Шаговые электродвигатели

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 3
1. Устройство и работа шаговых двигателей 4
1.1 Устройство и принцип работы 4
1.2 Работа шагового электродвигателя 4
1.3 Характеритсики 5
2. Типы шаговых двигателей 8
2.1 Двигатели с переменным магнитным сопротивлением 8
2.2 Двигатели с постоянными магнитами 9
2.3 Гибридные двигатели 9
2.4 Биполярные и униполярные шаговые двигатели 10
3. Достоинства и недостатки шаговых двигателей, их применение 11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 13
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 14

1.2 Работа шагового электродвигателя
Зная принцип работы шагового двигателя, вы сможете самостоятельно установить его или произвести ремонт. Он функционирует следующим образом:
1. На клеммы подается напряжение и специальные щетки начинают непрерывно вращаться. Входные импульсы устанавливают ведущий вал в положение, которое заранее определено.
2. Под воздействием импульсов вал перемещается под фиксированным углом.
3. Электромагниты зубчатого типа возбуждаются внешней цепью управления, обычно это микроконтроллер. Один из них (тот, к которому приложена энергия) притягивает к себе зубья шестерни, вследствие чего вал движка делает поворот.
4. Будучи выровнены по отношению к ведущему электромагниту, остальные магниты смещаются по направлению к следующей магнитной детали.
5. Отключением первого электромагнита и включением следующего обеспечивается вращение шестеренки.
6.
...

1.3 Характеритсики
Шаговый двигатель с точки зрения механики и электротехники очень сложное устройство, имеющее много механических и электрических параметров. Ниже приведена расшифровка главных технических параметров шагового электродвигателя, используемых на практике:
• Количество полных шагов за один оборот. Основной параметр двигателя, определяющий его точность, разрешающую способность, плавность движения. На двигателях серии FL57 этот параметр составляет 200 и 400 шагов на оборот.
• Номинальное напряжение. Допустимое постоянное напряжение на обмотке двигателя в статическом режиме. Часто этот параметр не приводится. Вычисляется по закону Ома через номинальный ток и сопротивление обмотки.
• Сопротивление обмотки фазы. На постоянном токе сопротивление обмотки электродвигателя. Параметр вместе с номинальным током, показывает какое напряжение можно подавать на обмотку двигателя.
• Угол полного шага. Количество полных шагов за один оборот представляется в другом виде.
...

2.1 Двигатели с переменным магнитным сопротивлением
Шаговые электрические двигатели с переменным магнитным сопротивлением включают в себя из магнитомягкого материала ротор зубчатой формы и на статоре несколько полюсов. Намагниченность ротора отсутствует. Для простоты изложения на Рисунке 2.1 ротор имеет 4 зубца, а статор имеет 6 полюсов. Шаговый электрический двигатель с переменным магнитным сопротивлением имеет три независимые обмотки. Каждая из указанных обмоток намотана на противоположных полюсах статора электродвигателя. Такой двигатель имеет шаг 30°.

Рисунок 2.1 - Двигатель с переменным магнитным сопротивлением

При включении тока в одной из катушек, ротор стремится занять положение, когда магнитный поток замкнут, т.е. зубцы ротора будут находиться напротив тех полюсов, на которых находится запитанная обмотка. Ротор двигателя поменяет свое положение, если выключить данную обмотку и включить следующую, здесь ротор замыкает магнитный поток своими зубцами.
...

2.3 Гибридные двигатели
Гибридный шаговый двигатель был создан с целью объединить лучшие свойства обоих шаговых двигателей: реактивного и с постоянными магнитами, что позволило добиться меньшего угла шага. Ротор гибридного шагового двигателя представляет из себя цилиндрический постоянный магнит, намагниченный вдоль продольной оси с радиальными зубьями из магнитомягкого материала (Рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Конструкция гибридного шагового двигателя (осевой разрез)

У гибридного электрического двигателя статор, как правило, имеет четыре, либо две фазы. Обмотки статора могут иметь центральное ответвление для униполярного управления. Обмотка с центральным ответвлением выполняется с помощью бифилярной намотки.
Шаговый гибридный электрический двигатель имеет следующее:
• зубья соседних полюсов статора смещены на четверть зубцового деления для создания меньшего шага;
• полюсы статора имеют такие же зубья как и ротор;
• ротор – это постоянный магнит, имеющий тонкие зубья.
...

2.4 Биполярные и униполярные шаговые двигатели
Только одну обмотку в фазе имеют шаговые биполярные электрические двигатели. Управляющая схема биполярного двигателя должна быть намного сложнее, чтобы менять направление магнитного поля с целью изменить направление тока в обмотке. Этого можно достигнуть с помощью схемы H-bridge. Для упрощения задачи можно приобрести несколько драйверных чипов.
Униполярные шаговые двигатели, в отличие от биполярных, имеют два вывода за фазу, ни одна из которых не является общей. Иногда H-brigde сопровождают статические эффекты трения, что происходит с определенными приводными топологиями, однако это легко можно исправить, сгладив сигнал шагового двигателя на более высоких частотах.4


3. Достоинства и недостатки шаговых двигателей, их применение
Таким образом, к достоинствам шаговых электрических двигателей можно отнести следующие их особенности:
• угол поворота ротора шаговых электрических двигателей определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель;
• возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки шаговых электрических двигателей, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора;
• двигатель обеспечивает полный момент в режиме остановки (если обмотки запитаны);
• прецизионное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность от трех до пяти процентов от величины шага.
...