Кроковий привід двигунів: різновиди, технічні характеристики, особливості та принцип роботи
Щоб той чи інший електричний прилад працював, йому потрібен спеціальний приводний механізм. Одним з таких механізмів є кроковий двигун. У цьому матеріалі ви дізнаєтесь, що він собою являє, який принцип його роботи і на які категорії поділяється.
Що являє собою кроковий двигун?
Кроковий двигун може бути уніполярним або біполярним. Він є електричним і бесщеточным двигуном постійно струму, здатним ділити повний оборот на кілька однакових кроків. У нього входять такі деталі:
-
спеціальний контролер для крокового приводу;
- магнітні частини;
- обмотки;
- приладова панель (вона ж виступає в ролі блоку управління);
- передавачі;
- сигналізатори.
Кроковий двигун використовується переважно для наступних цілей:
- роботи фрезерного верстата;
- роботи шліфувального верстата;
- забезпечує роботу різних побутових приладів;
- роботи виробничих механічних засобів;
- забезпечує роботу транспорту.
Принцип роботи привода
Принцип роботи цього приводу виглядає наступним чином. При додатку напрузі до клем, щітки на самому кроковому двигуні починають постійно рухатися. Движок холостого ходу має при цьому унікальну властивість: він перетворює вхідні імпульси, що мають переважно прямокутну спрямованість, у заздалегідь визначене положення прикладеного ведучого вала.
Кожен з вхідних імпульсом здатний перемістити вал під певним кутом. Прилади, які оснащені подібним редуктором, мають максимальну ефективність за умови наявності декількох зубчастих електромагнітів, які знаходяться навколо центрального залізного бруска, який має зубчасту форму. Зовнішня ланцюг управління збуджує електромагніт. При необхідності повернути вал двигуна, той електромагніт, до якого прикладена енергія, притягує до собі зуби колеса. Коли вони вирівнюються по відношенню до электромагниту, вони зміщені по відношенню до подальшої магнітної частини двигуна.
Перший електромагніт вимикається, а потім включається другий, після чого починає обертатися шестірня, вирівнюючись при цьому з попереднім колесом. Потім така дія повторюється необхідну кількість разів. Кожне з таких обертань називають постійним кроком, при цьому швидкість обертання крокового двигуна можна обчислити при підрахунку кількості кроків, потрібних для повного його обороту.
Щоб контролювати роботу крокового двигуна застосовується спеціальний драйвер. Це необхідно в тих випадках, якщо ви налаштовуєте привід для роботи верстата або застосовуєте його для запуску в роботу вітрогенератора.
Типи крокових двигунів
Крокові двигуни поділяються на такі типи:
- з наявністю постійного магніту;
- синхронний гібридний привід;
- змінний двигун.
Всі вони відрізняються один від одного, у тому числі і за принципами своєї роботи.
Так, наприклад, приводи з постійними магнітами оснащені спеціальною магнітною деталлю в роторі. Такі двигуни працюють за принципом тяжіння або відштовхування статором і ротором двигуна на основі електромагніту.
Змінний двигун має звичайний залізний ротор і його робота побудована по принципу фундаментальності. Коли допускається мінімальний рівень відштовхування з самим малим зазором, при цьому точки ротора мають тяжіння до полюсів статора.
А ось гібридний привід може поєднувати в собі обидва принципу роботи, він вважається найдорожчою моделлю крокових двигунів.
Двофазні крокові двигуни
Двофазний двигун дуже простий, його можна встановити людині без спеціального досвіду. Незалежно від того, зібрали ви його самостійно або придбали в готовому вигляді, він має два типу обмотки для котушок:
- униполярную;
- біполярну.
Якщо кроковий двигун має одну обмотку з центральним магнітним краном, що впливає на кожну фазу, то це уніполярний привід. Кожну обмоточную секцію слід включити з метою забезпечення потрібного напрямку магнітного поля. В даному приводі магнітний полюс здатний функціонувати без необхідності додаткового перемикання, тому напрямку струму і ланцюгова комутація робляться дуже просто, за допомогою одного транзистора на кожну обмотку. При цьому враховуються перемикання фази:
- три дроти на фазу;
- шість на вихідний сигнал.
Мікроконтролер двигуна приводу можна застосовувати з метою активізації транзистора в тій чи іншій послідовності.
А обмотки можна також підключати за допомогою дотику проводів з’єднання разом з постійними магнітами приводу. При з’єднанні котушкових клем, повернути вал буде важко. Опір між катушечным торцем і загальним проводом дорівнює половині опору котушкових і дротових торців. Це виглядає так, оскільки загальний провід має більшу довжину, ніж половина частина, яка використовується для з’єднання котушок.
