национальной ассоциацией производителей электрооборудования [en] (NEMA) по посадочным размерам и размеру фланца: NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34 и др. — размер фланца 42, 57, 86 и 110 мм соответственно. Шаговые электродвигатели NEMA 23 могут создавать крутящий момент до 30 кгс⋅см, NEMA 34 — до 120 кгс⋅см и до 210 кгс⋅см для двигателей с фланцем 110 мм.

Шаговые двигатели создают сравнительно высокий момент при низких скоростях вращения. Момент существенно падает при увеличении скорости вращения. Однако, динамические характеристики двигателя могут быть существенно улучшены при использовании драйверов со стабилизацией тока на основе ШИМ.

Шаговые электродвигатели применяются в приводах машин и механизмов, работающих в старт-стопном режиме, или в приводах непрерывного движения, где управляющее воздействие задаётся последовательностью электрических импульсов, например, в станках с ЧПУ. В отличие от сервоприводов, шаговые приводы позволяют получать точное позиционирование без использования обратной связи от датчиков углового положения.

Шаговые двигатели применяются в устройствах компьютерной памяти — НГМД, НЖМД, устройствах чтения оптических дисков.

Датчик поворота [ править | править код ]

Шаговые двигатели с постоянными магнитами могут использоваться в качестве датчиков угла поворота благодаря возникновению ЭДС на обмотках при вращении ротора. При этом, несмотря на удобство пользования и хорошую точность и повторяемость, необходимо учитывать, что:

  • без вращения вала нет ЭДС; определить положение стоящего вала нельзя;
  • возможна остановка вала в зоне неустойчивого равновесия (промежуточно между полюсами) ШД. Последующий пуск вала приведёт к тому, что, в зависимости от чувствительности компаратора, будет пропуск этого полюса, или два импульса вместо одного. В обоих случаях все дальнейшие отсчёты будут с ошибкой на один шаг. Для практически полного, но не 100%-го, устранения такого поведения необходимо применить муфту с соответствующим гистерезисом (угловым люфтом).
Читать еще:  Автозапуск двигателя заводиться и глохнет

Преимущества и недостатки [ править | править код ]

Главное преимущество шаговых приводов — точность. При подаче потенциалов на обмотки шаговый двигатель повернётся строго на определённый угол. Стоимость шаговых приводов в среднем в 1,5—2 раза ниже сервоприводов. Шаговый привод, как недорогая альтернатива сервоприводу, наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика. Можно отметить также длительный срок службы, порой сравнимый со временем морального устаревания или выработки ресурса всего станка; точность работы ШД за это время падает незначительно. Нетребовательны к техобслуживанию.

Возможность «проскальзывания» ротора — наиболее известная проблема этих двигателей. Это может произойти при превышении нагрузки на валу, при неверной настройке управляющей программы (например, ускорение старта или торможения не адекватно перемещаемой массе), при приближении скорости вращения к резонансной. Наличие датчика позволяет обнаружить проблему, но автоматически скомпенсировать её без остановки производственной программы возможно только в очень редких случаях [ источник не указан 2990 дней ] . Чтобы избежать проскальзывания ротора, как один из способов, можно увеличить мощность двигателя.

Зубчатые приводные ремни для шаговых двигателей

Шаговые двигатели находят всё большее применение в технике, в бытовых электронных приборах, в промышленности. Наша компания предлагает большой выбор ременных передач такого двигателя. На складе фирмы есть большой ассортимент продукции от ведущих производителей приводов из Европы, таких как «Megadyne», «ISORAN» (Италия), «Optibelt» (Германия) и прочих брендов. Наш офис находится в г. Минск, мы обеспечиваем доставку в любой регион, даём гарантию на привод.

Шаговые электрические двигат. представляют собой мотор, работающий от постоянного тока, синхронную электромашину, преобразующую электроэнергию во вращательное движение. Отличительная особенность – отсутствие щёток и то, что при подаче тока на одну из обмоток происходит остановка ротора. Последовательно подавая ток на обмотки получить «шаговое» вращение ротора.

Применяются такие электромоторы в различных аппаратах работающих под управлением электрических импульсов, например, в станках ЧПУ, в принтерах, в вычислительной технике. Двигатель создаёт достаточно большой момент при низкой скорости. Важная их характеристика – количество на полный оборот, например, 400 об/минуту, означает 400 шагов на угол в 0,9°.

