1. Кроковий двигун: пристрій, принцип роботи, типи, схеми підключення Для роботи практично всіх електричних...
2. Переваги та недоліки крокового електродвигуна
3. Пристрій і принцип роботи
4. Типи крокових двигунів
5. За конструкцією ротора
6. реактивний
7. З постійними магнітами
8. гібридні
9. По виду обмоток
10. уніполярний
11. біполярний
12. Підключення крокової двигуна
13. Типові схеми підключення ШД
14. Управління кроковим двигуном
15. без контролера
16. З контролером
17. Популярні схеми управління ШД
18. Найпростіший драйвер крокової двигуна своїми руками
19. Корисне відео
20. Що таке кроковий двигун?
21. Переваги та недоліки крокового електродвигуна
22. Пристрій і принцип роботи
23. Типи крокових двигунів
24. За конструкцією ротора
25. реактивний
26. З постійними магнітами
27. гібридні
28. По виду обмоток
29. уніполярний
30. біполярний
31. Підключення крокової двигуна
32. Типові схеми підключення ШД
33. Управління кроковим двигуном
34. без контролера
35. З контролером
36. Популярні схеми управління ШД
37. Найпростіший драйвер крокової двигуна своїми руками
38. Корисне відео
39. Що таке кроковий двигун?
40. Переваги та недоліки крокового електродвигуна
41. Пристрій і принцип роботи
42. Типи крокових двигунів
43. За конструкцією ротора
44. реактивний
45. З постійними магнітами
46. гібридні
47. По виду обмоток
48. уніполярний
49. біполярний
50. Підключення крокової двигуна
51. Типові схеми підключення ШД
52. Управління кроковим двигуном
53. без контролера
54. З контролером
55. Популярні схеми управління ШД
56. Найпростіший драйвер крокової двигуна своїми руками
57. Корисне відео
58. Що таке кроковий двигун?
59. Переваги та недоліки крокового електродвигуна
60. Пристрій і принцип роботи
61. Типи крокових двигунів
62. За конструкцією ротора
63. реактивний
64. З постійними магнітами
65. гібридні
66. По виду обмоток
67. уніполярний
68. біполярний
69. Підключення крокової двигуна
70. Типові схеми підключення ШД
71. Управління кроковим двигуном
72. без контролера
73. З контролером
74. Популярні схеми управління ШД
75. Найпростіший драйвер крокової двигуна своїми руками
76. Корисне відео
77. Що таке кроковий двигун?
78. Переваги та недоліки крокового електродвигуна
79. Пристрій і принцип роботи
80. Типи крокових двигунів
81. За конструкцією ротора
82. реактивний
83. З постійними магнітами
84. гібридні
85. По виду обмоток
86. уніполярний
87. біполярний
88. Підключення крокової двигуна
89. Типові схеми підключення ШД
90. Управління кроковим двигуном
91. без контролера
92. З контролером
93. Популярні схеми управління ШД
94. Найпростіший драйвер крокової двигуна своїми руками

Кроковий двигун: пристрій, принцип роботи, типи, схеми підключення

Для роботи практично всіх електричних приладів, необхідні спеціальні приводні механізми. Пропонуємо розглянути, що таке кроковий двигун, його конструкцію, принцип роботи і схеми підключення.

Що таке кроковий двигун?

Кроковий двигун являє собою електричну машину, призначену для перетворення електричної енергії мережі в механічну енергію. Конструктивно складається з обмоток статора і магнітомягкого або магнітотверді ротора. Відмінною особливістю крокової двигуна є дискретне обертання, при якому заданому числу імпульсів відповідає певне число скоєних кроків. Найбільше застосування такі пристрої отримали в верстатах з ЧПУ, робототехніці, пристроях зберігання і зчитування інформації.

На відміну від інших типів машин кроковий двигун здійснює обертання не безупинно, а кроками, від чого і походить назва пристрою. Кожен такий крок становить лише частину від його повного обороту. Кількість необхідних кроків для повного обертання валу буде відрізнятися, в залежності від схеми з'єднання, марки двигуна і способу управління.

Переваги та недоліки крокового електродвигуна

До переваг експлуатації крокової двигуна можна віднести:

• У крокових електродвигунах кут повороту відповідає числу поданих електричних сигналів, при цьому, після зупинки обертання зберігається повний момент і фіксація;
• Точне позиціонування - забезпечує 3 - 5% від встановленого кроку, яка не накопичується від кроку до кроку;
• Забезпечує високу швидкість старту, реверсу, зупинки;
• Відрізняється високою надійністю за рахунок відсутності труться компонентів для струмознімання, на відміну від колекторних двигунів;
• Для позиціонування шаговому двигуну не потрібно зворотного зв'язку;
• Може видавати низькі обороти для безпосередньо підведеної навантаження без будь-яких редукторів;
• Порівняно менша вартість щодо тих же сервоприводів ;
• Забезпечується широкий діапазон управління швидкістю обертів вала за рахунок зміни частоти електричних імпульсів.

До недоліків застосування крокового двигуна відносяться:

• Може виникати резонансний ефект і прослизання крокової агрегату;
• Існує ймовірність втрати контролю через відсутність зворотного зв'язку;
• Кількість витрачається електроенергії не залежить від наявності або відсутності навантаження;
• Складнощі управління через особливості схеми

Пристрій і принцип роботи

Мал. 1. Принцип дії крокової двигуна

На малюнку 1 зображені 4 обмотки, які відносяться до статора двигуна, а їх розташування влаштовано так, що вони знаходяться під кутом 90º відносно один одного. З чого випливає, що така машина характеризується розміром кроку в 90º.

У момент подачі напруги U1 в першу обмотку відбувається переміщення ротора на ті ж 90º. У разі послідовної подачі напруги U2, U3, U4 в відповідні обмотки, вал продовжить обертання до завершення повного кола. Після чого цикл повторюється знову. Для зміни напрямку обертання досить змінити черговість подачі імпульсів до відповідних обмотки.

Типи крокових двигунів

Для забезпечення різних параметрів роботи важлива як величина кроку, на який буде зміщуватися вал, так і момент, що додається для переміщення. Варіації даних параметрів досягаються за рахунок конструкції самого ротора, способу підключення і конструкції обмоток.

За конструкцією ротора

Обертається елемент забезпечує магнітне взаємодія з електромагнітним полем статора. Тому його конструкція і технічні особливості безпосередньо визначають режим роботи і параметри обертання крокового агрегату. Щоб на практиці визначити тип крокової мотора, при знеструмленій мережі необхідно провернути вал, якщо відчуваєте опір, то це свідчить про наявність магніту, в іншому випадку, це конструкція без магнітного опору.

реактивний

Реактивний кроковий двигун не оснащується магнітом на роторі, а виконується з магнитомягких сплавів, як правило, його набирають з пластин для зменшення втрат на індукцію. Конструкція в поперечному розрізі нагадує шестерню з зубцями. Полюса статорних обмоток живляться протилежними парами і створюють магнітну силу для переміщення ротора, який рухається від поперемінного протікання електричного струму в обмотувальних парах.

Зі змінним магнітним опором

Вагомим плюсом такої конструкції крокової приводу є відсутність стопорящего моменту, утвореного полем по відношенню до арматури. По факту це той же синхронний двигун , В якому поворот ротора йде відповідно до полем статора. Недоліком є ​​зниження величини крутного моменту. Крок для реактивного двигуна коливається від 5 до 15 °.

З постійними магнітами

В цьому випадку рухомий елемент крокової двигуна збирається з постійного магніту, в якому може бути два і більше кількістю полюсів. Обертання ротора забезпечується тяжінням або відштовхуванням магнітних полюсів електричним полем при подачі напруги до відповідних обмотки. Для цієї конструкції кутовий крок становить 45-90 °.

З постійним магнітом

гібридні

Був розроблений з метою об'єднання кращих якостей двох попередніх моделей, за рахунок чого агрегат володіє меншим кутом і кроком. Його ротор виконаний у вигляді циліндричного постійного магніту, який намагнічений по поздовжній осі. Конструктивно це виглядає як два круглих полюса, на поверхні яких розташовані зубці ротора з магнітомягкого матеріалу. Таке рішення дозволило забезпечити відмінний утримує і крутний момент.

Пристрій гібридного крокової двигуна

Переваги гібридного крокової двигуна полягати в його високій точності, плавності і швидкості переміщення, малим кроком - від 0,9 до 5 °. Їх застосовують для висококласних верстатів ЧПУ, комп'ютерних та офісних приладах і сучасної робототехніки. Єдиним недоліком вважається відносно висока вартість.

