Шаговый двигатель

Включилась анимация упрощенного шагового двигателя, притягивающего ближайшие зубья железного ротора в форме шестерни. Когда зубцы выровнены по отношению к электромагниту 1, они будут слегка смещены относительно правого электромагнита (2).
Кадр 2: Верхний электромагнит (1) выключен, а правый электромагнит (2) подается под напряжением, притягивая зубья к себе. В этом примере это приводит к повороту на 3,6°.
Рамка 3: Нижний электромагнит (3) находится под напряжением; происходит еще один поворот на 3,6°.
Кадр 4: Левый электромагнит (4) находится под напряжением и снова поворачивается на 3,6°. Когда верхний электромагнит (1) снова будет включен, ротор повернется на одно положение зуба; поскольку зубьев 25, то для полного оборота в этом примере потребуется 100 шагов.

Шаговый двигатель , также известный как шаговый двигатель или шаговый двигатель , представляет собой электродвигатель , который вращается не непрерывно, а сериями небольших угловых шагов. Шаговые двигатели можно установить в любое заданное положение без необходимости использования датчика положения для обратной связи . Положение шага можно быстро увеличивать или уменьшать, создавая непрерывное вращение, или можно приказать двигателю активно удерживать свое положение на одном заданном шаге. Двигатели различаются по размеру, скорости, разрешению шага и крутящему моменту .

Коммутируемые реактивные двигатели представляют собой очень большие шаговые двигатели с уменьшенным числом полюсов. с замкнутым контуром Обычно они используют коммутаторы .

Механизм

Шаговый двигатель

Биполярный гибридный шаговый двигатель

Коллекторные двигатели постоянного тока вращаются непрерывно, когда постоянное напряжение на их клеммы подается . Шаговый двигатель известен своим свойством преобразовывать последовательность входных импульсов (обычно прямоугольных волн) в точно определенное приращение вращательного положения вала. Каждый импульс вращает вал на фиксированный угол.

Шаговые двигатели фактически имеют несколько «зубчатых» электромагнитов, расположенных в виде статора вокруг центрального ротора, куска железа в форме шестерни. На электромагниты подается питание от внешней схемы управления или микроконтроллера . Чтобы заставить вал двигателя вращаться, сначала подается мощность на один электромагнит, который магнитно притягивает зубья шестерни. Когда зубья шестерни совпадают с первым электромагнитом, они слегка смещены относительно следующего электромагнита. Это означает, что при включении следующего электромагнита и выключении первого шестерня слегка вращается, чтобы совместиться со следующим. Оттуда процесс повторяется. Каждое из частичных вращений называется «шагом», при этом целое число шагов составляет полный оборот. Таким образом, двигатель можно повернуть на точный угол.

Круговое расположение электромагнитов разделено на группы, каждая группа называется фазой, и в каждой группе имеется одинаковое количество электромагнитов. Количество групп выбирает конструктор шагового двигателя. Электромагниты каждой группы чередуются с электромагнитами других групп, образуя единую схему расположения. Например, если шаговый двигатель имеет две группы, обозначенные как A или B, и всего десять электромагнитов, то шаблон группировки будет ABABABABAB.

Все электромагниты одной группы находятся под напряжением одновременно. По этой причине шаговые двигатели с большим количеством фаз обычно имеют больше проводов (или выводов) для управления двигателем.

Типы

Существует три основных типа шаговых двигателей: с постоянными магнитами , с переменным сопротивлением и гибридные синхронные двигатели.

Двигатели с постоянными магнитами используют постоянный магнит (ПМ) в роторе и работают за счет притяжения или отталкивания между магнитом ротора и электромагнитами статора . Импульсы перемещают ротор по часовой стрелке или против часовой стрелки дискретными шагами. Если оставить питание на последнем этапе, сильный фиксатор в этом месте вала останется . Этот фиксатор имеет предсказуемую жесткость пружины и заданный предел крутящего момента; проскальзывание происходит при превышении лимита. Если ток отключен, меньший фиксатор все равно остается, удерживая положение вала от пружины или других воздействий крутящего момента. Затем шаг можно возобновить при надежной синхронизации с управляющей электроникой.