Особенности и материалы производства

Даже сами ротор и статор этих моторов имеют зубцы, поэтому логично, что для передачи вращающего момента от вала применяются зубчатые ремешки. При этом изделие бывает как незамкнутым, так и бесконечным. Такого типа приводы ставятся на станках ЧПУ для передачи поступательного движения. Во многих случаях берутся двусторонние зубчатые передачи. Материалом изготовления служит резина, полиуретан, иные эластичные материалы. Они составляют тело ремешка, в сердцевине, которого находится корд из особо прочного материала, кевлара или стальной проволоки. При этом внешняя и рабочая сторона покрываются нейлоновой тканью, стойкой к истиранию.

Главными характеристиками любого зубчатого ремня, применяемого для двигателей, являются шаг и профиль. Шаг – это расстояние между вершинами зубьев, профиль – форма зуба и его основания в продольном сечении. В технике применяются метрические и дюймовые ремни. Разнообразие зубьев ещё более велико.

В приводах используются:

  • H, XH, XXH – дюймовые, у нас вы найдете качественные изделия фирмы «Megadyne», бесконечные и открытые.
  • MTD – метрические, с шагом 3,5,8, 14 мм.
  • STD – отличные ремни «Megadyne» с этим профилем, любой длины.
  • T, RPP, HTD, MXL, XL, L, AT и пр.

Чтобы купить нужный Вам ремень для своего механизма – сообщите его маркировку нашим специалистам, они подберут подходящий или аналогичный.

Широкий ассортимент продукции

Обратите внимание – наша компания является официальным партнёром ведущих мировых брендов в нашей стране и поставит любой ремень для Вашего станка или иного аппарата. У нас есть собственное производство, на котором изготавливается привод подходящего размера, длины, ширины. Мы осуществим состыковку нужной длины, перфорацию, специальные покрытия.

Офис фирмы находится в городе Минск, Республика Беларусь, работаем со всеми организациями и компаниями из России, Казахстана, Украины и других стран СНГ. У нас быстрая и несложная доставка транспортными компаниями.

В какой технике есть шаговый двигатель

Применение шаговых двигателей и сравнение двигателей.
В работе фрезеров используются два типа двигателя: шаговый – электромеханическое устройство, преобразующее сигналы в угловое перемещение ротора с фиксацией в заданном положении. И серводвигатели – имеющие обратную связь, и которыми можно управлять через цепь контроллера путём увеличения и уменьшения тока. Шаговые имеют меньшую мощность и скорость, и значительно дешевле серводвигателей.

Как правило, шаговый электродвигатель – это электромеханическое устройство, которое преобразует сигналы управления в угловое перемещение его ротора с качественной фиксацией в заданном положении. Сегодня современные шаговые двигатели (ШД), по сути, являются синхронными двигателями, не имеющими пусковую обмотку на роторе, что соответственно объясняется частотным пуском самого ШД. Последовательная активация обмоток двигателя порождает дискретные угловые перемещения (т. е. – шаги) ротора. Отличительная особенность этих двигателей – это возможность без датчика обратной связи осуществлять позиционирование по положению.
Шаговый двигатель относится к классу так называемых «бесколлекторных» двигателей постоянного тока. Такие двигатели как непосредственно и любые другие бесколлекторные электрические машины, имеют достаточно высокую надежность и весьма внушительный срок службы, что в свою очередь позволяет применять их в самых разных индустриальных сферах. Если сравнивать обычные электродвигатели постоянного тока с шаговыми двигателями, то последние требуют более сложных схем управления, выполняющие абсолютно все коммутации обмоток.

Читать еще:  Бензопила залило двигатель как завести

Сегодня существуют три основных типа/вида шаговых двигателей

  • Гибридные двигатели – наиболее часто используемые во фрезерных станках с числовым программным управлением.
  • Двигатели с постоянными магнитами.
  • Двигатели, имеющие переменное магнитное сопротивление.

Серводвигатели

Серводвигатель – это непосредственно двигатель с обратной связью, которой можно управлять, чтобы или достичь требуемой скорости (следовательно, крутящего момента) или же получить необходимый угол поворота. Именно для этой цели устройство обратной связи посылает определенные сигналы в цепь контроллера серводвигателя, сообщая о скорости и соответственно угловом положении. Если в результате наиболее высоких нагрузок скорость окажется гораздо, ниже требуемой величины, то ток будет увеличиваться покуда скорость не достигнет потребной величины. Когда сигнал скорости показывает, что она больше, чем необходимо, то ток соответственно, уменьшается. Если же по положению применена обратная связь, то сигнал о нем используется, чтобы остановить двигатель в тот момент, когда непосредственно ротор приблизится к необходимому угловому положению.
Для этого могут использоваться разные типы/виды датчиков, включая кодирующие устройства, например, такие как: потенциометры, тахометры и резольверы. Если применяется датчик положения типа кодирующего устройства или потенциометра, его сигнал вполне может быть дифференцирован для того, чтобы выработать определенный сигнал о скорости.
На сегодняшний день сервоприводы используются в высокопроизводительном оборудовании, к примеру, в таких производственных отраслях как: изготовление различных стройматериалов, напитков, упаковки, в полиграфии и подъемно-транспортной технике. Также в последнее время наблюдается тенденция к умножению доли сервоприводов в пищевой промышленности и деревообработке.
Решающим фактором использования сервоприводов является не только высокая их динамика, но и возможность получить высокостабильное или точное управление, широкий диапазон регулирования скорости, малые габариты и вес, а также помехоустойчивость.

