Что такое шаговый двигатель?

Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель относится к двигателю, угол поворота которого может контролироваться импульсными сигналами, и является типом двигателя, который может гарантировать высокую точность позиционирования.

Также известный как импульсный двигатель, угол поворота определяется количеством импульсных сигналов, которые являются управляющими сигналами, и количеством фаз двигателя, в то время как скорость вращения зависит от частоты импульсов, которая соответствует скорости импульсов. Он отличается высокой точностью позиционирования и крутящим моментом с управлением по разомкнутому контуру в сочетании с его относительно недорогой и простой конфигурацией двигателя.

Применение шаговых двигателей

Шаговые двигатели используются в основном в приложениях, где требуется точность позиционирования, поскольку они структурно подходят для точного и обратимого управления углом. Примером может служить приводной двигатель, используемый для выражения двумерных движений роботизированных устройств, таких как автоматическое передаточное оборудование.

Объединив высокоточный шариковый винт с шаговым двигателем, можно выразить скорость подачи ступени с чрезвычайно высокой точностью и повторяемостью. Шаговые двигатели также можно использовать для точной регулировки угла открытия клапанов на машинах для нанесения покрытий, которые распыляют определенное количество краски в зависимости от того, как открываются клапаны, что позволяет выполнять более сложные операции.

Принцип шаговых двигателей

Внутренняя часть шагового двигателя состоит из ротора, соединенного с валом, и нескольких статоров, установленных по периферии ротора. Секция ротора далее разделена на две части, каждая из которых намагничена таким образом, что ее полюса N и S находятся в противофазе.

Статор характеризуется наличием мелких зубцов, что точно контролируется. Например, двухфазные шаговые двигатели намагничиваются с одинаковой полярностью для статора, обращенного друг к другу, и в противоположном направлении для статора, расположенного рядом с ним. Таким образом, статор притягивает и отталкивает неровности ротора, а ротор удерживается в энергетически устойчивом положении относительно состояния намагниченности статора.

Затем, когда ток подается для изменения полярности статора, ротор поворачивается на один статор. В 5-фазном шаговом двигателе это управляется последовательно в 5 шагов, что позволяет более точно контролировать угол.

Другая информация о шаговых двигателях

1. Крутящий момент шаговых двигателей

Выходной крутящий момент шагового двигателя меняется в зависимости от скорости вращения. В общем, крутящий момент высокий, когда скорость вращения низкая, и низкий, когда скорость вращения высокая. При выборе шагового двигателя проверьте график характеристик скорости вращения-крутящего момента двигателя и выберите двигатель так, чтобы требуемый крутящий момент при используемой скорости вращения попадал в кривую крутящего момента вытягивания.

В частности, крутящий момент вытягивания при высокой скорости вращения составляет около 20% от максимального момента покоя возбуждения.

Характеристики крутящего момента также варьируются в зависимости от используемого драйвера, внутренней структуры и входного напряжения, даже для двигателей с одинаковыми внешними размерами. Поэтому выбор двигателя следует делать с учетом производителя, комбинации драйверов и входного напряжения.

2. Драйверы для шаговых двигателей

Для работы шагового двигателя требуется управляющее устройство, называемое драйвером. Драйвер управляет текущим напряжением, которое подается на шаговый двигатель, чтобы контролировать скорость вращения, количество оборотов и другие факторы.

Драйверы доступны в системах постоянного тока и низкого напряжения, но система постоянного тока часто используется из-за ее превосходных характеристик крутящего момента на высоких скоростях. Как правило, импульсная последовательность вводится в драйвер с главного устройства управления как указание скорости вращения и количества, и двигатель вращается с указанной скоростью и количеством в соответствии с входной импульсной последовательностью.

Некоторые драйверы оснащены функцией, называемой микрошагом. Шаговые двигатели вращаются с базовым углом шага в качестве минимального угла поворота, но драйверы с функцией микрошага могут регулировать ток, протекающий к каждой катушке, чтобы подразделить базовый угол шага и увеличить разрешение вращения электрически.

Он также снижает вибрацию и шум, перерегулирование на каждом шаговом угле и смягчает удары при запуске и выключении. Разрешение функции микрошага можно выбрать с помощью DIP-переключателей и т. д. в зависимости от предполагаемого использования.

3. Использование с серводвигателями переменного тока

Серводвигатели переменного тока часто упоминаются в связи с шаговыми двигателями.

Пригодность шагового двигателя
Серводвигатели переменного тока имеют встроенный энкодер и управление с обратной связью, поэтому крутящий момент практически постоянен независимо от скорости вращения. Шаговые двигатели, с другой стороны, не подходят для этого применения, поскольку их крутящий момент уменьшается при высоких скоростях вращения. И наоборот, если основным применением является вращение на низкой скорости, шаговый двигатель подходит для этого применения.

Шаговые двигатели в основном доступны на рынке с управлением разомкнутого типа, но есть также продукты, которые можно контролировать с помощью энкодера для повышения эффективности. В таких случаях, однако, необходимо будет рассмотреть другое преимущество этих двигателей, а именно их относительно небольшой размер, простую конфигурацию и низкую стоимость.

Применения, для которых серводвигатели переменного тока больше подходят
Приложения, для которых требуются серводвигатели переменного тока, — это те, которые требуют расширенного управления вращением с использованием нескольких двигателей. Поскольку нельзя ожидать, что управление с разомкнутым контуром будет компенсировать движение от двигателя к двигателю путем обнаружения, серводвигатели переменного тока лучше подходят для этого применения, чем шаговые двигатели, как в случае высокоскоростного вращательного движения.