Шаговые двигатели с постоянными магнитами имеют простую электронику переключения постоянного тока, фиксатор отключения питания и отсутствие считывания положения. Эти качества идеально подходят для таких приложений, как бумажные принтеры, 3D-принтеры и робототехника. Такие приложения отслеживают положение, просто подсчитывая количество шагов, которые было поручено сделать каждому двигателю.

Двигатели с переменным сопротивлением (VR) имеют из мягкого железа. ротор и работают на основе принципа, согласно которому минимальное сопротивление статора возникает при минимальном зазоре, поэтому точки ротора притягиваются к магнитным полюсам . Двигатели с переменным сопротивлением имеют фиксаторы при включении, но не при выключении.

Гибридные синхронные двигатели представляют собой комбинацию двигателей с постоянными магнитами и переменным магнитным сопротивлением, позволяющую максимизировать мощность при небольшом размере.

Фазы

Двухфазный

Существует две основные схемы обмотки электромагнитных катушек двухфазного шагового двигателя: биполярная и униполярная.

Катушки униполярного шагового двигателя

Униполярные двигатели

Униполярный шаговый двигатель имеет по одной обмотке с центральным отводом на фазу. Каждая секция обмоток включена для каждого направления магнитного поля. Поскольку в такой схеме магнитный полюс можно поменять местами без переключения полярности общего провода, схема коммутации может представлять собой просто один переключающий транзистор для каждой половины обмотки. Обычно, учитывая фазу, центральный отвод каждой обмотки делается общим: три вывода на фазу и шесть выводов для типичного двухфазного двигателя. Часто эти две общие фазы соединены внутри, поэтому двигатель имеет только пять выводов.

28BYJ-48 в сочетании с драйвером ULN2003 — один из самых популярных шаговых двигателей среди любителей.

Микроконтроллер или контроллер шагового двигателя можно использовать для активации приводных транзисторов в правильном порядке, и эта простота эксплуатации делает униполярные двигатели популярными среди любителей; это, вероятно, самый дешевый способ получить точные угловые движения. Экспериментатор может идентифицировать обмотки, соприкасаясь между собой клеммными проводами двигателей с постоянными магнитами. Если клеммы катушки соединены, вал становится труднее поворачивать. Один из способов отличить центральный отвод (общий провод) от провода на конце катушки — измерить сопротивление. Сопротивление между общим проводом и проводом конца катушки всегда составляет половину сопротивления между проводами конца катушки. Это связано с тем, что длина катушки между концами вдвое больше, а расстояние от центра (общий провод) до конца составляет только половину. Быстрый способ определить, работает ли шаговый двигатель, — закоротить каждые две пары и попробовать провернуть вал. Всякий раз, когда ощущается сопротивление, превышающее нормальное, это указывает на то, что цепь конкретной обмотки замкнута и фаза исправна.

Подобные шаговые двигатели часто сопровождаются понижающим механизмом для увеличения выходного крутящего момента. Тот, что показан здесь, использовался в планшетном сканере .

Биполярные двигатели

Биполярный шаговый двигатель, используемый в приводах DVD для перемещения лазерной сборки.

Биполярные двигатели имеют пару однообмоточных соединений на фазу. Ток в обмотке необходимо повернуть вспять, чтобы изменить магнитный полюс, поэтому схема управления должна быть более сложной, обычно с H-мостом (однако существует несколько готовых микросхем драйверов, позволяющих сделать это простое дело). На каждую фазу приходится два вывода, ни один из них не является общим.

Типичная схема движения биполярного шагового двигателя с двумя катушками будет следующей: A+ B+ A− B−. Т.е. подать на катушку А положительный ток, затем снять ток с катушки А; затем подать на катушку B положительный ток, затем снять ток с катушки B; затем подайте на катушку А отрицательный ток (меняя полярность, переключив провода, например, с помощью Н-моста), затем снимите ток с катушки А; затем подать на катушку B отрицательный ток (снова поменяв полярность, как и на катушке A); цикл завершен и начинается заново.