Для сервоприводов характерны показатели

  • управление по моменту, по скорости или по позиции;
  • статическая точность поддержания скорости непосредственно по валу двигателя не более чем 0,01%;
  • диапазон регулирования скорости более чем в 1:1000;
  • точность поддержания позиции по валу двигателя менее ± 10;
  • компактные размеры и низкий вес;
  • отсутствие и бесконтактность узлов, требующих обслуживания;
  • достаточно высокое быстродействие;
  • значительная перегрузочная способность по моменту (т. е. кратность предельного момента кратковременно может превысить 3);
  • практически неограниченный диапазон (1:10 000 и более) для регулирования частоты вращения;
  • показатели кпд вентильных двигателей, как правило, превышают 90%, при изменении мощности нагрузки двигателя, при колебаниях напряжения питающей электросети меняются очень несущественно, в отличие от асинхронных;
  • электродвигателей, где максимальный кпд не превышает и 86%, а также, напрямую зависит от изменений нагрузки;
  • достаточно низкий перегрев вентильного электродвигателя, потому как на роторе двигателя отсутствует обмотка, что существенно увеличивает его срок службы, работающего в режиме учащенных перегрузок;
  • довольно-таки большая плотность момента на одну единицу массы электродвигателя.

Сравнение работы простого cерво и iагового двигателей

Для понимания различия между обычным шаговым и серво двигателем давайте рассмотрим работу системы именно с шаговым мотором, на котором непосредственно стоит энкодер (шаговый серводвигатель).
Контроллер выдал команду на какое-то количество шагов – повернуть вал. В обычном шаговом двигателе контроллер не в курсе, насколько конкретно шагов повернулся вал (т. к. у него отсутствует обратная связь). Просто он «считает», что вал повернулся правильно. А ведь бывает, что двигатель не смог повернуть вал или силы не хватило или по другой какой-либо причине. Хотя при этом контроллер четко отсчитал импульсы. Это и есть так называемый пропуск шагов в шаговом двигателе.
В серводвигателе же подобная проблема полностью отсутствует. Контроллер дал команду вал повернуть настолько-то импульсов и ожидает покуда с энкодера придет сигнал, который подтвердит, что вал повернулся на необходимое число импульсов. При этом если с энкодера поступил, хотя бы на 1 импульс меньше, контроллер все равно будет продолжать подавать команду, пока с энкодера не поступит последний импульс, который выровняет соотношение истинного и заданного количества импульсов. Либо же по истечении заданного периода времени, контроллер выдаст специальный сигнал «Ошибка перемещения».
В сервоприводе удержание осуществляется исключительно за счет тока, протекающего непосредственно через обмотку двигателя. При этом в момент удержания половины периода ток поступает в одном направлении, а вторую половину оставшегося времени в ином направлении. Именно за счет этого происходит удержание якоря. В это время по импульсам с энкодера подходит проверка, якорь на месте (на выходе нет ни одного импульса) или же сдвинулся (на выходе энкодера, как правило, появится импульс, вернее код).

Читать еще:  Хундай ах35 сколько масла в двигателе

Преимущества шагового двигателя

  • Шаговые двигатели существенно дешевле, нежели серводвигатели.
  • Простота конструкции, а значит и простота ремонта.
  • Простота системы управления (подходят практически все программы написанные для CNC станков).

Преимущества серводвигатель

  • Бесшумность и плавность работы в некоторых случаях делают сервоприводы единственным возможным вариантом для работы.
  • Надежность и безотказность: возможность применения в ответственных устройствах.
  • Высокая точность и скорость перемещений доступны также и на низких скоростях.- Способность двигателя может выбираться пользователем непосредственно от того какую конкретно задачу необходимо выполнить.