Біполярні крокові двигуни мають одну фазову обмотку, в яку струм надходить переломним способом із застосуванням магнітного полюса. Керуюча система в даному випадку буде складною з використанням з’єднує мосту. На фазу є в наявності два дроти, але вони не загальні. При змішуванні сигналу крокового двигуна на високих частотах, ефект тертя системи може бути знижений.
Крім того, ще одним типом крокового двигуна є трифазний, але сфера його застосування дуже вузька:
- при роботі фрезерних верстатів з ЧПУ;
- на деяких автомобілях, де застосовується дросельна заслінка;
- на дисководі і принтерах деяких марок.
Реактивні крокові двигуни: особливості і принцип роботи
Варто зазначити, що активні крокові приводи мають великий недолік: це великий крок, що досягає декількох десятків градусів. На відміну від них, реактивні крокові двигуни здатні редукувати роторну частоту, завдяки чому крок стає кутовим менш градуси.
Головною особливістю реактивного приводу є те, що зубці розміщені на статорних полюсах. Синхронізуючий момент у ньому забезпечується різницею магнітних опорів по поперечної і поздовжньої осі приводу.
Реактивний кроковий двигун має один ключовий недолік: у ньому відсутня синхронізуючий момент, якщо обмотки статора знеструмлені.
Підвищити ступінь редукції двигуна, причому незалежно якого активного або реактивного, можна при використанні многопакетных конструкцій, коли зубці статора зсуваються один на одного на частину поділу, а ротора кожного пакета не зсуваються і їхні осі полюсів однакові. Подібна конструкція дуже складна в плані створення і стоїть в готовому вигляді недешево, також до неї потрібно складний комутатор.
На сьогоднішній день у продажу можна відшукати величезну кількість всіляких конструкцій двигунів, які відрізняються за такими параметрами, як:
- кількість фаз;
- тип розміщення обмотки;
- способи фіксації ротора і т. д.
У індукторних крокових двигунах момент обертання створюється при взаємодії магнітного поля, яке створюється статорними обмотками і постійного магніту, наявного в зубчастої частини зазору.
Синхронізуючий момент в индукторном двигуні сам по собі реактивний, завдяки чому виходить статорна обмотка, а постійний магніт здатний створювати момент фіксації, завдяки чому ротор утримується в потрібному положенні при відсутньому струмі.
На відміну від реактивного крокового двигуна, индукторный, при аналогічному кроці, має більший синхронізуючий момент, а також більш поліпшені технічні характеристики.
Синхронні лінійні крокові двигуни
З метою автоматизації деяких виробничих процесів на підприємстві, іноді виникає необхідність переміщення об’єктів у площині. Щоб це зробити, потрібно використовувати спеціальний перетворювач обертального руху в поступальний, що досягається шляхом застосування кінематики.
За допомогою лінійних крокових двигунів можна перетворити імпульсну команду прямо в лінійне переміщення, що значно спростить кінематичну схему всіляких електричних приводів.
Статор в даному приводі представлений у вигляді магнитомягкой плити, а дроти подмагничиваются шляхом роботи постійного магніту.
Зубцовые поділу в статорі і рухомої частини однакові, при цьому вони можуть бути зрушені на половину ділення в межах одного проводу ротора. Потік підмагнічування і його магнітне опір, в даному випадку, не залежать від того, де знаходиться рухома частина двигуна.
Щоб перемістити об’єкт у площині відповідно двом координатам, застосовують двигуни двухкоординатного типу.
Також в лінійних двигунах використовується магнітно-повітряна підвіска. Завдяки силі магнітного тяжіння ротор притягається до статора. Далі під ротор крізь форсунки нагнітають повітря в стислому вигляді, внаслідок чого з’являється сила, відразлива ротор від статора. Так між ними виникає повітряна подушка і ротор висить над статором з наявністю мінімально зазору. Це і забезпечує мінімум опору руху ротора і високоточне позиціонування.
В яких режимах може працювати синхронний кроковий двигун?
Привід здатний працювати стійко за умови відсутності втрат кроків під час відпрацювання кута при подачі на обмотки управління імпульсних серій. При відпрацюванні кожного кроку ротор має впевнене рівновагу по відношенню до вектора магнітної індукції, що відноситься до магнітного поля статора.
Режим відпрацювання кожного кроку має відповідати кількості імпульсів управління, які подаються на обмотки приводу, а він при цьому, до моменту приходу наступного імпульсу, повинен відпрацювати поставлене йому кут обертання. На початку кожного з кроків кутова рухова швидкість повинна бути нульовою.