Эффекты статического трения при использовании H-моста наблюдались в определенных топологиях привода.

Дизеринг шагового сигнала на более высокой частоте, чем может реагировать двигатель, уменьшит эффект «статического трения».

Биполярный шаговый двигатель с редуктором, используемый в планшетном сканере .

Поскольку обмотки используются лучше, они более мощные, чем униполярный двигатель того же веса. Это связано с физическим пространством, занимаемым обмотками. Униполярный двигатель имеет вдвое больше проводов в том же пространстве, но в любой момент времени используется только половина, следовательно, его эффективность составляет 50% (или примерно 70% доступного выходного крутящего момента). Хотя биполярным шаговым двигателем сложнее управлять, обилие микросхем драйверов означает, что добиться этого гораздо проще.

Шаговый двигатель с 8 выводами похож на униполярный шаговый двигатель, но выводы не соединены с общими внутри двигателя. Этот тип двигателя может быть подключен в нескольких конфигурациях:

• Однополярный.
• Биполярный с последовательными обмотками. Это дает более высокую индуктивность, но меньший ток на обмотку.
• Биполярный с параллельными обмотками. Это требует более высокого тока, но может работать лучше, поскольку индуктивность обмотки снижается.
• Биполярный с одной обмоткой на фазу. Этот метод будет запускать двигатель только на половине доступных обмоток, что уменьшит доступный крутящий момент на низких скоростях, но потребует меньше тока.

Большее количество фаз

Многофазные шаговые двигатели с большим количеством фаз обычно имеют гораздо более низкий уровень вибрации. Хотя они и дороже, у них более высокая удельная мощность , и при наличии соответствующей электроники привода они часто лучше подходят для применения. .

Схемы драйвера

Шаговый двигатель со Adafruit схемой привода Motor Shield для использования с Arduino

Производительность шагового двигателя сильно зависит от схемы драйвера . Кривые крутящего момента могут быть расширены до более высоких скоростей, если полюса статора можно поменять местами быстрее, причем ограничивающим фактором является комбинация индуктивности обмотки. Для преодоления индуктивности и быстрого переключения обмоток необходимо увеличить напряжение возбуждения. Это дополнительно приводит к необходимости ограничения тока, который в противном случае может индуцировать такое высокое напряжение.

Дополнительным ограничением, часто сравнимым с влиянием индуктивности, является противо-ЭДС двигателя. Когда ротор двигателя вращается, генерируется синусоидальное напряжение, пропорциональное скорости (частоте шагов). Это напряжение переменного тока вычитается из формы сигнала напряжения, доступной для того, чтобы вызвать изменение тока.

Схемы драйвера L/R

Схемы драйвера L/R также называются приводами постоянного напряжения , поскольку к каждой обмотке прикладывается постоянное положительное или отрицательное напряжение для установки положения ступеней. Однако именно ток обмотки, а не напряжение, прикладывает крутящий момент к валу шагового двигателя. Ток I в каждой обмотке связан с приложенным напряжением V посредством индуктивности обмотки L и сопротивления обмотки R. Сопротивление R определяет максимальный ток в соответствии с законом Ома I=V/R. Индуктивность L определяет максимальную скорость изменения тока в обмотке по формуле для дросселя dI/dt = V/L. Результирующий ток импульса напряжения представляет собой быстро возрастающий ток в зависимости от индуктивности. Это достигает значения V/R и сохраняется до конца импульса. Таким образом, при управлении приводом постоянного напряжения максимальная скорость шагового двигателя ограничивается его индуктивностью, поскольку на некоторой скорости напряжение U будет меняться быстрее, чем ток I, который можно поддерживать. Проще говоря, скорость изменения тока равна L/R (например, индуктивности 10 мГн и сопротивлению 2 Ом потребуется 5 мс для достижения примерно 2/3 максимального крутящего момента или около 24 мс для достижения 99% максимального крутящего момента). Для получения высокого крутящего момента на высоких скоростях требуется большое напряжение привода с низким сопротивлением и низкой индуктивностью.

С помощью привода L/R можно управлять резистивным двигателем низкого напряжения с приводом более высокого напряжения, просто добавляя внешний резистор последовательно с каждой обмоткой. Это приведет к потере мощности резисторов и выделению тепла. Поэтому этот вариант считается малоэффективным, хотя и простым и дешевым.

Современные драйверы напряжения преодолевают некоторые из этих ограничений, аппроксимируя синусоидальную форму напряжения фазам двигателя. Амплитуда сигнала напряжения настроена на увеличение с увеличением скорости шага. При правильной настройке это компенсирует эффекты индуктивности и противо-ЭДС , обеспечивая достойную производительность по сравнению с драйверами токового режима, но за счет усилий по проектированию (процедуры настройки), которые проще для драйверов токового режима.

Схемы привода измельчителя

Схемы управления прерывателем называются приводами с управляемым током, поскольку они генерируют управляемый ток в каждой обмотке, а не подают постоянное напряжение. Схемы привода прерывателя чаще всего используются с двухобмоточными биполярными двигателями, при этом две обмотки приводятся в действие независимо, чтобы обеспечить определенный крутящий момент двигателя по часовой или против часовой стрелки. На каждую обмотку к обмотке прикладывается «питающее» напряжение в виде прямоугольного напряжения; например 8 кГц. Индуктивность обмотки сглаживает ток, который достигает уровня, соответствующего прямоугольному рабочему циклу . Чаще всего на контроллер подаются двухполярные питающие (+ и -) напряжения относительно обратной обмотки. Таким образом, рабочий цикл 50% приводит к нулевому току. 0% приводит к полному току V/R в одном направлении. 100% означает полный ток в противоположном направлении. Этот уровень тока контролируется контроллером путем измерения напряжения на небольшом сенсорном резисторе, включенном последовательно с обмоткой. Для этого требуется дополнительная электроника для определения токов в обмотках и управления переключением, но это позволяет шаговым двигателям управляться с более высоким крутящим моментом на более высоких скоростях, чем приводы L/R. Это также позволяет контроллеру выводить заданные уровни тока, а не фиксированные. Интегрированная электроника для этой цели широко доступна.

Формы фазового тока

Различные режимы привода, показывающие ток катушки 4-фазного униполярного шагового двигателя.

Шаговый двигатель представляет собой синхронный двигатель многофазного переменного тока (см. «Теорию» ниже), в идеале он приводится в движение синусоидальным током. Полношаговая форма сигнала является грубой аппроксимацией синусоиды и является причиной такой сильной вибрации двигателя. Для лучшего приближения к синусоидальной форме сигнала были разработаны различные методы управления: полушаговый и микрошаговый.

Волновой привод (одна фаза включена)

В этом методе привода одновременно активируется только одна фаза. Он имеет такое же количество ступеней, как и полношаговый привод, но крутящий момент двигателя будет значительно меньше номинального. Его используют редко. Анимированная фигура, показанная выше, представляет собой волновой двигатель. В анимации ротор имеет 25 зубцов, и для поворота на одно положение зуба требуется 4 шага. Таким образом, за полный оборот будет 25 × 4 = 100 шагов, и каждый шаг будет 360 ⁄ 100 = 3.6 ° .

Полношаговый привод (включены две фазы)

Это обычный метод полного привода двигателя. Две фазы всегда включены, поэтому двигатель будет обеспечивать максимальный номинальный крутящий момент. Как только одна фаза отключается, включается другая. Волновой привод и однофазный полношаговый привод — это одно и то же, с одинаковым количеством шагов, но разницей в крутящем моменте.

полушаг

При полушаге привод поочередно включает две фазы и одну фазу. Это увеличивает угловое разрешение. Двигатель также имеет меньший крутящий момент (около 70%) в положении полного шага (когда включена только одна фаза). Это можно смягчить, увеличив ток в активной обмотке для компенсации. Преимущество полушагового режима заключается в том, что для его поддержки не требуется менять электронику привода. На анимированном рисунке, показанном выше, если мы изменим его на полушаг, то для поворота на 1 положение зуба потребуется 8 шагов. Таким образом, на один полный оборот будет 25×8 = 200 шагов, а каждый шаг составит 360/200 = 1,8°. Его угол на шаг составляет половину полного шага.

Микрошаг

То, что обычно называют микрошагом, часто представляет собой синусно-косинусный микрошаг , при котором ток обмотки приближается к синусоидальной форме переменного тока. Распространенным способом получения синусно-косинусного тока являются схемы с прерывателем. Синус-косинусный микрошаг является наиболее распространенной формой, но можно использовать и другие формы сигналов. Независимо от используемой формы сигнала, поскольку микрошаги становятся меньше, работа двигателя становится более плавной, что значительно снижает резонанс в любых частях, к которым двигатель может быть подключен, а также в самом двигателе. Разрешение будет ограничено механическим заеданием , люфтом и другими источниками ошибок между двигателем и конечным устройством. Для увеличения разрешения позиционирования можно использовать зубчатые редукторы.

Уменьшение размера шага является важной особенностью шаговых двигателей и основной причиной их использования при позиционировании.

Пример: многие современные гибридные шаговые двигатели рассчитаны так, что ход каждого полного шага (например, 1,8 градуса на полный шаг или 200 полных шагов на оборот) будет в пределах 3–5 % от хода каждого второго полного шага, если поскольку двигатель работает в пределах указанного рабочего диапазона. Некоторые производители показывают, что их двигатели могут легко поддерживать равенство размера шага на уровне 3 или 5%, поскольку размер шага уменьшается с полного шага до шага 1/10. Затем, по мере роста числа делителей микрошагов, повторяемость размера шага ухудшается. При большом уменьшении размера шага можно выдать множество команд микрошагов до того, как какое-либо движение вообще произойдет, и тогда движение может представлять собой «прыжок» в новое положение. Некоторые микросхемы шагового контроллера используют увеличенный ток, чтобы минимизировать такие пропущенные шаги, особенно когда пиковые импульсы тока в одной фазе в противном случае были бы очень короткими.

Теория

Шаговый двигатель можно рассматривать как синхронный двигатель переменного тока с увеличенным числом полюсов (как на роторе, так и на статоре), при условии, что они не имеют общего знаменателя. Кроме того, магнитомягкий материал с множеством зубцов на роторе и статоре позволяет дешево увеличить количество полюсов (реактивный двигатель). Современные шаговые двигатели имеют гибридную конструкцию и имеют как постоянные магниты, так и сердечники из мягкого железа .

Для достижения полного номинального крутящего момента катушки шагового двигателя должны достигать полного номинального тока на каждом этапе. Индуктивность обмотки и противо-ЭДС, создаваемая движущимся ротором, имеют тенденцию сопротивляться изменениям тока привода, поэтому по мере увеличения скорости двигателя все меньше и меньше времени тратится на полный ток, что снижает крутящий момент двигателя. По мере дальнейшего увеличения скорости ток не достигнет номинального значения, и в конечном итоге двигатель перестанет создавать крутящий момент.

Втягивающий крутящий момент

Это мера крутящего момента, создаваемого шаговым двигателем, когда он работает без состояния ускорения. На низких скоростях шаговый двигатель может синхронизироваться с приложенной шаговой частотой, и этот втягивающий момент должен преодолевать трение и инерцию. Важно убедиться, что нагрузка на двигатель является фрикционной, а не инерционной, поскольку трение уменьшает любые нежелательные колебания.

Кривая втягивания определяет область, называемую областью начала/остановки. В этой области двигатель может быть запущен/остановлен мгновенно с приложенной нагрузкой и без потери синхронизма.

Вытягивающий крутящий момент

Выводной крутящий момент шагового двигателя измеряется путем ускорения двигателя до желаемой скорости и последующего увеличения крутящей нагрузки до тех пор, пока двигатель не заглохнет или не пропустит шаги. Это измерение проводится в широком диапазоне скоростей, и результаты используются для построения кривой динамических характеристик шагового двигателя. Как отмечено ниже, на эту кривую влияют напряжение возбуждения, ток возбуждения и методы переключения тока. Проектировщик может включить коэффициент безопасности между номинальным крутящим моментом и расчетным крутящим моментом при полной нагрузке, необходимым для данного применения.

Удерживать крутящий момент

Синхронные электродвигатели, использующие постоянные магниты, имеют резонансный удерживающий момент положения (называемый фиксирующим моментом или зубчатым моментом и иногда включенный в технические характеристики), когда они не приводятся в действие электрически. Сердечники из мягкого железа не демонстрируют такого поведения.

Звон и резонанс

Когда двигатель делает один шаг, он выходит за пределы конечной точки покоя и колеблется вокруг этой точки, когда приходит в состояние покоя. Этот нежелательный звон проявляется как вибрация ротора двигателя и более выражен в ненагруженных двигателях. Ненагруженный или недостаточно нагруженный двигатель может и часто останавливается, если возникающая вибрация достаточна, чтобы вызвать потерю синхронизации.

Шаговые двигатели имеют собственную частоту работы. Когда частота возбуждения соответствует этому резонансу, звон становится более выраженным, шаги могут быть пропущены и более вероятен срыв. Резонансную частоту двигателя можно рассчитать по формуле:

$f={\frac {100}{2\pi }}{\sqrt {\frac {2pM_{h}}{J_{r}}}}$

где $M_{h}$ — удерживающий момент в Н·м, $p$ - число пар полюсов, а $J_{r}$ – инерция ротора в кг·м². Величина нежелательного звона зависит от противо-ЭДС, возникающей в результате скорости ротора. Результирующий ток способствует демпфированию, поэтому характеристики схемы управления важны. Звон ротора можно описать с помощью коэффициента демпфирования .

Рейтинги и характеристики

На паспортных табличках шаговых двигателей обычно указывается только ток обмотки, а иногда и напряжение и сопротивление обмотки. Номинальное напряжение будет обеспечивать номинальный ток обмотки при постоянном токе: но это по большей части бессмысленное значение, поскольку все современные драйверы ограничивают ток, а напряжения привода значительно превышают номинальное напряжение двигателя.

В даташитах производителя часто указывается индуктивность. Обратная ЭДС также важна, но редко упоминается (ее легко измерить осциллографом). Эти цифры могут быть полезны для более глубокого проектирования электроники, при отклонении от стандартных напряжений питания, адаптации электронных драйверов сторонних производителей или при выборе между моделями двигателей с аналогичными характеристиками размера, напряжения и крутящего момента.

Низкоскоростной крутящий момент шагового двигателя будет напрямую зависеть от тока. Насколько быстро крутящий момент падает на более высоких скоростях, зависит от индуктивности обмотки и схемы привода, к которой она подключена, особенно от управляющего напряжения.

Размер шаговых двигателей следует выбирать в соответствии с опубликованной кривой крутящего момента , указанной производителем при определенных напряжениях привода или при использовании собственной схемы привода. Провалы на кривой крутящего момента предполагают возможные резонансы, влияние которых на применение следует учитывать проектировщикам.

Шаговые двигатели, адаптированные к суровым условиям окружающей среды, часто имеют степень защиты IP65 .

НЕТ шаговых двигателей

Национальная ассоциация производителей электрооборудования США (NEMA) стандартизирует различные размеры, маркировку и другие аспекты шаговых двигателей в стандарте NEMA (NEMA ICS 16-2001). Шаговые двигатели NEMA маркируются по размеру лицевой панели, NEMA 17 представляет собой шаговый двигатель с лицевой панелью размером 1,7 на 1,7 дюйма (43 мм × 43 мм) и размерами, указанными в дюймах. В стандарте также перечислены двигатели, размеры лицевой панели которых указаны в метрических единицах. Эти двигатели обычно обозначаются NEMA DD, где DD — это диаметр лицевой панели в дюймах, умноженный на 10 (например, NEMA 17 имеет диаметр 1,7 дюйма). Существуют дополнительные спецификации для описания шаговых двигателей, и такие подробности можно найти в стандарте ICS 16-2001.

Приложения

Шаговые двигатели с компьютерным управлением представляют собой тип с управлением движением системы позиционирования . Обычно они имеют цифровое управление как часть системы с разомкнутым контуром для использования в приложениях удержания или позиционирования.

