Синхронные шаговые двигатели

Предельная механическая характеристика шагового двигателя

Приемистость- это наибольшая частота управляющих импульсов, при которой не происходит потери или добавления шага при их отработке. Она является основным показателем переходного режима шагового двигателя. Приемистость растет с увеличением синхронизирующего момента, а также с уменьшением шага, момента инерции вращающихся (или линейно перемещаемых) частей и статического момента сопротивления

 

ПРИМЕНЕНИЕ

Применяются шаговые двигатели в самых разнообразных устройствах. Эти двигатели можно встретить в разнообразной промышленности и в специальных оборудованиях, например, в принтерах, дисководах, факсах, сканерах плоттерах и других оборудованиях. В данный момент выпускается множество разных типов шаговых двигателей и при выборе нужного двигателя главным будет правильно подобрать схему и алгоритм работы драйвера, который в основном определяется программой микроконтроллера, а не сам тип двигателя. Для примера приведем практическую реализацию дешевого и простого драйвера шагового двигателя, в основном на микроконтроллере семейства AVR.

ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И ИХ ДОСТОИНСТВА.

Число импульсов определяется углом поворота ротора, которые подаются на двигатель. Когда запитаны обмотки, тогда в режиме остановки обеспечивает двигатель полный момент прецизионного позиционирования и повторяемости. Точность от величины шага в 3-5% имеют хорошие шаговые двигатели, а срок его службы определяется фактически сроком службы подшипников, частота входных импульсов пропорциональна его скорости . Но имеются и некоторые небольшие недостатки в том, что без нагрузки не уменьшается потребление энергии, невысокая его удельная мощность, на высоких скоростях затруднена работа, возможна потеря без обратной связи контроля положения и кроме этого, некоторая сложность в схеме управления.

ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ.

Класс бесколлекторные двигателя постоянного тока относят шаговые двигатели, которые, как и другие двигатели бесколлекторные, имеют срок службы большой и высокую надежность, за счет чего можно использовать их в критичных, к примеру, в индустриальных применениях. Для шаговых двигателей необходима более сложная схема управления по сравнению обыкновенными двигателями постоянного тока, которые при работе двигателя обязаны выполнить все коммутации обмоток.

Вдобавок, шаговые двигателя – это дорогие устройства, поэтому там, где точное позиционирование не требуется, обычные коллекторные двигателя имеют заметное преимущество. Для управления коллекторными двигателями в последнее время   чаще начали применять контроллеры, сложность которых практически не уступает контроллерам шаговых двигателей.

Возможность точного регулирование и позиционирование скорости без датчика обратной связи можно считать одним из существенных преимуществ шагового двигателя, так как такие датчики намного больше могут стоить самого двигателя, это подходит для систем работающих только при малом ускорении, а также с относительно постоянной нагрузкой.

Даже при переменном характере нагрузки системы с обратной связью способны работать с большим ускорением. Когда при нагрузке шагового двигателя превышается его момент, тогда теряется о положении ротора информация и с помощью базирования система требует, к примеру, концевого выключателя или другого датчика, а что касается системы с обратной связью то, они не имеют подобного недостатка.

Выбор между шаговым двигателем и сервомотором приходится делать когда проектируют конкретную систему. Наиболее экономично выгодным решением является шаговый двигатель, когда требуется точное управление скоростью и прецизионное позиционирование, а скорость и требуемый момент за допустимые пределы не выходят. Понижающий редуктор может быть использован для повышения момента также как и для обычных двигателей, но не всегда редуктор подходит для шаговых двигателей.

На низких скоростях шаговые двигателя имеют больший момент, в отличие от коллекторных двигателей, которые с увеличением скорости возрастает момент. Кроме этого, в сравнении с коллекторными двигателями, шаговые двигатели гораздо меньшую имеют максимальную скорость, за счет чего ограничивается максимальное передаточное число и, естественно, увеличивается момент с помощью редуктора.

Причиной того, что можно получить низкую частоту вращения является то, что разработчики применяют неоправданно часто шаговые двигатели, так как не всегда в состоянии спроектировать редуктор. В то время как коллекторные двигателя имеют более высокую удельную мощность, схему управления более проще, низкую стоимость и способны тот же диапазон скоростей обеспечить вместе с одноступенчатыми червячными редукторами, как и шаговые двигателя, и также при этом значительно больший момент обеспечивать. Приводы очень часто применяют на основе коллекторных двигателей в технике военного назначения, что говорит о большой надежности этих приводов и хороших параметрах. Кроме всего, достаточно сильно коллекторные двигатели распространены в промышленном оборудовании, в бытовой технике современной и в автомобилях, но при этом, имеют свою сферу применения шаговые двигатели, где они незаменимы, пусть даже и довольно узкую сферу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По сравнению с другими приборами, которые могут выполнять эти же или подобные функции, система управления, используемая в шаговом двигателе, обладает следующими существенными преимуществами:

1. У системы управления нет обратной связи, обычно необходимой для управления положением или частотой вращения;
2. Не накапливается ошибка положения;
3. Шаговый двигатель совместим с современными цифровыми устройствами.

По этим причинам различные типы и классы шаговых двигателей используют в периферийных устройствах компьютеров и подобных системах.

Использование ШД в системах автоматического регулирования откры-

вает перед разработчиками широкие возможности. Многообразие способов

управления ШД, их динамические возможности позволяют проектировать

системы, не только удовлетворяющие высоким требованиям к качеству

регулирования, но и являющиеся в ряде случаев наиболее предпочтитель-

ными как по отдельным техническим характеристикам, так и по суммар-

ным технико-экономическим данным.

При стартстопном управлении оказывается возможным обеспечить

плавное, без колебаний движение ротора с минимальной динамической

ошибкой. Угловая скорость при этом как с начала движения, так и после'

отработки любого количества шагов будет равна нулю.

Стартстопный режим работы основан на поочередном разгоне и тормо-

жении ротора ШД. Это осуществляется за счет соответствующего переклю-

чения тока в его фазных обмотках. Рассмотренное устройство достаточно хорошо может работать, обеспечивая требуемый cтартстопный режим, в условиях незначительного изменения нагрузки и температуры окружающей среды. Помимо рассмотренного способа принудительного торможения ротора

ШД за счет противовключения фаз возможно и естественное торможение.

Его используют, когда ротор совершает суммарное перемещение в несколь-

ко шагов по одной команде.

Дробный шаг позволяет использовать весь широкий диапазон рабочих

частот управления ШД для получения соответствующего диапазона изме-

нения скорости при плавном ходе исполнительного вала. Если весь диапа-

зон возможного изменения скорости выходного вала является рабочим,

то целесообразно на низких частотах работать с дробным шагом, а на вы-

соких частотах - по схеме обычной коммутации. Известны устройства, в

которых на низких частотах производится плавное рабочее перемещение

исполнительного устройства с преодолением определенного момента на-

грузки, а на высоких частотах - быстрый холостой переброс, когда момент

нагрузки значительно меньше. Во всех этих случаях система с ШД может

работать как разомкнутая с относительной величиной перемещения,

определяемой программой.