Допускаються коливання кутового приводного вала відносно сталому значенню. Вони обумовлюються наявністю кінетичної енергії, яка накопичується руховим валом під час відпрацювання кута. При цьому енергія здатна перетворюватися в втрати:
- магнітні;
- механічні;
- електричні.
Чим більше їх розмір, тим швидше закінчується процес переходу відпрацювання одного кроку приводом.
При запуску ротор може мати відставання від статорного потоку на крок і навіть більше, внаслідок чого виходить розбіжність між кількістю роторних кроків і статорних потоком.
Ключові характеристики крокового двигуна – це:
- крок;
- гранична механічна характеристика;
- прийомистість.
Гранична характеристика являє собою залежність максимально можливого синхронізуючого моменту від частоти управляючих імпульсів.
А приємістістю називається частота цих імпульсів, яка виключає можливість втрат або додатків кроку під час обробки. Прийомистість вважається ключовим показником режиму переходу в двигуні. Вона здатна рости разом з синхронизирующим моментом, зниженням кроку, інерційним моментом лінійно переміщуються або обертаються частинок, а також статичного моменту опору.
Особливості підключення крокового двигуна
Підключити двигун крокового типу можна за тією чи іншою схемою, яка залежить від кількості проводів і способів запуску.
Двигуни можуть мати від чотирьох до восьми проводів. Якщо їх всього чотири, то застосування двигуна можливе лише з біполярним пристроєм. Кожна фазна обмотка, яких всього дві, оснащена двома проводами. Визначати провідні пари слід з використанням метра, потім підключається драйвер покроковим методом.
Мотор, оснащений шістьма проводами, включає в себе два дроти для кожної обмотки і центральний кран, теж для кожної з них. Його можна підключати і до однополярному, і до биполярному пристрою. Для поділу приводу слід застосовувати спеціальний прилад для вимірювання. До однополярному привід пристрою можна підключати з використанням всіх шести проводів, а до однополярному буде достатньо одного кінця і одного центрального крана від кожної обмотки.
П’яти-провідний мотор практично не відрізняється від попереднього, проте, його центральні клеми зсередини з’єднані один суцільний кабель і мають один вихід до одного з проводів. Не слід відокремлювати обмотки один від одного, інакше можна їх розірвати. Замість цього краще визначити центр дроти і з’єднати його з іншими провідниками, це буде максимально ефективне рішення підключення. Після цього можете підключати пристрій і перевіряти його на працездатність.
Ключові технічні характеристики двигунів
Первинна обмотка при постійному струмі створює номінальна напруга. А початкова швидкість крутного моменту приводу змінюється разом зі струмом. Від того, яка схема двигуна і від індуктивності його обмоток залежить час зниження лінійного моменту на більш високих швидкостях. Деякі марки двигунів, що мають ступінь захисту IP65, здатні працювати в найважчих умовах.
Якщо ви бажаєте вибрати готову модель крокового двигуна вітчизняного виробництва, зверніть увагу на основні технічні характеристики найбільш відомих моделей:
- КД-1 – градус кроку дорівнює 15, 4 фази, крутний момент становить 40 Нт;
- ДШ-0,04 А – градус кроку 22,5, 4 фази, крутний момент 100 Нт;
- ДШМ 200 – градус кроку 1,8, 4 фази, крутний момент 0,25 Нт;
- ДШ-6 – градус кроку – 18, 4 фази, крутний момент 2300 Нт.
Також серед покупців попитом користуються такі моделі, як:
- чотирифазний ДШР-40;
- SM-200-0.22;
- Purelogic RD з енкодером;
- NEMA 23;
- STH-39D1112;
- SP-57;
- SanyoDenkiSM28.
При підборі потрібного двигуна, необхідно зробити розрахунок параметрів потужності, напруги і крутного моменту.
Однією з проблем роботи крокового двигуна є управління приладів при відсутності контролера. Щоб з цим впоратися, слід взяти спеціальний блок логічного зв’язку, який допомагає керувати двигуном при відсутності відповідної мікросхеми. Проте, краще за все контролювати роботу крокових двигунів за допомогою спеціального контролера.
Середня вартість крокового приводу в великих містах Росії і України
Вартість цього приладу безпосередньо залежить від таких показників, як:
-
тип двигуна;
- потужність конструкції;
- призначення.
Середня вартість однополярного крокового двигуна становить:
- Москва – 3000 у.е.;
- Санкт-Петербург – 3500.е.;
- Київ – 3500.е.;
- Харків – 4000.е.
Отже, ми розповіли, що таке кроковий двигун, за яким принципом він працює, на які категорії поділяється і якими властивостями відрізняється. Сподіваємося, що це полегшить ваш вибір при необхідності придбання даного пристрою.