Для прикладу розберемо варіант гібридних ШД на 200 кроків позиціонування вала. Відповідно кожен з циліндрів матиме по 50 зубців, один з них є позитивним полюсом, другий негативним. При цьому кожен позитивний зубець розташований навпроти паза в негативному циліндрі і навпаки. Конструктивно це виглядає так:

Розташування пазів гібрідніка

Через що на валу крокового двигуна виходить 100 перемежовуються полюсів з відмінною полярністю. Статор також має зубці, як показано на малюнку 6 нижче, крім проміжків між його компонентами.

Мал. 6. Принцип роботи гібридного ШД

За рахунок такої конструкції можна досягти зміщення того ж південного полюса щодо статора в 50 різних позицій. За рахунок відмінності положення в полупозіціі між північним і південним полюсом досягається можливість переміщення в 100 позиціях, а зсув фаз на чверть ділення надає можливість збільшити кількість кроків за рахунок послідовного збудження ще вдвічі, тобто до 200 кроків кутового вала за 1 оборот.

Зверніть увагу на малюнок 6, принцип роботи такого крокової двигуна полягає в тому, що при попарной подачі струму в протилежні обмотки відбувається підтягування різнойменних полюсів ротора, розташованих за зубами статора і відштовхування однойменних, що йдуть перед ними по ходу обертання.

По виду обмоток

На практиці кроковий двигун являє собою багатофазних мотор. Плавність роботи в якому безпосередньо залежить від кількості обмоток - чим їх більше, тим плавні відбувається обертання, але і вище вартість. При цьому крутний момент від числа фаз не збільшується, хоча для нормальної роботи їх мінімальне число на статорі електродвигуна має становити хоча б дві. Кількість фаз не визначає числа обмоток, так двофазний кроковий двигун може мати чотири і більше обмотки.

уніполярний

Уніполярний кроковий двигун відрізняється тим, що в схемі підключення обмотки є відгалуження від середньої точки. Завдяки чому легко змінюються магнітні полюси. Недоліком такої конструкції є використання тільки однієї половини доступних витків, через що досягається менший крутний момент. Тому вони відрізняються великими габаритами.

уніполярний ШД

Для використання всієї потужності котушки середній висновок залишати не підключеним. Розгляньте конструкції уніполярних агрегатів, вони можуть містити 5 і 6 висновків. Їх кількість буде залежати від того, виводиться серединний провід окремо від кожної обмотки двигуна або вони з'єднуються один з одним.

Схема а) з різними, б) з одним висновком

біполярний

Біполярний кроковий двигун підключається до контролера через 4 виведення. При цьому обмотки можуть з'єднуватися всередині як послідовно, так і паралельно. Розгляньте приклад його роботи на малюнку.

Біполярний кроковий двигун

У конструктивній схемі такого двигуна ви бачите з декількома обмотками збудження в кожній фазі. Через це зміна напрямку струму вимагає використовувати в електронній схемі спеціальні драйвери (електронні чіпи, призначені для управління). Домогтися такого ефекту можна за допомогою включення Н-моста. У порівнянні з попереднім, біполярний пристрій забезпечує той же момент при набагато менших габаритах.

Підключення крокової двигуна

Щоб живити обмотки, буде потрібно пристрій здатне видати керуючий імпульс або серію імпульсів в певній послідовності. В якості таких блоків виступають напівпровідникові прилади для підключення крокової двигуна, мікропроцесорні драйвера. В яких є набір вихідних клем, кожна з них визначає спосіб харчування і режим роботи.

Залежно від схеми підключення повинні застосовуватися ті або інші висновки крокової агрегату. При різних варіантах підведення тих чи інших клем до вихідному сигналу постійного струму виходить певна швидкість обертання, крок чи мікрошаг лінійного переміщення в площині. Так як для одних завдань потрібна низька частота, а для інших висока, один і той же двигун може задавати параметр за рахунок драйвера.

Типові схеми підключення ШД

Залежно того, яка кількість висновків представлено на конкретному шаговом двигуні: 4, 6 або 8 висновків, буде відрізнятися і можливість використання тієї чи іншої схеми їх підключення Подивіться на малюнки, тут показані типові варіанти підключення крокової механізму:

Схеми підключення різних типів крокових двигунів

За умови заживлення основних полюсів крокової машини від одного і того ж драйвера, за даними схемами можна відзначити наступні відмінні риси роботи:

• Висновки однозначно підводяться до відповідних клем пристрою. При послідовному з'єднанні обмоток збільшує індуктивність обмоток, але знижує струм.
• Забезпечує паспортне значення електричних характеристик. При паралельній схемі збільшується струм і знижується індуктивність.
• При підключенні по одній фазі на обмотку снижется момент на низьких оборотах і зменшує величину струмів.
• При підключенні здійснює всі електричні та динамічні характеристики згідно паспорта, номінальний струми. Значно спрощується схема управління.
• Видає куди більший момент і застосовується для великих частот обертання;
• Як і попередня призначена для збільшення моменту, але застосовується для низьких частот обертання.

Управління кроковим двигуном

Виконання операцій кроковим агрегатом може здійснюватися кількома методами. Кожен з яких відрізняється способом подачі сигналів на пари полюсів. Всього виділяють тир методу активації обмоток.

Хвильовий - в такому режимі відбувається збудження тільки одній обмотці, до якої і притягуються роторні полюса. При цьому кроковий двигун не здатний витягати велику навантаження, так як видає лише половину моменту.

хвильовий управління

Полношаговий - в такому режимі відбувається одночасна комутація фаз, тобто, порушуються відразу обидві. Через що забезпечується максимальний момент, в разі паралельного з'єднання або послідовного включення обмоток буде створюватися максимальна напруга або струм.

Полношаговое управління

Полушаговий - являє собою комбінацію двох попередніх методів комутації обмоток. Під час реалізації якого в шаговом двигуні відбувається почергова подача напруги спочатку в одну котушку, а потім відразу в дві. Завдяки чому забезпечується краща фіксація на максимальних швидкостях і більшу кількість кроків.

Полушаговое управління

Для більш м'якого управління і подолання інерції ротора використовується мікрошаговий управління, коли синусоїда сигналу здійснюється мікроступенчатимі імпульсами. За рахунок чого сили взаємодії магнітних ланцюгів в шаговом двигуні отримують більш плавну зміну і, як наслідок, переміщення ротора між полюсами. Дозволяє в значній мірі знизити ривки крокової двигуна.

без контролера

Для управління безколекторними двигунами застосовується система Н-моста. Який дозволяє перемикати полярність для реверсу крокової двигуна. Може виконуватися на транзисторах або мікросхемах, які створюють логічний ланцюжок для переміщення ключів.

Схема Н-моста

Як бачите, від джерела живлення V напруга подається на міст. При попарном включенні контактів S1 - S4 або S3 - S2 буде відбуватися рух струму через обмотки двигуна. Що і зумовить обертання в ту чи іншу сторону.

З контролером

Пристрій контролера дозволяє здійснювати управління кроковим двигуном в різних режимах. В основі контролера лежить електронний блок, який формує групи сигналів і їх послідовність, що посилаються на котушки статора. Для запобігання можливості його пошкодження в разі короткого замикання або іншій надзвичайній ситуації на самому двигуні кожен висновок захищається діодом, яка не пропусти імпульс в зворотну сторону.

Підключення через контролер однополярного крокової двигуна

Популярні схеми управління ШД

Схема управління від контролера з диференціальним виходом

Є одним з найбільш перешкодозахисних способів роботи. При цьому прямий і інверсний сигнал безпосередньо підключається до відповідних полюсів. У такої схеми має застосовуватися екранування сигнального провідника. Чудово підходить для навантаження з низькою потужністю.

Схема управління від контролера з виходом типу «відкритий колектор»

В даній схемі відбувається об'єднання позитивних вводів контролера, які підключаються до позитивного полюса. У разі живлення вище 9В потрібно включення в схему спеціального резистора для обмеження струму. Дозволяє задавати необхідну кількість кроків зі строго встановленою швидкістю, визначити прискорення і т.д.

Найпростіший драйвер крокової двигуна своїми руками

Щоб зібрати схему драйвера в домашніх умовах можуть стати в нагоді деякі елементи від старих принтерів, комп'ютерів та іншої техніки. Вам знадобляться транзистори, діоди, резистори (R) і мікросхема (RG).