Выводы

Ограничением в использовании шаговых двигателей являются мощность и соответственно скорость, однако по практике, их применение целиком оправданно в недорогих станках имеющих систему ЧПУ, предназначенных для обработки дерева, ДСП, МДФ, пластиков, легких металлов и прочих материалов средней скорости, необходимости производителей станков с ЧПУ по точности и по скорости. Если по каким-либо причинам такие параметры не устраивают, то, как правило, используют сервоприводы. Но стоит заметить, что при этом резко и, причем значительно поднимается стоимость конструкции в целом.
Если смотреть с другой стороны, то достичь реальной экономии времени обработки и даже при скоростных сервоприводах, можно за счет экономии на переходах и соответственно оптимизации путей обработки. В остальное же время, скорость весьма ограничена – режимами резки. Между деталью и приводом есть еще и фреза о чем часто забывают.
Достоинства сервопривода таковы, что использовать их можно было бы постоянно, когда только возможно, конечно если бы не два существенных недостатка: цена самого комплекта (т. е. блок управления + сервомотор) и сложность настройки, которая временами делает применение сервопривода совершенно – необоснованным.

Шаговые электродвигатели. Преимущества и недостатки.

Сферы применения шаговых двигателей поражают своим разнообразием: различные станки ЧПУ, роботы, автоматические инструменты, офисная техника. Но есть один фактор, который их объединяет — в каждой области требуется высокая точность позиционирования, при сохранении конструктивной простоты устройства.
Шаговый электродвигатель — это синхронный бесщеточный двигатель, который преобразует электрическую энергию в механическую. В отличии от остальных двигателей, шаговый работает дискретно.
Как и все моторы, шаговые двигатели состоят из ротора, на котором установлены постоянные магниты, и статора, в состав которого входят катушки(обмотки).

В результате протекания импульсного потока через обмотку меняется ориентация магнитного поля между полюсами статора и создается механическое поворотное усилие. Необходимые угловые перемещения или шаги ротора производятся последовательной активацией обмоток статора. У шаговых двигателей отсутствует пусковая обмотка, т.к. используется частотный пуск, и для осуществления установки ротора в нужную позицию нет необходимости в датчике положения. Отсутствие коллектора повышает надежность и долговечность устройства.

В машиностроении наибольшее распространение получили шаговые электродвигатели с угловым перемещением 1,8°/шаг (200 шагов/об) или 0,9°/шаг (400 шаг/об).

Приборы такого типа применяются в промышленности в качестве исполнительных устройств. Шаговые двигатели устанавливаются в устройствах с дискретным управлением при необходимости точного позиционирования исполнительных механизмов, в том числе резцов и плазменных резаков с точность до десятых миллиметра. Их также используют в оборудовании с непрерывным перемещением и импульсным управлением, в котором характер движения задается программно, например, в станках с ЧПУ. Кроме промышленного и бытового секторов шаговые двигатели находят применение в творчестве радиолюбителей, изготовлении роботов, самодельных движущихся устройств, самодельных станков с ЧПУ и т.д.

К преимуществам шаговых двигателе можно отнести такие характеристики:

  • высокая точность угла поворота при подаче потенциалов на обмотки;
  • наибольшая рациональность при автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика, то есть такие устройства наиболее эффективны в низко динамических системах;
  • экономическая выгода в 1,5-2 раза в сравнении с серво приводными двигателями;
  • простота установки оборудования, подключения и управления;
  • высокая безопасность, надежность и долговечность;
  • не требует наличия редуктора, т.к. на низких оборотах угловой момент оказывается достаточным для любого применения;
  • при выходе из строя устройство просто останавливается;
  • для определения текущего углового положения ротора не используется усложняющая схему обратная связь.

Среди недостатков следует указать такие характеристики:

  • возможность «проскальзывания» ротора при превышении нагрузки на валу, которая устраняется посредством применения датчиков либо увеличения мощности двигателя;
  • невысокий коэффициент полезного действия и высокое удельное потребление энергии;
  • невысокая мощность по сравнению с электродвигателями других типов со сходными характеристиками;
  • возможность возбуждения механических резонансов и снижения крутящего момента, вызванных вибрациями вследствие дискретности шага;
  • повышенный нагрев и шум при работе;
  • высокая инерционность и низкая устойчивость к перегрузкам;
  • зависимость углового момента от частоты вращения ротора;
  • затруднительный контроль точности позиционирования из-за отсутствия контура обратной связи в отличии от сервоприводных двигателей.

Таким образом, понимая целесообразность использования шаговых приводов, вам будет легче определиться с выбором комплектации вашего станка с ЧПУ.

Детальную информацию о сервоприводах, которые используются в станках плазменной резки Quantec Advance, Вы можете прочитать в блоге

Мы производим лучшие станки плазменной резки с ЧПУ, предлагая Вам только качественные решения и оправдывая Ваши инвестиции в производство.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector