Основи на стъпковия двигател: видове, цел и как работят

В тази статия ще разгледаме основите на Stepper Motors. Ще научите за принципа на работа, метода на контрол, използването и видовете стъпкови двигатели.

Въвеждане на стъпковия мотор

Основи на стъпковия двигател

Стъпковият двигател е електрически двигател, чиято основна характеристика е, че валът му се върти чрез изпълнение на стъпки, тоест чрез придвижване с фиксирано количество градуси. Тази характеристика се получава благодарение на вътрешната структура на двигателя и позволява да се знае точното ъглово положение на вала, като просто се преброи как са извършени стъпки, без нужда от сензор. Тази функция също го прави подходящ за широк спектър от приложения.

Принципи на работа на стъпковия двигател

Както всички с електрически двигатели, стъпковите двигатели имат неподвижна част (статора) и движещата се част (ротора). На статора има зъби, на които се качват намотките, докато роторът е или постоянен магнит, или променливо нежелание желязо ядро. По -късно ще се потопим по -дълбоко в различните структури на ротора. Основният принцип на работа на стъпковия двигател е следният: чрез захранване на една или повече от фазите на статора, магнитното поле се генерира от тока, който тече в бобината и роторът се подравнява с това поле. Чрез доставяне на различни фази последователно, роторът може да се завърти с определено количество, за да достигне желаната крайна позиция.

Типове драйвери на стъпковия двигател

На пазара се предлагат различни драйвери на стъпковите двигатели, които показват различни функции за конкретни приложения. Най -важните характеристики включват входния интерфейс. Най -често срещаните варианти са:

• Стъпка/посока - Чрез изпращане на импулс на стъпаловия щифт драйверът променя изхода си, така че двигателят да извърши стъпка, чиято посока се определя от нивото на щифта на посоката.

• Фаза/Активиране - За всяка фаза на намотка на статора фазата определя посоката на тока и задейства, ако фазата е захранвана.

• PWM-Директно контролира сигналите на портата на FET с ниска и висока страна.

Друга важна характеристика на драйвера на стъпковия двигател е, ако той е в състояние само да контролира напрежението през намотката или също така токът, който преминава през него:

• С управление на напрежението водачът регулира само напрежението през намотката. Въртящият момент се развива и скоростта, с която се изпълняват стъпките, зависят само от характеристиките на двигателя и натоварването.

• Настоящите контролни драйвери са по -усъвършенствани, тъй като регулират тока, преминаващ през активната намотка, за да имат по -добър контрол върху произведения въртящ момент и по този начин динамичното поведение на цялата система.

Типове стъпка на двигателя

1. Реактивен стъпка мотор 

Статорът на реактивния стъпков двигател е изработен от силиконови стоманени листове, а противоположните два магнитни полюса се навиват със същата намотка с различни посоки на намотка. Когато се зарежда с енергия, се образуват двойка N и S стълбове и в ротора на двигателя няма навиване. Роторът на двигателя е изработен от мек магнитен материал. Има много малки зъби със същия размер и същото разстояние на външната повърхност на полюса на ротора и вътрешната повърхност на полюса на статора. Електромагнитната сила е движещата сила за придвижването на реактивния стъпка на мотора. При действието на електромагнитната сила роторът ще се премести в позицията на максимална магнитна пропускливост (или минимална магнитна устойчивост) и ще бъде в балансирано състояние.

2. Постоянен магнитен стъпаловиден мотор

Материалът на ротора на постоянния магнит стъпков двигател е постоянен магнетизъм, броят на полюсите на ротора и статорът е същият, изходният въртящ момент на двигателя е голям, а ъгълът на стъпката е сравнително голям, но работната характеристика е добра.

3. Хибриден стъпка мотор

Структурата на хибридния стъпков двигателен статор е същата като тази на реактивния стъпков двигател. Роторът е разделен на две секции в аксиална посока. Същият брой и размер на малките зъби са равномерно разпределени в периферната посока на желязната сърцевина на двете секции, но те са погрешно поставени от половината зъб. Постоянен магнит е вграден в средата на двете железни ядра, така че желязната сърцевина в единия край на ротора е n полюс, а желязната сърцевина в другия край е S полюс, както е показано на фигура 1.1. N и S полярните на ротора остават непроменени и последователното изменение на N и S полярните на магнитните стълбове на статора се реализира чрез контролиране на тока на намотката на статора и се генерира съответна сила на N и S полюсите на ротора, за да натисне ротора, за да се върти според изискванията. Тъй като постоянното магнитно поле на ротора на хибридния стъпка двигател също генерира част от въртящия момент, то е по -голямо от въртящия момент, генериран от магнитното поле на статора на реактивния стъпка.

Избирането на стъпков мотор за CNC е за разбиране на вашите изисквания на въртящия си момент и оборотите (скоростта).

Най -добрият стъпков мотор ще може да достави необходимия ви въртящ момент, като същевременно е достатъчно бърз. Казвам ви най -добрите ми снимки в зависимост от категорията на стъпковия мотор:

Предимства на Stepper Motors

Сега, когато разбираме принципите на работа на Stepper Motors, е полезно да обобщим техните плюсове и минуси в сравнение с други типове двигатели.

Stepper Motors са електрически двигатели, които преобразуват електрическите импулси в точни механични движения, което ги прави идеално решение за много медицински приложения. Медицинските изделия и оборудване често изискват високото прецизно позициониране, нисък шум и високи възможности на въртящия момент, всички от които могат да бъдат постигнати със стъпкови двигатели.
Едно от основните предимства на Stepper Motors е способността им да осигуряват точни и точни движения. Това ги прави отличен избор за медицински приложения като хирургически роботи, инфузионни помпи и КТ скенери, където дори малки отклонения от предвидения път или позиция могат да имат сериозни последици. Stepper Motors също могат да бъдат програмирани да осигуряват гладко, контролирано движение, което е от съществено значение при хирургичните процедури и медицинските изображения. Грешката на процентния етап не се натрупва, когато двигателят се върти.
1. Той е в състояние да работи с широк диапазон от скорости, включително много бавни скорости без редукция.
2. Степният мотор осигурява отличен отговор по време на старт, спиране и обратна режим.
3. Той е много надежден, тъй като не се използват четки или комутатор. Времето му за живот зависи от живота на лагера.
4. Веригата за управление на стъпковия двигател е проста и ниска цена. Използва се главно за приложения с ниска мощност. Броят на фазите на стъпковия двигател: се отнася до броя на групите на бобината вътре в двигателя. Понастоящем обикновено се използват двуфазна и трифазна.
1. Ъгъл на стъпка: съответстващ на импулсен сигнал, ъгловото изместване на двигателя.
Електрически параметри: ток, съпротивление, индуктивност.
Задържане на въртящ момент: се отнася до момента, в който стъпковият двигател се захранва, но не се върти, статорът заключва ротора.
2. Поставяне на въртящ момент: Заключващият въртящ момент на самия ротор на двигателя, когато двигателят не се захранва.
3. Работещи характеристики на въртящия момент: Кривата на връзката между изходния въртящ момент и честотата по време на работата на двигателя, измерена при определени условия на изпитване.

Stepper Motors a pplications

Първо, стъпаловидният двигател се използва главно в някои случаи с изисквания за позициониране, като например: Трачене на таблица за рязане на тел, таблица на машината за туфиране (позициониране на порите), опаковъчна машина (фиксирана дължина), като по принцип всички случаи, включващи позициониране, го използват.

Второ, той се използва широко в 3D принтери, оборудване за мониторинг, интелигентни брави, кръвоносни анализатори, интелигентни микроскопи, тестери за зрение и други полета, особено подходящи за приложения, изискващи стабилна работа, нисък шум, бърз отговор, дълъг живот и въртящ момент с висок изход.

Трето, стъпващите двигатели се използват широко в текстилни машини и оборудване като компютърни машини за бродиране. Характеристиките на този тип стъпаловидни двигатели са, че въртящият момент не е висок, честата скорост на стартиране е бърза, течащият шум е нисък, работата е стабилна, а контролната ефективност е добра. , Цената на цялата машина е ниска.

Предпазни мерки за прилагане на стъпка:
  1. Стъпващият двигател се използва при ниска скорост --- Скоростта не надвишава 1000 оборота в минута (6666pps при 0,9 градуса), за предпочитане между 1000-3000pps (0,9 градуса) и може да се използва тук чрез устройство за забавяне. По това време двигателят има висока работна ефективност и нисък шум.
   2. Стъпващият двигател е най-добре да не се използва състоянието в цяла стъпка, вибрацията е голяма в състояние в цяла стъпка.

   3. За товари с голям инерционен момент, трябва да се избере голям двигател с размер на рамката.
4. Когато двигателят е с по -висока скорост или голямо инерционно натоварване, той е ген.

Видео на стъпковия мотор