Схема найпростішого драйвера

Для побудови програми керуйтеся наступним принципом: при подачі на один з висновків D логічної одиниці (інші сигналізують нуль) відбувається відкриття транзистора і сигнал проходить до котушки двигуна. Таким чином, виконується один крок.

На основі схеми складається друкована плата, яку можна спробувати виготовити самостійно або зробити на замовлення. Після чого на платі впаюються відповідні деталі. Пристрій здатний управляти кроковим пристроєм від домашнього комп'ютера за рахунок підключення до звичайного USB порту.

Корисне відео

Кроковий двигун: пристрій, принцип роботи, типи, схеми підключення

Для роботи практично всіх електричних приладів, необхідні спеціальні приводні механізми. Пропонуємо розглянути, що таке кроковий двигун, його конструкцію, принцип роботи і схеми підключення.

Що таке кроковий двигун?

Кроковий двигун являє собою електричну машину, призначену для перетворення електричної енергії мережі в механічну енергію. Конструктивно складається з обмоток статора і магнітомягкого або магнітотверді ротора. Відмінною особливістю крокової двигуна є дискретне обертання, при якому заданому числу імпульсів відповідає певне число скоєних кроків. Найбільше застосування такі пристрої отримали в верстатах з ЧПУ, робототехніці, пристроях зберігання і зчитування інформації.

На відміну від інших типів машин кроковий двигун здійснює обертання не безупинно, а кроками, від чого і походить назва пристрою. Кожен такий крок становить лише частину від його повного обороту. Кількість необхідних кроків для повного обертання валу буде відрізнятися, в залежності від схеми з'єднання, марки двигуна і способи управління.

Переваги та недоліки крокового електродвигуна

До переваг експлуатації крокової двигуна можна віднести:

• У крокових електродвигунах кут повороту відповідає числу поданих електричних сигналів, при цьому, після зупинки обертання зберігається повний момент і фіксація;
• Точне позиціонування - Забезпечує 3 - 5% від встановленого кроку, яка не накопичується від кроку до кроку;
• Забезпечує високу швидкість старту, реверсу, зупинки;
• Відрізняється високою надійністю за рахунок відсутності труться компонентів для струмознімання, в відміну від колекторних двигунів;
• Для позиціонування шаговому двигуну не потрібно зворотного зв'язку;
• Може видавати низькі обороти для безпосередньо підведеної навантаження без будь-яких редукторів;
• Порівняно менша вартість щодо тих же сервоприводів ;
• Забезпечується широкий діапазон управління швидкістю обертів вала за рахунок зміни частоти електричних імпульсів.

До недоліків застосування крокового двигуна відносяться:

• Може виникати резонансний ефект і прослизання крокової агрегату;
• Існує ймовірність втрати контролю через відсутність зворотного зв'язку;
• Кількість витрачається електроенергії залежить від наявності або відсутності навантаження;
• Складнощі управління через особливості схеми

Пристрій і принцип роботи

Рис. 1. Принцип дії крокової двигуна

На малюнку 1 зображені 4 обмотки, які відносяться до статора двигуна, а їх розташування влаштовано так, що вони знаходяться під кутом 90º відносно один одного. З чого випливає, що така машина характеризується розміром кроку в 90º.

У момент подачі напруги U1 в першу обмотку відбувається переміщення ротора на ті ж 90º. У разі послідовної подачі напруги U2, U3, U4 в відповідні обмотки, вал продовжить обертання до завершення повного кола. Після чого цикл повторюється знову. Для зміни напрямку обертання досить змінити черговість подачі імпульсів до відповідних обмотки.

Типи крокових двигунів

Для забезпечення різних параметрів роботи важлива як величина кроку, на який буде зміщуватися вал, так і момент, що додається для переміщення. Варіації даних параметрів досягаються за рахунок конструкції самого ротора, способу підключення і конструкції обмоток.

За конструкцією ротора

Обертається елемент забезпечує магнітне взаємодія з електромагнітним полем статора. Тому його конструкція і технічні особливості безпосередньо визначають режим роботи і параметри обертання крокового агрегату. Щоб на практиці визначити тип крокової мотора, при знеструмленій мережі необхідно провернути вал, якщо відчуваєте опір, то це свідчить про наявність магніту, в іншому випадку, це конструкція без магнітного опору.

реактивний

Реактивний кроковий двигун не оснащується магнітом на роторі, а виконується з магнитомягких сплавів, як правило, його набирають з пластин для зменшення втрат на індукцію. Конструкція в поперечному розрізі нагадує шестерню з зубцями. Полюса статорних обмоток живляться протилежними парами і створюють магнітну силу для переміщення ротора, який рухається від поперемінного протікання електричного струму в обмотувальних парах.

Зі змінним магнітним опором

Вагомим плюсом такої конструкції крокової приводу є відсутність стопорящего моменту, утвореного полем по відношенню до арматури. По факту це той же синхронний двигун , В якому поворот ротора йде відповідно до полем статора. Недоліком є ​​зниження величини крутного моменту. Крок для реактивного двигуна коливається від 5 до 15 °.

З постійними магнітами

В цьому випадку рухомий елемент крокової двигуна збирається із постійного магніту, в якому може бути два і більше кількістю полюсів. Обертання ротора забезпечується тяжінням або відштовхуванням магнітних полюсів електричним полем при подачі напруги до відповідних обмотки. Для цієї конструкції кутовий крок становить 45-90 °.

З постійним магнітом

гібридні

Був розроблений з метою об'єднання кращих якостей двох попередніх моделей, за рахунок чого агрегат володіє меншим кутом і кроком. Його ротор виконаний у вигляді циліндричного постійного магніту, який намагнічений по поздовжній осі. Конструктивно це буде схоже на два круглих полюса, на поверхні яких розташовані зубці ротора з магнітомягкого матеріалу. Таке рішення дозволило забезпечити відмінний утримує і крутний момент.

Пристрій гібридного крокової двигуна

Переваги гібридного крокової двигуна полягати в його високій точності, плавності і швидкості переміщення, малим кроком - от 0,9 до 5 °. Їх застосовують для висококласних верстатів ЧПУ, комп'ютерних та офісних приладах і сучасної робототехніки. Єдиним недоліком вважається відносно висока вартість.

Для прикладу розберемо варіант гібридних ШД на 200 кроків позиціонування вала. Відповідно кожен з циліндрів матиме по 50 зубців, один з них є позитивним полюсом, другий негативним. При цьому кожен позитивний зубець розташований навпроти паза в негативному циліндрі і навпаки. Конструктивно це виглядає так:

Розташування пазів гібрідніка

Через що на валу крокового двигуна виходить 100 перемежовуються полюсів с відмінною полярністю. Статор також має зубці, як показано на малюнку 6 нижче, крім проміжків між його компонентами.

Рис. 6. Принцип роботи гібридного ШД

За рахунок такої конструкції можна досягти зміщення того ж південного полюса щодо статора в 50 різних позицій. За рахунок відмінності положення в полупозіціі між північним і південним полюсом досягається можливість переміщення в 100 позиціях, а зсув фаз на чверть ділення надає можливість збільшити кількість кроків за рахунок послідовного збудження ще вдвічі, тобто до 200 кроків кутового вала за 1 оборот.

Зверніть увагу на малюнок 6, принцип роботи такого крокової двигуна полягає в тому, що при попарной подачі струму в протилежні обмотки відбувається підтягування різнойменних полюсів ротора, розташованих за зубами статора і відштовхування однойменних, що йдуть перед ними по ходу обертання.

По виду обмоток

На практиці кроковий двигун являє собою багатофазних мотор. Плавність роботи в якому безпосередньо залежить від кількості обмоток - Чим більше об'єм, тим плавні відбувається обертання, а й вище вартість. При цьому крутний момент від числа фаз не збільшується, хоча для нормальної роботи їх мінімальне число на статорі електродвигуна має становити хоча б дві. Кількість фаз не визначає числа обмоток, так двофазний кроковий двигун може мати чотири і більше обмотки.

уніполярний

Уніполярний кроковий двигун відрізняється тим, що в схемі підключення обмотки є відгалуження від середнього точки. Завдяки чому легко змінюються магнітні полюси. Недоліком такої конструкції є використання тільки однієї половини доступних витків, через що досягається менший крутний момент. Тому вони відрізняються великими габаритами.

уніполярний ШД

Для використання всієї потужності котушки середній висновок залишають не під'єднані. Розгляньте конструкції уніполярних агрегатів, вони можуть містити 5 і 6 висновків. Їх кількість буде залежати від того, виводиться серединний провід окремо від кожної обмотки двигуна або вони з'єднуються один з одним.

