Принцип работы шагового электродвигателей

Принцип работы шагового электропривода и шаговых электродвигателей

Электропривод, обеспечивающий преобразование числовой информации в дискретные механические положения называется шаговым. Электродвигатель с таким приводом работает от импульсных команд. Информационный сигнал управления шаговым электродвигателем поступает в распределитель импульсов в виде унитарного кода. Маломощное напряжение U1 поступает в усилитель мощности, где преобразуется в силовой импульс тока I1, возбуждающий фазу электродвигателя. Очередной сигнал вызывает появление напряжения U2 и тока I2, который вызывает сдвиг магнитного поля и соответствующий ему шаг ротора. Тоже происходит после очередного входного импульса. Далее цикл повторяется.

Принцип действия самого шагового электродвигателя можно рассмотреть на его упрощенной модели. Кольцевая обмотка статора электродвигателя, поворотные щетки, связывающие отпайки обмотки с источником питания. Роль щеток могут выполнять контактные или электронные ключи. Ось щеток и ось двухполюсного ротора в исходном положении совпадают. Сдвиг щеток характеризуется определенным углом, что вызывает поворот вектора магнитного поля на этот же угол. Ротор стремится догнать поле так, чтобы его ось совпала с осью щеток, то есть исключить динамическую ошибку. Непрерывное вращение щеток приводит к вращению ротора.

Конструкция и применение шаговых двигателей

Шаговые электродвигатели относятся к синхронным машинам. Их можно разделить на вращающиеся, линейные и комбинированные. Во вращающихся шаговых электродвигателях катушки обмоток укладываются в пазах железа статора с угловым смещением, зависящим от числа фаз.

В соответствие с назначением электродвигателя пазы имеют различную конфигурацию. Ротор магнитоэлектрического двигателя имеет несколько пар полюсов магнитов, а индукторного большое число зубцов. Принцип работы электродвигателя: по катушке протекает ток, создавая электромагнитный поток, фиксирующий ротор по зубцам полюсного выступа. При выключении фазы 1 и включении фазы 2 вызывается сдвиг потока на электрический угол, равный 360 градусам, деленным на число фаз. Ротор поворачивается в положение наибольшей магнитной проводимости по отношению ко второму полюсу, на механический шаг равный 360 градусам, деленным на число фаз и на число зубцов пассивного ротора (или на число пар полюсов активного ротора). Движение ротора происходит под воздействием синхронизирующего момента, который аппроксимируется в синусоиду (см. видео), где точка О соответствует устойчивому положению ротора. То есть положению, когда зубец ротора находится под зубцом статора. Точки А и Б, характеризующие неустойчивое положение ротора находятся напротив паза статора. Угловые расстояния ОА и ОБ соответствуют максимальной динамической ошибке, равной 180 электрическим градусам. А расстояние между амплитудами синхронизирующего момента равно максимальной статической ошибке 90 электрических градусов. Амплитуда синхронизирующего момента зависит от результирующего тока включенных фаз. Точкам А, О, Б момента соответствует диаграмма потенциальной энергии. Состояние ротора можно смоделировать при помощи шарика, попавшего в так называемую потенциальную яму. Например, шарик находится в точке О устойчивого равновесия. Сдвиг характеристики момента соответствует смещению потенциальной ямы. При пуске двигателя ротор может отставать от положения результирующего тока на угол не более чем 180 электрических градусов, что соответствует подъему шарика на край ямы в точку неустойчивого равновесия. Ротор стремится догнать поле, а шарик скатиться вниз. Это движение обычно сопровождается колебаниями и динамическими ошибками, возникающими за счет инерции. За счет именно динамических ошибок шаговый двигатель втягивается в синхронизм при скачках управляющих частот. Предельный скачок частоты при пуске называется частотой приемистости. При повышении частоты входных команд работы скорость вращения увеличивается. Дальнейший скачок частоты не обеспечивает пуск двигателя. Частота надежного запуска и есть частота приемистости. Область динамических частот шаговых электроприводов простирается от сотен герц до 2 килогерц. С уменьшением габаритов двигателей и снижением величины шага, динамические частоты увеличиваются. Сочетание малогабаритного шагового двигателя с гидроусилителем момента, позволяет одновременно расширить диапазон рабочих частот и момента. Именно поэтому в станках ЧПУ, в роботах, в нажимных винтах прокатных станов и других механизмах, где требуется сочетание высокой точности и динамических показателей применяется электрогидравлический шаговый электропривод или электропривод с силовыми шаговыми электродвигателями.

Блоки управления промышленным шаговым приводом со сложными алгоритмами выполняются на компактных микросхемах. Создание схем со свойствами управляемого источника тока - инвертора тока, расширило рабочие частоты до 10-20кГц, что обеспечило ускоренное вспомогательное рабочее движение на станках ЧПУ. Во многих промышленных механизмах с дискретным движением требуется исключить колебания даже на холостом ходу. Для этого созданы схемы управления, обеспечивающие старт-стопное движение. Они вырабатывают дополнительные импульсы на торможение перед подходом ротора к очередной точке устойчивости. Такое управление позволило создать печатные автоматы, графопостроители и координатографы, специальную киноаппаратуру и другие устройства без сложной быстроизнашивающейся механики.

