Сочинение на тему Обзор шагового двигателя

Шаговый двигатель – это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические движения. Вал или шпиндель шагового двигателя вращаются с дискретным шагом, когда электрические управляющие импульсы подаются на него в правильной последовательности. Последовательность приложенных импульсов напрямую связана с направлением вращения валов двигателя. Скорость вращения валов двигателя напрямую связана с частотой входных импульсов и продолжительностью вращения входных импульсов.

Структура шаговых двигателей

На рисунках ниже показаны два поперечных сечения шагового двигателя 0,72 °. Шаговый двигатель состоит в основном из двух частей: статора и ротора. Ротор состоит из трех компонентов: ротора 1, ротора 2 и постоянного магнита. Ротор намагничен в осевом направлении, так что, например, если ротор 1 поляризован на север, ротор 2 будет поляризован на юг.

Статор имеет десять магнитных полюсов с маленькими зубцами, каждый из которых снабжен обмоткой. Каждая обмотка соединена с обмоткой противоположного полюса, так что оба полюса намагничиваются с одинаковой полярностью, когда ток подается через пару обмоток. (Пропускание тока через данную обмотку намагничивает противоположную пару полюсов с одинаковой полярностью, то есть с севера или юга.)

Пара противоположных полюсов составляет одну фазу. Поскольку существует пять фаз, от A до E, двигатель называется «шаговым двигателем 0,72 °». На внешнем периметре каждого ротора имеется 50 маленьких зубьев, причем маленькие зубья ротора 1 и ротора 2 механически смещены относительно друг друга на половину шага зуба.

Преимущества и недостатки шагового двигателя

<Р> Преимущества

 
• Угол поворота двигателя пропорционален входному импульсу.

 

• Двигатель имеет полный крутящий момент в состоянии покоя (если обмотка находится под напряжением)

 

• Точное позиционирование и повторяемость движения, поскольку хороший шаговый двигатель бреет с точностью до 3-5% шага, и эта ошибка не накапливается при переходе от одного шага к следующему.

 

• Отличный ответ на запуск остановки движения.

 

• Очень надежный, поскольку в двигателе нет контактных щеток. Поэтому срок службы двигателя просто зависит от срока службы подшипника.

 

• Реакция двигателя на импульсы цифрового входа обеспечивает управление без обратной связи, что упрощает управление двигателем и снижает его стоимость.

 

• Возможно добиться очень медленного синхронного вращения с нагрузкой, которая напрямую связана с валом.

 

• Широкий диапазон скорости вращения пропорционален частоте входных импульсов.

<Р> Недостатки

Резонанс может возникнуть, если не контролируется должным образом. Не легко работать на очень высоких скоростях. Работа с открытым контуромОдним из наиболее значительных преимуществ шагового двигателя является его способность точно контролироваться в системе с открытым контуром. Управление без обратной связи означает, что информация обратной связи о позиции не требуется. Этот тип управления устраняет необходимость в дорогостоящих устройствах считывания и обратной связи, таких как оптические датчики. Ваша позиция известна просто путем отслеживания входных шаговых импульсов. Типы шаговых двигателей Существует три основных типа шаговых двигателей.

Это:

 
• Переменное нежелание

 

• Постоянный магнит

 

• Гибрид

 

• Переменное сопротивление (VR)

Этот тип шагового двигателя существует уже давно. Это, вероятно, легче всего понять со структурной точки зрения. На рисунке 1 показано поперечное сечение типичного V.R. шаговый двигатель. Этот тип двигателя состоит из мягкого чугуна с многозубым ротором и намотанного статора. Когда на обмотки статора подается постоянный ток, полюса становятся намагниченными. Вращение происходит, когда зубья ротора притягиваются к полюсам статора под напряжением.

Часто называемый двигателем «жестяная банка» или «может сложить», шаговый двигатель с постоянным магнитом представляет собой недорогой двигатель с низким разрешением и типичными углами шага от 7,50 до 150. Двигатели с постоянными магнитами, как следует из названия, имеют постоянный магниты добавлены в структуру двигателя. У ротора больше нет зубьев, как у мотора VR. Вместо этого ротор намагничен с чередующимися северным и южным полюсами, расположенными по прямой линии, параллельной валу ротора. Эти намагниченные полюса двигателя обеспечивают повышенную интенсивность магнитного потока, и поэтому двигатель с постоянными магнитами демонстрирует улучшенные характеристики крутящего момента по сравнению с типом VR.

