Что такое шаговый двигатель?

01.07.2018 06:32

Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель определяется как устройство, чье нормальное движение вала состоит из дискретных угловых перемещений, по существу, одинаковой величины при движении от последовательно подключенного источника питания постоянного тока.

Шаговым двигателем является цифровое устройство ввода-вывода.

Он особенно хорошо подходит для типа приложения, где сигналы управления отображаются как цифровые импульсы, а не аналоговые напряжения. Один цифровой импульс на шаговый двигатель или транслятор заставляет двигатель увеличивать один точный угол движения. По мере увеличения частоты цифровых импульсов движение шага переходит в непрерывное вращение.

Типы шаговых двигателей

Существуют три основных типа шаговых двигателей, но в промышленной автоматизации наиболее распространенным типом является гибридный тип:

Активный ротор: постоянный магнит (PM)
Реактивный ротор: переменное сопротивление (VR)
Комбинация PM и VR: гибридный (HY)
ООО ТМДЛ предлагает в основном гибридные шаговые двигатели с шагом 1,8 °.

Тип шагового двигателя с постоянным магнитом

Этот тип шагового двигателя имеет ротор с постоянным магнитом. Статор может быть аналогичен статору обычного 2- или 3-фазного асинхронного двигателя или сконструирован аналогично штампуемому двигателю. Последний является самым популярным типом.

A) Обычный тип постоянного магнита. Показана схема обычного шагового электродвигателя ротора с постоянным магнитом. Иллюстрируется двухфазная обмотка. На рис. 1а показана фаза А с положительным положительным знаком «А». Поле находится на 0 °. При намотке катушки, как показано, северный полюс ротора также находится на 0 °.
шаг Положение  (Механические градусы)  возбуждение фигура
ротора и  Электромагнитное  фаза фаза
вала поле A В
0 0 0 + - от от 1a
1 90 90 от от + -
2 180 180 - + от от 1c
3 270 270 от от - + 1d
Вал завершает один оборот для каждого полного оборота электромагнитного поля в этом шаговом двигателе.





оборот для каждого полного оборота электромагнитного поля в этом шаговом двигателе.
Это тот же двигатель, при котором оба обмотки находятся под напряжением. Важное отличие здесь состоит в том, что возникающее электромагнитное поле находится между двумя полюсами. Поле переместилось на 45 ° из поля. Вот последовательности возбуждения и положения ротора.
шаг Положение  (Механические градусы)  возбуждение фигура
ротора и  Электромагнитное  фаза фаза
вала поле A В
0 45 45 + - + -
1 135 135 - + + - 2b
2 225 225 - + - +
3 315 315 + - - + 2d
Как и в схеме однофазного включения, вал завершает один оборот для каждого полного оборота электромагнитного поля. вал завершает один оборот для каждого полного оборота электромагнитного поля

Должно быть очевидно, что этот шаговый двигатель может быть полушаговым; т.е. шаг с шагом в малый шаг. Это возможно за счет объединения энергии. Диаграммы шагового двигателя с движением ротора с половинным шагом. Последовательность включения и положения ротора
шаг Положение  (Механические градусы)  возбуждение фигура
ротора и  Электромагнитное  фаза фаза
вала поле A В
0 0 0 + - от от 3a
1 45 45 + - + - 3b
2 90 90 от от + -
3 135 135 - + + - 3d

Как и на предыдущих диаграммах, ротор и вал движутся под тем же углом, что и поле. Обратите внимание, что каждый шаг приводил к повороту на 45 ° вместо 90 ° на предыдущей диаграмме.
ротор и вал движутся под тем же углом

Шаговый вигатель с постоянным магнитом может быть намотан с помощью бифилярной обмотки, чтобы избежать необходимости изменения полярности обмотки. Показана бифилярная обмотка, тогда как в таблице IV показана последовательность включения.
шаг Положение  (Механические градусы)  возбуждение фигура
ротора и  Электромагнитное  фаза фаза
вала поле A В С D
0 0 0 на от от от
1 90 90 от от на от 4b
2 180 180 от на от от 4c
3 270 270 от от от на 4d
Бифилярные обмотки легче переключаться с помощью транзисторного контроллера. Требуется меньше коммутирующих транзисторов.
Бифилярные обмотки легче переключаться с помощью транзисторного контроллера

Самым популярным типом шагового двигателя с постоянным магнитом является так называемый  недорогой шаговый двигатель. Этот двигатель трудно ясно проиллюстрировать из-за того, как он построен. Вырез является попыткой показать, как выглядит этот тип PM-шагового двигателя. Двигатель показан на обеих фазах под напряжением. Ротор показан с 12 полюсами, что приводит к 24 шагам за оборот с шагом в 15 °. На фиг. 6 показана схема шагового двигателя ТЧ типа, показанного на фиг. 5. Этот шаговый двигатель имеет пару катушек, окружающих ротор постоянного магнита. Катушки заключены в мягкий железный корпус с внутренними зубцами, взаимодействующими с ротором. Каждый корпус катушки имеет такое же количество зубьев, сколько количество полюсов ротора.
схема шагового двигателя
Шаговые двигатели PM доступны со следующими углами шага:
Степень степеней Шаги за революцию
1,8 200
3,6 100
3,75 96
7,5 48
9 40
10 36
11,25 32
15 24
18 20
22,5 16
30 12
45 8
90 4

Тип переменной сопротивления

Этот тип шагового двигателя имеет электромагнитный статор с магнитно-мягким железным ротором, имеющим зубцы и пазы, похожие на ротор индукторного генератора. В то время как двигатели PM - это в основном двухфазные машины, двигатели VR требуют не менее 3-х фаз. Большинство шаговых двигателей VR имеют 3 или 4 фазы, хотя имеются 5-фазные двигатели VR.

Трехфазная схема двигателя VR. Показанный двигатель имеет 12 зубцов статора, 8 зубцов ротора и угол шага 15 °. Последовательность включения в таблице V.
шаг Положение  (Механические градусы)  Фаза активации
ротора и  Электромагнитное 
вала поле A В С
0 15 60 на от от
1 30 120 от на от
2 45 180 от от на
3 60 240 на от от
На шаговом двигателе VR поле движется с другой скоростью, чем ротор.
На шаговом двигателе VR поле движется с другой скоростью, чем ротор.

Обратите внимание на вращение электромагнитного поля. Поле совершает большой прыжок в повороте между шагами 2 и 3. Это характерно для шагового двигателя, подключенного таким образом. Этот шаговый двигатель с двумя фазами, запитанными одновременно. Вращение поля остается неизменным.  Это указывает на магнитные полюса, когда они находятся под напряжением. Сцепление катушки, показывает симметричное соединение, называемое NSNS, из-за полярности катушки. Обратите внимание, что катушка фазы А имеет два южных полюса и северные полюса для пути возврата потока. Вы можете быть уверены, что он будет. Поток будет возвращаться по пути наименьшего сопротивления, а именно через пары полюсов, которые являются ближайшими к двум зубьям ротора. Это зависит от положения ротора. Поток индуцирует напряжение в катушках, намотанных на полюс. Это вызывает ток в обмотке, замедляющий ротор. Величина тока определяется напряжением на катушке. Укрепленная диодом катушка будет иметь больше тока, чем резисторный диод или стабилизированная диодно-винтовая обмотка. Диаграмма 4-фазного шагового двигателя VR с подключением NSNS и двумя фазами. Обратите внимание на короткий путь потока между полюсами.
Часто бывает необходимо уменьшить угол шага без использования зацепления.

Часто бывает необходимо уменьшить угол шага без использования зацепления. Один из способов - удвоить число зубьев ротора и статора. Если шаговый двигатель был сконструирован, как показано на изображении 7, зубы были бы тонкими и трудными для движения. Лучший способ сделать это показан на позиции 12. Количество полюсов ротора и статора уменьшается.