Схема а) з різними, б) з одним висновком

біполярний

Біполярний кроковий двигун підключається до контролера через 4 виведення. При цьому обмотки можуть з'єднуватися всередині як послідовно, так і паралельно. Розгляньте приклад його роботи на малюнку.

Біполярний кроковий двигун

У конструктивній схемі такого двигуна ви бачите з декількома обмотками збудження в кожній фазі. Через це зміна напрямку струму вимагає використовувати в електронній схемі спеціальні драйвери (електронні чіпи, які призначені для управління). Домогтися такого ефекту можна за допомогою включення Н-моста. У порівнянні з попереднім, біполярний пристрій забезпечує той же момент при набагато менших габаритах.

Підключення крокової двигуна

Щоб живити обмотки, буде потрібно пристрій здатне видати керуючий імпульс або серію імпульсів в певній послідовності. В якості таких блоків виступають напівпровідникові прилади для підключення крокової двигуна, мікропроцесорні драйвера. У яких є набір вихідних клем, кожна з них визначає спосіб харчування і режим роботи.

Залежно від схеми підключення повинні застосовуватися ті або інші висновки крокової агрегату. При різних варіантах підведення тих чи інших клем до вихідному сигналу постійного струму вдається певна швидкість обертання, крок чи мікрошаг лінійного переміщення в площині. Так як для одних завдань потрібна низька частота, а для інших висока, один і той же двигун може задавати параметр за рахунок драйвера.

Типові схеми підключення ШД

Залежно того, яка кількість висновків представлено на конкретному шаговом двигуні: 4, 6 чи 8 висновків, буде відрізнятися і можливість використання тієї чи іншої схеми їх підключення Подивіться на малюнки, тут показані типові варіанти під'єднання крокової механізму:

Схеми підключення різних типів крокових двигунів

За умови заживлення основних полюсів крокової машини від одного і того ж драйвера, за даними схемами якомога відзначити наступні відмінні риси роботи:

• Висновки однозначно підводяться до відповідних клем пристрою. При послідовному з'єднанні обмоток збільшує індуктивність обмоток, але знижує струм.
• Забезпечує паспортне значення електричних характеристик. При паралельній схемі збільшується струм і знижується індуктивність.
• При підключенні по одній фазі на обмотку снижется момент на низьких оборотах і зменшує величину струмів.
• При підключенні здійснює всі електричні та динамічні характеристики згідно паспорта, номінальний струми. Значно спрощується схема управління.
• Видає куди більший момент і застосовується для великих частот обертання;
• Як і попередня призначена для збільшення моменту, але застосовується для низьких частот обертання.

Управління кроковим двигуном

Виконання операцій кроковим агрегатом може здійснюватися кількома методами. Кожен з яких відрізняється способом подачі сигналів на пари полюсів. Всього виділяють тир методу активації обмоток.

Хвильовий - в такому режимі відбувається збудження тільки одній обмотці, до якої і притягуються роторні полюса. При цьому кроковий двигун не здатний витягати велику навантаження, так як видає лише половину моменту.

хвильовий управління

Полношаговий - в такому режимі відбувається одночасна комутація фаз, тобто, порушуються одразу обидві. Через що забезпечується максимальний момент, в разі паралельної сполуки або послідовного включення обмоток буде створюватися максимальна напруга або струм.

Полношаговое управління

Полушаговий - являє собою комбінацію двох попередніх методів комутації обмоток. Під час реалізації якого в шаговом двигуні відбувається почергова подача напруги спершу в одну катушку, а потім відразу в дві. Завдяки чому забезпечується краща фіксація на максимальних швидкостях і більшу кількість кроків.

Полушаговое управління

Для більш м'якого управління і подолання інерції ротора використовується мікрошаговий управління, коли синусоїда сигналу здійснюється мікроступенчатимі імпульсами. За рахунок чого сили взаємодії магнітних ланцюгів в шаговом двигуні отримують більш плавну зміну і, як наслідок, переміщення ротора між полюсами. Дозволяє в значній мірі знизити ривки крокової двигуна.

без контролера

Для управління безколекторними двигунами застосовується система Н-моста. Який дозволяє перемикати полярність для реверсу крокової двигуна. Може виконуватися на транзисторах або мікросхемах, які створюють логічний ланцюжок для переміщення ключів.

Схема Н-моста

Як бачите, від джерела живлення V напруга подається на міст. При попарном включенні контактів S1 - S4 або S3 - S2 буде відбуватися рух струму через обмотки двигуна. Що і зумовить обертання в ту чи іншу сторону.

З контролером

Пристрій контролера дозволяє здійснювати управління кроковим двигуном в різних режимах. В основі контролера лежить електронний блок, який формує групи сигналів і їх послідовність, що посилаються на котушки статора. Для запобігання можливості його пошкодження в разі короткого замикання або іншій надзвичайній ситуації на самому двигуні кожен висновок захищається діодом, яка не пропусти імпульс в зворотну сторону.

Підключення через контролер однополярного крокової двигуна

Популярні схеми управління ШД

Схема управління від контролера з диференціальним виходом

Є одним з найбільш перешкодозахисних способів роботи. При цьому прямий і інверсний сигнал безпосередньо підключається до відповідних полюсів. У такої схеми має застосовуватися екранування сигнального провідника. Чудово підходить для навантаження з низькою потужністю.

Схема управління від контролера з виходом типу «відкритий колектор»

В даній схемі відбувається об'єднання позитивних вводів контролера, які підключаються до позитивного полюса. У разі живлення вище 9В потрібно включення в схему спеціального резистора для обмеження струму. Дозволяє задавати необхідну кількість кроків зі строго встановленою швидкістю, визначити прискорення і т.д.

Найпростіший драйвер крокової двигуна своїми руками

Щоб зібрати схему драйвера в домашніх умовах можуть стати в нагоді деякі елементи від старих принтерів, комп'ютерів та іншої техніки. Вам знадобляться транзистори, діоди, резистори (R) і мікросхема (RG).

Схема найпростішого драйвера

Для побудови програми керуйтеся наступним принципом: при подачі на один з висновків D логічної одиниці (решта сигналізують нуль) відбувається відкриття транзистора і сигнал проходить до котушки двигуна. Таким чином, виконується один крок.

На основі схеми складається друкована плата, яку можна спробувати виготовити самостійно або зробити на замовлення. Після чого на платі впаюються відповідні деталі. Пристрій здатний управляти кроковим пристроєм від домашнього комп'ютера за рахунок підключення до звичайного USB порту.

Корисне відео

Кроковий двигун: пристрій, принцип роботи, типи, схеми підключення

Для роботи практично всіх електричних приладів, необхідні спеціальні приводні механізми. Пропонуємо розглянути, що таке кроковий двигун, його конструкцію, принцип роботи і схеми підключення.

Що таке кроковий двигун?

Кроковий двигун являє собою електричну машину, призначену для перетворення електричної енергії мережі в механічну енергію. Конструктивно складається з обмоток статора і магнітомягкого або магнітотверді ротора. Відмінною особливістю крокової двигуна є дискретне обертання, при якому заданому числу імпульсів відповідає певне число скоєних кроків. Найбільше застосування такі пристрої отримали в верстатах з ЧПУ, робототехніці, пристроях зберігання і зчитування інформації.

На відміну від інших типів машин кроковий двигун здійснює обертання не безупинно, а кроками, від чого і походить назва пристрою. Кожен такий крок становить лише частину від його повного обороту. Кількість необхідних кроків для повного обертання валу буде відрізнятися, в залежності від схеми з'єднання, марки двигуна і способи управління.

Переваги та недоліки крокового електродвигуна

До переваг експлуатації крокової двигуна можна віднести:

• У крокових електродвигунах кут повороту відповідає числу поданих електричних сигналів, при цьому, після зупинки обертання зберігається повний момент і фіксація;
• Точне позиціонування - Забезпечує 3 - 5% від встановленого кроку, яка не накопичується від кроку до кроку;
• Забезпечує високу швидкість старту, реверсу, зупинки;
• Відрізняється високою надійністю за рахунок відсутності труться компонентів для струмознімання, в відміну від колекторних двигунів;
• Для позиціонування шаговому двигуну не потрібно зворотного зв'язку;
• Може видавати низькі обороти для безпосередньо підведеної навантаження без будь-яких редукторів;
• Порівняно менша вартість щодо тих же сервоприводів ;
• Забезпечується широкий діапазон управління швидкістю обертів вала за рахунок зміни частоти електричних імпульсів.

До недоліків застосування крокового двигуна відносяться:

• Може виникати резонансний ефект і прослизання крокової агрегату;
• Існує ймовірність втрати контролю через відсутність зворотного зв'язку;
• Кількість витрачається електроенергії залежить від наявності або відсутності навантаження;
• Складнощі управління через особливості схеми

Пристрій і принцип роботи

Рис. 1. Принцип дії крокової двигуна

На малюнку 1 зображені 4 обмотки, які відносяться до статора двигуна, а їх розташування влаштовано так, що вони знаходяться під кутом 90º відносно один одного. З чого випливає, що така машина характеризується розміром кроку в 90º.

У момент подачі напруги U1 в першу обмотку відбувається переміщення ротора на ті ж 90º. У разі послідовної подачі напруги U2, U3, U4 в відповідні обмотки, вал продовжить обертання до завершення повного кола. Після чого цикл повторюється знову. Для зміни напрямку обертання досить змінити черговість подачі імпульсів до відповідних обмотки.

Типи крокових двигунів

Для забезпечення різних параметрів роботи важлива як величина кроку, на який буде зміщуватися вал, так і момент, що додається для переміщення. Варіації даних параметрів досягаються за рахунок конструкції самого ротора, способу підключення і конструкції обмоток.

За конструкцією ротора

Обертається елемент забезпечує магнітне взаємодія з електромагнітним полем статора. Тому його конструкція і технічні особливості безпосередньо визначають режим роботи і параметри обертання крокового агрегату. Щоб на практиці визначити тип крокової мотора, при знеструмленій мережі необхідно провернути вал, якщо відчуваєте опір, то це свідчить про наявність магніту, в іншому випадку, це конструкція без магнітного опору.

реактивний

Реактивний кроковий двигун не оснащується магнітом на роторі, а виконується з магнитомягких сплавів, як правило, його набирають з пластин для зменшення втрат на індукцію. Конструкція в поперечному розрізі нагадує шестерню з зубцями. Полюса статорних обмоток живляться протилежними парами і створюють магнітну силу для переміщення ротора, який рухається від поперемінного протікання електричного струму в обмотувальних парах.

Зі змінним магнітним опором

Вагомим плюсом такої конструкції крокової приводу є відсутність стопорящего моменту, утвореного полем по відношенню до арматури. По факту це той же синхронний двигун , В якому поворот ротора йде відповідно до полем статора. Недоліком є ​​зниження величини крутного моменту. Крок для реактивного двигуна коливається від 5 до 15 °.

З постійними магнітами

В цьому випадку рухомий елемент крокової двигуна збирається із постійного магніту, в якому може бути два і більше кількістю полюсів. Обертання ротора забезпечується тяжінням або відштовхуванням магнітних полюсів електричним полем при подачі напруги до відповідних обмотки. Для цієї конструкції кутовий крок становить 45-90 °.

З постійним магнітом

гібридні

Був розроблений з метою об'єднання кращих якостей двох попередніх моделей, за рахунок чого агрегат володіє меншим кутом і кроком. Його ротор виконаний у вигляді циліндричного постійного магніту, який намагнічений по поздовжній осі. Конструктивно це буде схоже на два круглих полюса, на поверхні яких розташовані зубці ротора з магнітомягкого матеріалу. Таке рішення дозволило забезпечити відмінний утримує і крутний момент.

Пристрій гібридного крокової двигуна

Переваги гібридного крокової двигуна полягати в його високій точності, плавності і швидкості переміщення, малим кроком - от 0,9 до 5 °. Їх застосовують для висококласних верстатів ЧПУ, комп'ютерних та офісних приладах і сучасної робототехніки. Єдиним недоліком вважається відносно висока вартість.

Для прикладу розберемо варіант гібридних ШД на 200 кроків позиціонування вала. Відповідно кожен з циліндрів матиме по 50 зубців, один з них є позитивним полюсом, другий негативним. При цьому кожен позитивний зубець розташований навпроти паза в негативному циліндрі і навпаки. Конструктивно це виглядає так:

Розташування пазів гібрідніка

Через що на валу крокового двигуна виходить 100 перемежовуються полюсів с відмінною полярністю. Статор також має зубці, як показано на малюнку 6 нижче, крім проміжків між його компонентами.

Рис. 6. Принцип роботи гібридного ШД

За рахунок такої конструкції можна досягти зміщення того ж південного полюса щодо статора в 50 різних позицій. За рахунок відмінності положення в полупозіціі між північним і південним полюсом досягається можливість переміщення в 100 позиціях, а зсув фаз на чверть ділення надає можливість збільшити кількість кроків за рахунок послідовного збудження ще вдвічі, тобто до 200 кроків кутового вала за 1 оборот.

Зверніть увагу на малюнок 6, принцип роботи такого крокової двигуна полягає в тому, що при попарной подачі струму в протилежні обмотки відбувається підтягування різнойменних полюсів ротора, розташованих за зубами статора і відштовхування однойменних, що йдуть перед ними по ходу обертання.

По виду обмоток

На практиці кроковий двигун являє собою багатофазних мотор. Плавність роботи в якому безпосередньо залежить від кількості обмоток - Чим більше об'єм, тим плавні відбувається обертання, а й вище вартість. При цьому крутний момент від числа фаз не збільшується, хоча для нормальної роботи їх мінімальне число на статорі електродвигуна має становити хоча б дві. Кількість фаз не визначає числа обмоток, так двофазний кроковий двигун може мати чотири і більше обмотки.

уніполярний

Уніполярний кроковий двигун відрізняється тим, що в схемі підключення обмотки є відгалуження від середнього точки. Завдяки чому легко змінюються магнітні полюси. Недоліком такої конструкції є використання тільки однієї половини доступних витків, через що досягається менший крутний момент. Тому вони відрізняються великими габаритами.

уніполярний ШД

Для використання всієї потужності котушки середній висновок залишають не під'єднані. Розгляньте конструкції уніполярних агрегатів, вони можуть містити 5 і 6 висновків. Їх кількість буде залежати від того, виводиться серединний провід окремо від кожної обмотки двигуна або вони з'єднуються один з одним.

Схема а) з різними, б) з одним висновком

біполярний

Біполярний кроковий двигун підключається до контролера через 4 виведення. При цьому обмотки можуть з'єднуватися всередині як послідовно, так і паралельно. Розгляньте приклад його роботи на малюнку.

Біполярний кроковий двигун

У конструктивній схемі такого двигуна ви бачите з декількома обмотками збудження в кожній фазі. Через це зміна напрямку струму вимагає використовувати в електронній схемі спеціальні драйвери (електронні чіпи, які призначені для управління). Домогтися такого ефекту можна за допомогою включення Н-моста. У порівнянні з попереднім, біполярний пристрій забезпечує той же момент при набагато менших габаритах.

Підключення крокової двигуна

Щоб живити обмотки, буде потрібно пристрій здатне видати керуючий імпульс або серію імпульсів в певній послідовності. В якості таких блоків виступають напівпровідникові прилади для підключення крокової двигуна, мікропроцесорні драйвера. У яких є набір вихідних клем, кожна з них визначає спосіб харчування і режим роботи.

Залежно від схеми підключення повинні застосовуватися ті або інші висновки крокової агрегату. При різних варіантах підведення тих чи інших клем до вихідному сигналу постійного струму вдається певна швидкість обертання, крок чи мікрошаг лінійного переміщення в площині. Так як для одних завдань потрібна низька частота, а для інших висока, один і той же двигун може задавати параметр за рахунок драйвера.

Типові схеми підключення ШД

Залежно того, яка кількість висновків представлено на конкретному шаговом двигуні: 4, 6 чи 8 висновків, буде відрізнятися і можливість використання тієї чи іншої схеми їх підключення Подивіться на малюнки, тут показані типові варіанти під'єднання крокової механізму:

Схеми підключення різних типів крокових двигунів

За умови заживлення основних полюсів крокової машини від одного і того ж драйвера, за даними схемами якомога відзначити наступні відмінні риси роботи:

• Висновки однозначно підводяться до відповідних клем пристрою. При послідовному з'єднанні обмоток збільшує індуктивність обмоток, але знижує струм.
• Забезпечує паспортне значення електричних характеристик. При паралельній схемі збільшується струм і знижується індуктивність.
• При підключенні по одній фазі на обмотку снижется момент на низьких оборотах і зменшує величину струмів.
• При підключенні здійснює всі електричні та динамічні характеристики згідно паспорта, номінальний струми. Значно спрощується схема управління.
• Видає куди більший момент і застосовується для великих частот обертання;
• Як і попередня призначена для збільшення моменту, але застосовується для низьких частот обертання.

Управління кроковим двигуном

Виконання операцій кроковим агрегатом може здійснюватися кількома методами. Кожен з яких відрізняється способом подачі сигналів на пари полюсів. Всього виділяють тир методу активації обмоток.

Хвильовий - в такому режимі відбувається збудження тільки одній обмотці, до якої і притягуються роторні полюса. При цьому кроковий двигун не здатний витягати велику навантаження, так як видає лише половину моменту.

хвильовий управління

Полношаговий - в такому режимі відбувається одночасна комутація фаз, тобто, порушуються одразу обидві. Через що забезпечується максимальний момент, в разі паралельної сполуки або послідовного включення обмоток буде створюватися максимальна напруга або струм.

Полношаговое управління

Полушаговий - являє собою комбінацію двох попередніх методів комутації обмоток. Під час реалізації якого в шаговом двигуні відбувається почергова подача напруги спершу в одну катушку, а потім відразу в дві. Завдяки чому забезпечується краща фіксація на максимальних швидкостях і більшу кількість кроків.

Полушаговое управління

Для більш м'якого управління і подолання інерції ротора використовується мікрошаговий управління, коли синусоїда сигналу здійснюється мікроступенчатимі імпульсами. За рахунок чого сили взаємодії магнітних ланцюгів в шаговом двигуні отримують більш плавну зміну і, як наслідок, переміщення ротора між полюсами. Дозволяє в значній мірі знизити ривки крокової двигуна.

без контролера

Для управління безколекторними двигунами застосовується система Н-моста. Який дозволяє перемикати полярність для реверсу крокової двигуна. Може виконуватися на транзисторах або мікросхемах, які створюють логічний ланцюжок для переміщення ключів.

Схема Н-моста

Як бачите, від джерела живлення V напруга подається на міст. При попарном включенні контактів S1 - S4 або S3 - S2 буде відбуватися рух струму через обмотки двигуна. Що і зумовить обертання в ту чи іншу сторону.

З контролером

Пристрій контролера дозволяє здійснювати управління кроковим двигуном в різних режимах. В основі контролера лежить електронний блок, який формує групи сигналів і їх послідовність, що посилаються на котушки статора. Для запобігання можливості його пошкодження в разі короткого замикання або іншій надзвичайній ситуації на самому двигуні кожен висновок захищається діодом, яка не пропусти імпульс в зворотну сторону.

Підключення через контролер однополярного крокової двигуна

Популярні схеми управління ШД

Схема управління від контролера з диференціальним виходом

Є одним з найбільш перешкодозахисних способів роботи. При цьому прямий і інверсний сигнал безпосередньо підключається до відповідних полюсів. У такої схеми має застосовуватися екранування сигнального провідника. Чудово підходить для навантаження з низькою потужністю.

Схема управління від контролера з виходом типу «відкритий колектор»

В даній схемі відбувається об'єднання позитивних вводів контролера, які підключаються до позитивного полюса. У разі живлення вище 9В потрібно включення в схему спеціального резистора для обмеження струму. Дозволяє задавати необхідну кількість кроків зі строго встановленою швидкістю, визначити прискорення і т.д.

Найпростіший драйвер крокової двигуна своїми руками

Щоб зібрати схему драйвера в домашніх умовах можуть стати в нагоді деякі елементи від старих принтерів, комп'ютерів та іншої техніки. Вам знадобляться транзистори, діоди, резистори (R) і мікросхема (RG).

Схема найпростішого драйвера

Для побудови програми керуйтеся наступним принципом: при подачі на один з висновків D логічної одиниці (решта сигналізують нуль) відбувається відкриття транзистора і сигнал проходить до котушки двигуна. Таким чином, виконується один крок.

На основі схеми складається друкована плата, яку можна спробувати виготовити самостійно або зробити на замовлення. Після чого на платі впаюються відповідні деталі. Пристрій здатний управляти кроковим пристроєм від домашнього комп'ютера за рахунок підключення до звичайного USB порту.

Корисне відео

Кроковий двигун: пристрій, принцип роботи, типи, схеми підключення

Для роботи практично всіх електричних приладів, необхідні спеціальні приводні механізми. Пропонуємо розглянути, що таке кроковий двигун, його конструкцію, принцип роботи і схеми підключення.

Що таке кроковий двигун?

Кроковий двигун являє собою електричну машину, призначену для перетворення електричної енергії мережі в механічну енергію. Конструктивно складається з обмоток статора і магнітомягкого або магнітотверді ротора. Відмінною особливістю крокової двигуна є дискретне обертання, при якому заданому числу імпульсів відповідає певне число скоєних кроків. Найбільше застосування такі пристрої отримали в верстатах з ЧПУ, робототехніці, пристроях зберігання і зчитування інформації.

На відміну від інших типів машин кроковий двигун здійснює обертання не безупинно, а кроками, від чого і походить назва пристрою. Кожен такий крок становить лише частину від його повного обороту. Кількість необхідних кроків для повного обертання валу буде відрізнятися, в залежності від схеми з'єднання, марки двигуна і способи управління.

Переваги та недоліки крокового електродвигуна

До переваг експлуатації крокової двигуна можна віднести:

• У крокових електродвигунах кут повороту відповідає числу поданих електричних сигналів, при цьому, після зупинки обертання зберігається повний момент і фіксація;
• Точне позиціонування - Забезпечує 3 - 5% від встановленого кроку, яка не накопичується від кроку до кроку;
• Забезпечує високу швидкість старту, реверсу, зупинки;
• Відрізняється високою надійністю за рахунок відсутності труться компонентів для струмознімання, в відміну від колекторних двигунів;
• Для позиціонування шаговому двигуну не потрібно зворотного зв'язку;
• Може видавати низькі обороти для безпосередньо підведеної навантаження без будь-яких редукторів;
• Порівняно менша вартість щодо тих же сервоприводів ;
• Забезпечується широкий діапазон управління швидкістю обертів вала за рахунок зміни частоти електричних імпульсів.

До недоліків застосування крокового двигуна відносяться:

• Може виникати резонансний ефект і прослизання крокової агрегату;
• Існує ймовірність втрати контролю через відсутність зворотного зв'язку;
• Кількість витрачається електроенергії залежить від наявності або відсутності навантаження;
• Складнощі управління через особливості схеми

Пристрій і принцип роботи

Рис. 1. Принцип дії крокової двигуна

На малюнку 1 зображені 4 обмотки, які відносяться до статора двигуна, а їх розташування влаштовано так, що вони знаходяться під кутом 90º відносно один одного. З чого випливає, що така машина характеризується розміром кроку в 90º.

У момент подачі напруги U1 в першу обмотку відбувається переміщення ротора на ті ж 90º. У разі послідовної подачі напруги U2, U3, U4 в відповідні обмотки, вал продовжить обертання до завершення повного кола. Після чого цикл повторюється знову. Для зміни напрямку обертання досить змінити черговість подачі імпульсів до відповідних обмотки.

Типи крокових двигунів

Для забезпечення різних параметрів роботи важлива як величина кроку, на який буде зміщуватися вал, так і момент, що додається для переміщення. Варіації даних параметрів досягаються за рахунок конструкції самого ротора, способу підключення і конструкції обмоток.

За конструкцією ротора

Обертається елемент забезпечує магнітне взаємодія з електромагнітним полем статора. Тому його конструкція і технічні особливості безпосередньо визначають режим роботи і параметри обертання крокового агрегату. Щоб на практиці визначити тип крокової мотора, при знеструмленій мережі необхідно провернути вал, якщо відчуваєте опір, то це свідчить про наявність магніту, в іншому випадку, це конструкція без магнітного опору.

реактивний

Реактивний кроковий двигун не оснащується магнітом на роторі, а виконується з магнитомягких сплавів, як правило, його набирають з пластин для зменшення втрат на індукцію. Конструкція в поперечному розрізі нагадує шестерню з зубцями. Полюса статорних обмоток живляться протилежними парами і створюють магнітну силу для переміщення ротора, який рухається від поперемінного протікання електричного струму в обмотувальних парах.

Зі змінним магнітним опором

Вагомим плюсом такої конструкції крокової приводу є відсутність стопорящего моменту, утвореного полем по відношенню до арматури. По факту це той же синхронний двигун , В якому поворот ротора йде відповідно до полем статора. Недоліком є ​​зниження величини крутного моменту. Крок для реактивного двигуна коливається від 5 до 15 °.