Гибридный шаговый двигатель более дорогой, чем шаговый двигатель с постоянными магнитами, но обеспечивает лучшую производительность в отношении разрешения шага, крутящего момента и скорости. Типичные углы шага для шагового двигателя HB находятся в диапазоне от 3,60 до 0,90. Гибридный шаговый двигатель сочетает в себе лучшие характеристики шагового двигателя PM и VR. Ротор с несколькими зубьями, как и у двигателя VR, содержит осевой намагниченный концентрический магнит вокруг вала. Зубья на роторе обеспечивают равномерный магнитный поток в предпочтительные места в воздушном зазоре. Это дополнительно увеличивает характеристики фиксации, удержания и динамического крутящего момента двигателя по сравнению с типами VR и PM. Два наиболее часто используемых типа шаговых двигателей – это постоянные магниты и гибридные типы. Если разработчик не уверен, какой тип лучше всего соответствует его требованиям к приложениям, он должен сначала оценить тип PM, поскольку он обычно в несколько раз дешевле. Если нет, то гибридный двигатель может быть правильным выбором. Существуют также специальные конструкции шаговых двигателей. Одним из них является дисковый магнитный двигатель. Здесь двигатель выполнен в виде диска с редкоземельными магнитами. Этот тип двигателя имеет некоторые преимущества, такие как низкая инерция и оптимизированный путь магнитного потока без связи между двумя обмотками статора. Эти качества необходимы в некоторых приложениях.

 
1. Размер и мощность

 

Помимо классификации по шагам, шаговые двигатели также классифицируются в соответствии с размерами рамы, которые соответствуют диаметру корпуса двигателя. Например, шаговый двигатель размером 11 имеет диаметр корпуса приблизительно 1,1 дюйма. Аналогично, шаговый двигатель размера 23 имеет диаметр корпуса 2,3 дюйма. Однако длина корпуса может варьироваться от двигателя к двигателю в рамках одной и той же классификации размеров рамы. Как правило, доступный выходной крутящий момент двигателя с определенным размером рамы будет увеличиваться с увеличением длины корпуса.

 

Уровни мощности для шаговых двигателей с микросхемой обычно варьируются от менее чем ватта для очень маленьких двигателей до 10-20 ватт для больших двигателей. Максимальный уровень рассеиваемой мощности или температурные пределы для двигателя редко четко указываются в данных изготовителя двигателя. Чтобы определить это, мы должны применить соотношение P = V X I. Например, шаговый двигатель размера 23 может быть рассчитан на 6 В и 1 А на фазу.

 

Следовательно, при двухфазном возбуждении двигатель имеет номинальную мощность рассеивания 12 Вт. Обычной практикой является оценка шагового двигателя на уровне рассеивания мощности, когда корпус двигателя поднимается на 650C выше температуры окружающей среды в неподвижном воздухе. Следовательно, если двигатель можно установить на радиатор, часто можно увеличить допустимый уровень рассеиваемой мощности. Это важно, поскольку двигатель спроектирован и должен использоваться при таком максимальном рассеянии мощности, чтобы быть эффективным с точки зрения размера / выходной мощности / стоимости.

 

Когда использовать шаговый двигатель

 

Шаговый двигатель может быть хорошим выбором, когда требуется контролируемое движение. Они могут быть использованы в тех случаях, когда вам необходимо контролировать угол поворота, скорость, положение и синхронизацию. Из-за присущих выше преимуществ, шаговые двигатели нашли свое место во многих различных приложениях. Некоторые из них включают принтеры, плоттеры, высококачественное офисное оборудование, жесткие диски, медицинское оборудование, факсы, автомобили и многое другое.

 

Вращающееся магнитное поле

 

Когда на фазную обмотку шагового двигателя подается ток, в статоре развивается магнитный поток. Направление этого потока определяется «Правилом правой руки», который гласит: «Если катушка удерживается в правой руке пальцами, указывающими в направлении тока в обмотке (большой палец вытянут под углом 900 к пальцы), тогда большой палец будет указывать в направлении магнитного поля.