На полотне 13 показана схема шагового двигателя с переменной частотой вращения на 5 °. На риcунке 14 показана диаграмма двигателя VR на шаге 1.8 °.
показана схема шагового двигателя

разрез шагового двигателя

Гибридный тип шагового двигателя

Этот тип двигателя часто называют шаговым двигателем с постоянным магнитом. Он использует комбинацию постоянного магнита и переменной структуры нежелательности. Его конструкция аналогична конструкции асинхронного шагового двигателя. Изображен упрощенный тип гибридного шагового двигателя для иллюстрации его конструкции. Ротор имеет две торцевые части (хомуты) с выступающими полюсами, расположенными на равном расстоянии друг от друга, но радиально смещенными друг от друга с шагом в один шаг. Круглый постоянный магнит отделяет их. Якори имеют по существу равномерный поток противоположной полярности. Статор образован из многослойной стали. Двигатель имеет 4 катушки, расположенных в двух группах по 2 катушки последовательно. Одна пара катушек называется фазой A и другой фазой B. Для показанного шагового двигателя каждый полюс имеет один зуб.
шагового двигателя каждый полюс имеет один зуб

Количество полных шагов за оборот может быть определено по следующей формуле:

SPR = N R x Ø
Где:    SPR = количество шагов за оборот
N R = общее число зубьев ротора (общее для обоих хомутов)
Ø = количество фаз двигателя
или: N R = SPR / Ø
Пример: Шаговый вигатель, имеет обмотку 2 Ø и ротор с 5 зубцами на ярмо для всего 10 зубов. Вычислите количество шагов / rev.

SPR = 10 x 2 = 20 шагов / оборот

Шаг угла может быть найден по следующей формуле:

SA = 360 / SPR
Где:    SA = шаг в градусах
SPR = шаг за оборот
Пример. Рассчитайте угол шага для вышеуказанного двигателя.

SA = 360/20 = 18 °

Шаг угла может быть рассчитан непосредственно, не зная количества фаз, если известно количество зубьев статора и зубьев на полюс. На рисунке 15 показан один зуб на полюс и всего 4 зубца на статоре.

Формула:    SA = (1 / N ST - 1 / N RP ) x 360 x N STP
Где:    SA = шаг в градусах
N ST = количество зубьев статора
N RP = количество зубьев ротора на полюс или ярмо
N STP = количество зубьев статора на полюс
Обратите внимание, что двигатели часто строятся с одним или двумя зубцами между каждым полюсом, выведенным из строя, чтобы облегчить намотку двигателя и уменьшить утечку потока между полюсами. Эта формула требует использования теоретического числа зубов.

Обратите внимание, что здесь также должно использоваться теоретическое число зубов. Обычно легко визуально определить, не осталось ли зуб или два между полюсами.

Пример: Шаговый двигатель имеет 5 зубьев на каждом вилке ротора и один зуб на полюс с общим количеством 4 зубов.

SA    = (1/4 - 1/5) x 360 x 1
= (.25 - .20) x 360
= 18 °
Показано вращение вала с двухфазным включением. Последовательность переключения, поворот поля и вращение выходного вала показаны в таблице VII.
шаг Положение  (Механические градусы)  Этапы фигура
ротора и  Электромагнитное 
вала поле A В
0 9 ° 45 ° + + 16а
1 27 ° 135 ° - + 16b

гибридный шаговый двигатель
Показан гибридный шаговый двигатель 5 °. Обратите внимание, что ротор имеет 18 зубьев на каждом хомуте в общей сложности 36 зубов. Обычно доступная гибридная диаграмма 1,8 °

Обычно доступная гибридная диаграмма
Гибридные шаговые двигатели
Гибридные шаговые двигатели доступны в следующих углах шага:
Степень угла шага Шаги
0,45 800
0,72 500
0.9 400
1,8 200
1,875 192
2 180
02.май 144
3,6 100
5 72
Вернуться к списку