Стандартные шаговые двигатели 1,8 градуса состоят из ламинированной, зубчатой статорной намотки с двумя центробежными катушками.

Катушки окружают 50-полюсный гибридный ротор. Ротор состоит из осевого намагниченного постоянного магнита с двумя ламинированными стальными чашками. В отличие от двигателей постоянного тока, прикладывание тока к обмоткам двигателя создает крутящий момент, который сопротивляется вращению (удерживающий момент).
В отличие от двигателей постоянного тока, прикладывание тока к обмоткам двигателя создает крутящий момент, который сопротивляется вращению (удерживающий момент).
Однако, переключая катушки на и выключая в определенной последовательности из четырех шагов, ротор будет «ступить» на 1,8 градуса на текущее изменение. Необязательная восьмиступенчатая последовательность удваивает разрешение до 0,9 градуса (400 шагов за оборот). Таким образом, вращение достигается простым применением соответствующей последовательности токов обмотки.
Под напряжением шаговый двигатель имеет вращающуюся жесткость
Несколько факторов усложняют эту простую схему. Под напряжением шаговый двигатель имеет вращающуюся жесткость, которая сопротивляется отклонению от его текущего положения. В сочетании с вращательной инерцией ротора эта система пружинной массы создает фундаментальный резонанс в диапазоне от 50 до 150 Гц. Работа при скоростях ступеней вблизи этой собственной частоты увеличивает шум и вибрацию и может привести к отказу двигателя от синхронизации (потеря позиции).При работе с оптимальной производительностью шаговые двигатели должны работать горячими
Использование микрошаговой системы, которая реализована на всех приводах шагового двигателя nema, резко снижает или устраняет этот эффект. Из-за инерции ротора двигателя существует предел ступенчатой ​​скорости, который может быть применен к неподвижному двигателю без его застопорения или не может следовать по этапу. Эта скорость, называемая STOP-START RATE, зависит от вращающего момента двигателя, инерции ротора и инерции нагрузки. Он колеблется от 400 до 1000 полных шагов в секунду (от 2 до 5 оборотов в секунду); типичное значение для слегка нагруженного шагового двигателя nema 23 составляет 700 полных шагов в секунду. Чтобы работать на ступенчатых скоростях выше этого значения, ступенчатая частота должна быть ускорена или «изменена» со скорости ниже скорости старт-стопа до желаемой максимальной скорости. Начальная частота обычно выбирается так, чтобы быть выше основного резонанса и безопасно ниже скорости остановки; значение 400 полных шагов в секунду (2 оборота в секунду) обычно используется с 23 рамными двигателями. В дополнение к противодействию мгновенным пускам с высокими скоростями ступеней, инерция ротора (и нагрузки) может вызвать перерегулирование, если последовательность импульсов резко прекращена. Соответственно, следует ожидать точку останова, и двигатель останавливается до соответствующей частоты (опять же, 400 полных шагов / второй является типичным) перед остановкой. Короткие движения, которые могут не достигать запрограммированной максимальной скорости, приводят к треугольным перемещениям. Допустимые значения ускорения и замедления определяются крутящим моментом двигателя, типом привода и общей инерцией.
Шаговый двигатель краткое описание
Внедряя соответствующие скорости старта-остановки и ускорения / замедления, следующая проблема, как правило, является максимальной достижимой скоростью нарастания. При этом преобладает индуктивность обмоток шагового двигателя. В результате этой индуктивности ток в обмотках двигателя мгновенно не приближается к ожидаемому значению V / R. Вместо этого следует формула: I = V / R x (1-e-R / (Lt)), которая начинается линейно и затем асимптотически приближается к уровню, ожидаемому от сопротивления обмотки и приложенного напряжения. При низких ступенчатых скоростях ток обмотки имеет достаточное время для достижения полного значения, обеспечивая номинальный крутящий момент. Однако при увеличении ступенчатой ​​скорости ток обмотки может составлять только часть его полного значения крутящего момента до его отключения. В результате крутящий момент двигателя падает с увеличением ступенчатой ​​частоты; в конечном счете, отсутствует достаточный крутящий момент для приведения в действие нагрузки и моторных киосков. Кривые крутящего момента можно разбить на две области; область низких скоростей, в которой крутящий момент является постоянным, и область высокой скорости, в пределах которой крутящий момент обратно пропорционален частоте.

Задача управления шаговыми двигателями состоит в том, чтобы как можно быстрее увеличить ток, тем самым обеспечивая более высокий крутящий момент.

Один метод, называемый однополярным L / R, посылает ток в центральный кран каждой катушки и поочередно переключает один конец каждой обмотки на землю. Однополярный привод L / R обходит медленный ток, работая с мотором от напряжения, во много раз превышающего его рейтинг. Большие понижающие резисторы используются для ограничения тока двигателя до его номинального значения. Эффект добавленных резисторов заключается в том, чтобы сделать нагрузку более резистивной и менее индуктивной по своей природе (изменяя член L / R в уравнении), что заставляет ток быстро нарастать. Этот метод на практике ограничен результирующей большой диссипацией мощности в падающих резисторах и был заменен на измельчительные приводы (см. Ниже).

При работе с оптимальной производительностью шаговые двигатели должны работать горячими. Хотя это может показаться тревожным для пользователей в первый раз, температура корпуса 100-150 градусов F не вызывает беспокойства, учитывая 125-градусный C (257 градусов F) рейтинг моторных катушек. На самом деле, холодный или теплый шаговый двигатель работает при максимальной производительности. Некоторые элементы управления включают автоматическую логику для уменьшения тока и следовательно нагревания, когда они не движутся. Другое общее беспокойство касается «срыва» шаговых двигателей. Несмотря на то, что срыв не будет, даже если длительный, приведет к повреждению двигателя или привода.
Что есть шаговый двигатель?