В некоторых устройствах необходимо использовать величину шага в несколько микрон, например в электронной технологии. Получение малых шагов за счет роста числа фаз или зубцов ограниченно. Сделать это позволяет электронное дробление самого шага. На специальной экспериментальной установке можно проследить за этим процессом. Токи в фазах меняются до установленного значения не сразу, а мелкими ступеньками или плавно по определенному закону. Соответственно происходит и плавный поворот результирующего вектора потока и угловой характеристики даже при низких частотах. На экране осциллографа можно отследить положение годографа тока. Кроме рассмотренных нами сложных шаговых электродвигателей применяемых в устройствах ЧПУ, существуют простейшие однофазные. Их основные преимущества - простота конструкции и малые габариты, один канал связи и минимальное потребление электроэнергии. Эти электродвигатели нашли широкое применение в электронных часах, приборах времени и других системах. Пуск и однонаправленное вращение этих двигателей обеспечивают несимметричные магнитопроводы и возбуждение от постоянных магнитов. Конструкция однофазных шаговых электродвигателей просты, но разработки новых образцов осложнены наличием постоянных магнитов и малыми габаритами.

Так устроены и работают вращающиеся шаговые электродвигатели. Стремление исключить быстроизнашивающиеся дорогостоящие механические передачи вращающихся шаговых электродвигателей привело к созданию разнообразных конструкций линейных шаговых электродвигателей. Если вращающийся шаговый электродвигатель разрезать по образующей, то можно получить одностороннюю конструкцию плоского типа. Плоский, линейный шаговый электродвигатель, реализующий взаимопоступающее движение. Эту конструкцию можно преобразовать в цилиндрическую. Цилиндрические шаговые электродвигатели относятся к четырехфазным двигателям индукторного типа. Их принцип действия аналогичен вращающемуся электродвигателю, но зубцы на пористых выступах статора размещены вдоль продольной оси, а не по окружности. Это позволяет получить линейные шаги ротора индуктора. Цилиндрический шаговый электродвигатель выполнен из магнитной мягкой стали и имеет зубцы расположенные перпендикулярно его оси. Малую величину шага в этих двигателях можно получить за счет многофазных катушечных обмоток. Гладкие концы вала индуктора укреплены в опорах скольжения или качения, что ограничивает длину хода.

Плоский линейный шаговый электродвигатель

При возбуждении со стороны ротора - якоря, получаем шаговый двигатель активного типа. Со стороны статора - индукторный, который получил широкое применение. Ход плоского электродвигателя ограничен его длиной. Закрепив индуктор, получим перемещение магнитной системы. В индукторе некоторых электродвигателей профрезированы зубцы. Для уменьшения эксплуатационного зазора и улучшения эксплуатационных показателей линейных шаговых двигателей используются воздушные опоры. Сжатый воздух, проходя через калиброванные отверстия якоря, создает воздушную подушку 15-20 микрон. В ряде случаев предусматривается магнитная фиксация ротора при отключении питания. Разработано большое количество комбинированных электродвигателей. Так сочетание пары электродвигателей перпендикулярно в одной раме образуют планарный электродвигатель. Он может осуществлять двухкоординатное движение на плоскости, являющейся индукторами. Большое усилие притяжения к плите позволяет такому двигателю работать в любом положении. Простота и однотипность физических процессов в шаговых двигателях, их конструктивная пластичность позволили разработать бесконтактные электромеханические и электронные модули, реализующие сложное многокоординатное движение без дорогостоящих и изнашивающихся кинематических преобразователей.

Микропроцессорное управление электроприводом дает возможность выбирать оптимальные режимы работы для разных промышленных установок, гибко перестраивать программы движения, компенсировать систематические погрешности изготовления модулей. Отмеченные особенности делают многокоординатный шаговый привод весьма перспективным для робототехники и построение гибкого автоматизированного производства. Отличительная особенность гибкой автоматизации состоит в совмещении транспортных и технологических операций в одной установке. На основе модульного привода создано новое поколение прецизионной аппаратуры для электронной и других отраслей промышленности.


Закрыть ... [X]

Принцип работы электродвигателя. Принцип работы Бизнес план для магазина ручной работы



Принцип работы шагового электродвигателей Шаговый двигатель: особенности и принцип работы
Принцип работы шагового электродвигателей Принцип работы шагового электропривода и
Принцип работы шагового электродвигателей Шаговый двигатель: принцип работы, схема
Принцип работы шагового электродвигателей Шаговые двигатели - fo
Принцип работы шагового электродвигателей Бантики из атласных лент. Пошаговая инструкция с фото
Принцип работы шагового электродвигателей Блог Домохозяйки - женский творческий дневник
Принцип работы шагового электродвигателей Валяние как искусство. Красивые идеи и описание техники
Принцип работы шагового электродвигателей Вязание крючком: вязаные цветы, схемы и описания
Вязание спицами для начинающих. Вязание воротника - Хомяк55 Детские носочки на двух спицах Видео на Запорожском портале Игрушки своими руками Уход за новорожденным Как сшить, Куклы, Мастер-класс, Своими руками, Снежка. - Pinterest Книги по оригами Носки детские спицами для начинающих на двух спицах. Обсуждение на Основные виды пряжи