З постійними магнітами

В цьому випадку рухомий елемент крокової двигуна збирається із постійного магніту, в якому може бути два і більше кількістю полюсів. Обертання ротора забезпечується тяжінням або відштовхуванням магнітних полюсів електричним полем при подачі напруги до відповідних обмотки. Для цієї конструкції кутовий крок становить 45-90 °.

З постійним магнітом

гібридні

Був розроблений з метою об'єднання кращих якостей двох попередніх моделей, за рахунок чого агрегат володіє меншим кутом і кроком. Його ротор виконаний у вигляді циліндричного постійного магніту, який намагнічений по поздовжній осі. Конструктивно це буде схоже на два круглих полюса, на поверхні яких розташовані зубці ротора з магнітомягкого матеріалу. Таке рішення дозволило забезпечити відмінний утримує і крутний момент.

Пристрій гібридного крокової двигуна

Переваги гібридного крокової двигуна полягати в його високій точності, плавності і швидкості переміщення, малим кроком - от 0,9 до 5 °. Їх застосовують для висококласних верстатів ЧПУ, комп'ютерних та офісних приладах і сучасної робототехніки. Єдиним недоліком вважається відносно висока вартість.

Для прикладу розберемо варіант гібридних ШД на 200 кроків позиціонування вала. Відповідно кожен з циліндрів матиме по 50 зубців, один з них є позитивним полюсом, другий негативним. При цьому кожен позитивний зубець розташований навпроти паза в негативному циліндрі і навпаки. Конструктивно це виглядає так:

Розташування пазів гібрідніка

Через що на валу крокового двигуна виходить 100 перемежовуються полюсів с відмінною полярністю. Статор також має зубці, як показано на малюнку 6 нижче, крім проміжків між його компонентами.

Рис. 6. Принцип роботи гібридного ШД

За рахунок такої конструкції можна досягти зміщення того ж південного полюса щодо статора в 50 різних позицій. За рахунок відмінності положення в полупозіціі між північним і південним полюсом досягається можливість переміщення в 100 позиціях, а зсув фаз на чверть ділення надає можливість збільшити кількість кроків за рахунок послідовного збудження ще вдвічі, тобто до 200 кроків кутового вала за 1 оборот.

Зверніть увагу на малюнок 6, принцип роботи такого крокової двигуна полягає в тому, що при попарной подачі струму в протилежні обмотки відбувається підтягування різнойменних полюсів ротора, розташованих за зубами статора і відштовхування однойменних, що йдуть перед ними по ходу обертання.

По виду обмоток

На практиці кроковий двигун являє собою багатофазних мотор. Плавність роботи в якому безпосередньо залежить від кількості обмоток - Чим більше об'єм, тим плавні відбувається обертання, а й вище вартість. При цьому крутний момент від числа фаз не збільшується, хоча для нормальної роботи їх мінімальне число на статорі електродвигуна має становити хоча б дві. Кількість фаз не визначає числа обмоток, так двофазний кроковий двигун може мати чотири і більше обмотки.

уніполярний

Уніполярний кроковий двигун відрізняється тим, що в схемі підключення обмотки є відгалуження від середнього точки. Завдяки чому легко змінюються магнітні полюси. Недоліком такої конструкції є використання тільки однієї половини доступних витків, через що досягається менший крутний момент. Тому вони відрізняються великими габаритами.

уніполярний ШД

Для використання всієї потужності котушки середній висновок залишають не під'єднані. Розгляньте конструкції уніполярних агрегатів, вони можуть містити 5 і 6 висновків. Їх кількість буде залежати від того, виводиться серединний провід окремо від кожної обмотки двигуна або вони з'єднуються один з одним.

Схема а) з різними, б) з одним висновком

біполярний

Біполярний кроковий двигун підключається до контролера через 4 виведення. При цьому обмотки можуть з'єднуватися всередині як послідовно, так і паралельно. Розгляньте приклад його роботи на малюнку.

Біполярний кроковий двигун

У конструктивній схемі такого двигуна ви бачите з декількома обмотками збудження в кожній фазі. Через це зміна напрямку струму вимагає використовувати в електронній схемі спеціальні драйвери (електронні чіпи, які призначені для управління). Домогтися такого ефекту можна за допомогою включення Н-моста. У порівнянні з попереднім, біполярний пристрій забезпечує той же момент при набагато менших габаритах.

Підключення крокової двигуна

Щоб живити обмотки, буде потрібно пристрій здатне видати керуючий імпульс або серію імпульсів в певній послідовності. В якості таких блоків виступають напівпровідникові прилади для підключення крокової двигуна, мікропроцесорні драйвера. У яких є набір вихідних клем, кожна з них визначає спосіб харчування і режим роботи.

Залежно від схеми підключення повинні застосовуватися ті або інші висновки крокової агрегату. При різних варіантах підведення тих чи інших клем до вихідному сигналу постійного струму вдається певна швидкість обертання, крок чи мікрошаг лінійного переміщення в площині. Так як для одних завдань потрібна низька частота, а для інших висока, один і той же двигун може задавати параметр за рахунок драйвера.

Типові схеми підключення ШД

Залежно того, яка кількість висновків представлено на конкретному шаговом двигуні: 4, 6 чи 8 висновків, буде відрізнятися і можливість використання тієї чи іншої схеми їх підключення Подивіться на малюнки, тут показані типові варіанти під'єднання крокової механізму:

Схеми підключення різних типів крокових двигунів

За умови заживлення основних полюсів крокової машини від одного і того ж драйвера, за даними схемами якомога відзначити наступні відмінні риси роботи:

• Висновки однозначно підводяться до відповідних клем пристрою. При послідовному з'єднанні обмоток збільшує індуктивність обмоток, але знижує струм.
• Забезпечує паспортне значення електричних характеристик. При паралельній схемі збільшується струм і знижується індуктивність.
• При підключенні по одній фазі на обмотку снижется момент на низьких оборотах і зменшує величину струмів.
• При підключенні здійснює всі електричні та динамічні характеристики згідно паспорта, номінальний струми. Значно спрощується схема управління.
• Видає куди більший момент і застосовується для великих частот обертання;
• Як і попередня призначена для збільшення моменту, але застосовується для низьких частот обертання.

Управління кроковим двигуном

Виконання операцій кроковим агрегатом може здійснюватися кількома методами. Кожен з яких відрізняється способом подачі сигналів на пари полюсів. Всього виділяють тир методу активації обмоток.

Хвильовий - в такому режимі відбувається збудження тільки одній обмотці, до якої і притягуються роторні полюса. При цьому кроковий двигун не здатний витягати велику навантаження, так як видає лише половину моменту.

хвильовий управління

Полношаговий - в такому режимі відбувається одночасна комутація фаз, тобто, порушуються одразу обидві. Через що забезпечується максимальний момент, в разі паралельної сполуки або послідовного включення обмоток буде створюватися максимальна напруга або струм.

Полношаговое управління

Полушаговий - являє собою комбінацію двох попередніх методів комутації обмоток. Під час реалізації якого в шаговом двигуні відбувається почергова подача напруги спершу в одну катушку, а потім відразу в дві. Завдяки чому забезпечується краща фіксація на максимальних швидкостях і більшу кількість кроків.

Полушаговое управління

Для більш м'якого управління і подолання інерції ротора використовується мікрошаговий управління, коли синусоїда сигналу здійснюється мікроступенчатимі імпульсами. За рахунок чого сили взаємодії магнітних ланцюгів в шаговом двигуні отримують більш плавну зміну і, як наслідок, переміщення ротора між полюсами. Дозволяє в значній мірі знизити ривки крокової двигуна.

без контролера

Для управління безколекторними двигунами застосовується система Н-моста. Який дозволяє перемикати полярність для реверсу крокової двигуна. Може виконуватися на транзисторах або мікросхемах, які створюють логічний ланцюжок для переміщення ключів.

Схема Н-моста

Як бачите, від джерела живлення V напруга подається на міст. При попарном включенні контактів S1 - S4 або S3 - S2 буде відбуватися рух струму через обмотки двигуна. Що і зумовить обертання в ту чи іншу сторону.

З контролером

Пристрій контролера дозволяє здійснювати управління кроковим двигуном в різних режимах. В основі контролера лежить електронний блок, який формує групи сигналів і їх послідовність, що посилаються на котушки статора. Для запобігання можливості його пошкодження в разі короткого замикання або іншій надзвичайній ситуації на самому двигуні кожен висновок захищається діодом, яка не пропусти імпульс в зворотну сторону.