В области лазеров и оптики они часто используются в оборудовании прецизионного позиционирования, таком как линейные приводы , линейные столики , вращающиеся столики , гониометры и крепления для зеркал . Другие области применения — упаковочное оборудование и позиционирование пилотных ступеней клапанов в системах управления жидкостью .

В коммерческих целях шаговые двигатели используются в дисководах гибких дисков , планшетных сканерах , компьютерных принтерах , плоттерах , игровых автоматах , сканерах изображений , компакт-дисков приводах , интеллектуальном освещении , объективах фотоаппаратов , станках с ЧПУ и 3D-принтерах . Некоторые любители программирования использовали массивы шаговых двигателей в качестве электронных музыкальных инструментов , программируя двигатели на вращение с частотами различных музыкальных тонов в последовательности, имитирующей последовательность, найденную в MIDI- файле.

Система шагового двигателя

Система шагового двигателя состоит из трех основных элементов, часто объединенных с пользовательским интерфейсом определенного типа (хост-компьютер, ПЛК или терминал):

Индексаторы

Индексатор (или контроллер) представляет собой микропроцессор, способный генерировать шаговые импульсы и сигналы направления для водителя. Кроме того, индексатору обычно требуется выполнять множество других сложных командных функций.

Драйверы

Драйвер (или усилитель) преобразует сигналы команд индексатора в мощность, необходимую для подачи питания на обмотки двигателя. Существует множество типов драйверов с разными номиналами напряжения и тока, а также технологией изготовления. Не все драйверы подходят для работы всех двигателей, поэтому при разработке системы управления движением процесс выбора драйвера имеет решающее значение.

Шаговые двигатели

Шаговый двигатель — это электромагнитное устройство, преобразующее цифровые импульсы в механическое вращение вала.

Преимущества

• Низкая стоимость контроля достигнута
• Высокий крутящий момент при запуске и низких скоростях.
• Прочность
• Простота конструкции
• Может работать в системе управления с разомкнутым контуром.
• Низкие эксплуатационные расходы (высокая надежность)
• Меньше вероятность заглохнуть или поскользнуться
• Будет работать в любой среде
• Может использоваться в робототехнике в широких масштабах.
• Высокая надежность
• Угол вращения двигателя пропорционален входному импульсу.
• Двигатель имеет полный крутящий момент в состоянии покоя (если обмотки находятся под напряжением).
• Точное позиционирование и повторяемость движения, поскольку хорошие шаговые двигатели имеют точность 3–5% шага и эта погрешность не суммируется от шага к шагу.
• Отличная реакция на запуск/остановку/реверс.
• Очень надежен, так как в моторе нет контактных щеток. Поэтому срок службы двигателя просто зависит от срока службы подшипника.
• Реакция двигателя на цифровые входные импульсы обеспечивает управление с разомкнутым контуром, что делает управление двигателем более простым и менее затратным.
• Можно добиться очень медленного синхронного вращения с нагрузкой, непосредственно связанной с валом.
• Можно реализовать широкий диапазон скоростей вращения, поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов.

Недостатки

• Эффект резонанса часто проявляется на низких скоростях и уменьшается крутящий момент с увеличением скорости.

См. также

• Коллекторный электродвигатель постоянного тока
• Бесщеточный электродвигатель постоянного тока
• Фланец
• Двигатели дробной мощности
• Шаговый двигатель изготовленного типа
• Серводвигатель
• Соленоид
• Синхронные двигатели трехфазного переменного тока
• ИС драйвера ULN2003A (шагового двигателя)

Ссылки

Моторы главной передачи

Внешние ссылки

• Управление шаговым двигателем без микроконтроллера
• Учебное пособие по микрошагу Zaber . Проверено 15 ноября 2007 г.
• Обзор шаговой системы . Проверено 20 июля 2023 г.
• Управление шаговыми двигателями. Учебное пособие – Дуглас В. Джонс , Университет Айовы
• Двигатели NEMA , RepRapWiki
• Руководство по приводу шагового двигателя от Dover Motion