Підключення через контролер однополярного крокової двигуна

Популярні схеми управління ШД

Схема управління від контролера з диференціальним виходом

Є одним з найбільш перешкодозахисних способів роботи. При цьому прямий і інверсний сигнал безпосередньо підключається до відповідних полюсів. У такої схеми має застосовуватися екранування сигнального провідника. Чудово підходить для навантаження з низькою потужністю.

Схема управління від контролера з виходом типу «відкритий колектор»

В даній схемі відбувається об'єднання позитивних вводів контролера, які підключаються до позитивного полюса. У разі живлення вище 9В потрібно включення в схему спеціального резистора для обмеження струму. Дозволяє задавати необхідну кількість кроків зі строго встановленою швидкістю, визначити прискорення і т.д.

Найпростіший драйвер крокової двигуна своїми руками

Щоб зібрати схему драйвера в домашніх умовах можуть стати в нагоді деякі елементи від старих принтерів, комп'ютерів та іншої техніки. Вам знадобляться транзистори, діоди, резистори (R) і мікросхема (RG).

Схема найпростішого драйвера

Для побудови програми керуйтеся наступним принципом: при подачі на один з висновків D логічної одиниці (решта сигналізують нуль) відбувається відкриття транзистора і сигнал проходить до котушки двигуна. Таким чином, виконується один крок.

На основі схеми складається друкована плата, яку можна спробувати виготовити самостійно або зробити на замовлення. Після чого на платі впаюються відповідні деталі. Пристрій здатний управляти кроковим пристроєм від домашнього комп'ютера за рахунок підключення до звичайного USB порту.

Корисне відео

Кроковий двигун: пристрій, принцип роботи, типи, схеми підключення

Для роботи практично всіх електричних приладів, необхідні спеціальні приводні механізми. Пропонуємо розглянути, що таке кроковий двигун, його конструкцію, принцип роботи і схеми підключення.

Що таке кроковий двигун?

Кроковий двигун являє собою електричну машину, призначену для перетворення електричної енергії мережі в механічну енергію. Конструктивно складається з обмоток статора і магнітомягкого або магнітотверді ротора. Відмінною особливістю крокової двигуна є дискретне обертання, при якому заданому числу імпульсів відповідає певне число скоєних кроків. Найбільше застосування такі пристрої отримали в верстатах з ЧПУ, робототехніці, пристроях зберігання і зчитування інформації.

На відміну від інших типів машин кроковий двигун здійснює обертання не безупинно, а кроками, від чого і походить назва пристрою. Кожен такий крок становить лише частину від його повного обороту. Кількість необхідних кроків для повного обертання валу буде відрізнятися, в залежності від схеми з'єднання, марки двигуна і способи управління.

Переваги та недоліки крокового електродвигуна

До переваг експлуатації крокової двигуна можна віднести:

• У крокових електродвигунах кут повороту відповідає числу поданих електричних сигналів, при цьому, після зупинки обертання зберігається повний момент і фіксація;
• Точне позиціонування - Забезпечує 3 - 5% від встановленого кроку, яка не накопичується від кроку до кроку;
• Забезпечує високу швидкість старту, реверсу, зупинки;
• Відрізняється високою надійністю за рахунок відсутності труться компонентів для струмознімання, в відміну від колекторних двигунів;
• Для позиціонування шаговому двигуну не потрібно зворотного зв'язку;
• Може видавати низькі обороти для безпосередньо підведеної навантаження без будь-яких редукторів;
• Порівняно менша вартість щодо тих же сервоприводів ;
• Забезпечується широкий діапазон управління швидкістю обертів вала за рахунок зміни частоти електричних імпульсів.

До недоліків застосування крокового двигуна відносяться:

• Може виникати резонансний ефект і прослизання крокової агрегату;
• Існує ймовірність втрати контролю через відсутність зворотного зв'язку;
• Кількість витрачається електроенергії залежить від наявності або відсутності навантаження;
• Складнощі управління через особливості схеми

Пристрій і принцип роботи

Рис. 1. Принцип дії крокової двигуна

На малюнку 1 зображені 4 обмотки, які відносяться до статора двигуна, а їх розташування влаштовано так, що вони знаходяться під кутом 90º відносно один одного. З чого випливає, що така машина характеризується розміром кроку в 90º.

У момент подачі напруги U1 в першу обмотку відбувається переміщення ротора на ті ж 90º. У разі послідовної подачі напруги U2, U3, U4 в відповідні обмотки, вал продовжить обертання до завершення повного кола. Після чого цикл повторюється знову. Для зміни напрямку обертання досить змінити черговість подачі імпульсів до відповідних обмотки.

Типи крокових двигунів

Для забезпечення різних параметрів роботи важлива як величина кроку, на який буде зміщуватися вал, так і момент, що додається для переміщення. Варіації даних параметрів досягаються за рахунок конструкції самого ротора, способу підключення і конструкції обмоток.

За конструкцією ротора

Обертається елемент забезпечує магнітне взаємодія з електромагнітним полем статора. Тому його конструкція і технічні особливості безпосередньо визначають режим роботи і параметри обертання крокового агрегату. Щоб на практиці визначити тип крокової мотора, при знеструмленій мережі необхідно провернути вал, якщо відчуваєте опір, то це свідчить про наявність магніту, в іншому випадку, це конструкція без магнітного опору.

реактивний

Реактивний кроковий двигун не оснащується магнітом на роторі, а виконується з магнитомягких сплавів, як правило, його набирають з пластин для зменшення втрат на індукцію. Конструкція в поперечному розрізі нагадує шестерню з зубцями. Полюса статорних обмоток живляться протилежними парами і створюють магнітну силу для переміщення ротора, який рухається від поперемінного протікання електричного струму в обмотувальних парах.

Зі змінним магнітним опором

Вагомим плюсом такої конструкції крокової приводу є відсутність стопорящего моменту, утвореного полем по відношенню до арматури. По факту це той же синхронний двигун , В якому поворот ротора йде відповідно до полем статора. Недоліком є ​​зниження величини крутного моменту. Крок для реактивного двигуна коливається від 5 до 15 °.

З постійними магнітами

В цьому випадку рухомий елемент крокової двигуна збирається із постійного магніту, в якому може бути два і більше кількістю полюсів. Обертання ротора забезпечується тяжінням або відштовхуванням магнітних полюсів електричним полем при подачі напруги до відповідних обмотки. Для цієї конструкції кутовий крок становить 45-90 °.

З постійним магнітом

гібридні

Був розроблений з метою об'єднання кращих якостей двох попередніх моделей, за рахунок чого агрегат володіє меншим кутом і кроком. Його ротор виконаний у вигляді циліндричного постійного магніту, який намагнічений по поздовжній осі. Конструктивно це буде схоже на два круглих полюса, на поверхні яких розташовані зубці ротора з магнітомягкого матеріалу. Таке рішення дозволило забезпечити відмінний утримує і крутний момент.

Пристрій гібридного крокової двигуна

Переваги гібридного крокової двигуна полягати в його високій точності, плавності і швидкості переміщення, малим кроком - от 0,9 до 5 °. Їх застосовують для висококласних верстатів ЧПУ, комп'ютерних та офісних приладах і сучасної робототехніки. Єдиним недоліком вважається відносно висока вартість.

Для прикладу розберемо варіант гібридних ШД на 200 кроків позиціонування вала. Відповідно кожен з циліндрів матиме по 50 зубців, один з них є позитивним полюсом, другий негативним. При цьому кожен позитивний зубець розташований навпроти паза в негативному циліндрі і навпаки. Конструктивно це виглядає так:

Розташування пазів гібрідніка

Через що на валу крокового двигуна виходить 100 перемежовуються полюсів с відмінною полярністю. Статор також має зубці, як показано на малюнку 6 нижче, крім проміжків між його компонентами.

Рис. 6. Принцип роботи гібридного ШД

За рахунок такої конструкції можна досягти зміщення того ж південного полюса щодо статора в 50 різних позицій. За рахунок відмінності положення в полупозіціі між північним і південним полюсом досягається можливість переміщення в 100 позиціях, а зсув фаз на чверть ділення надає можливість збільшити кількість кроків за рахунок послідовного збудження ще вдвічі, тобто до 200 кроків кутового вала за 1 оборот.

Зверніть увагу на малюнок 6, принцип роботи такого крокової двигуна полягає в тому, що при попарной подачі струму в протилежні обмотки відбувається підтягування різнойменних полюсів ротора, розташованих за зубами статора і відштовхування однойменних, що йдуть перед ними по ходу обертання.

По виду обмоток

На практиці кроковий двигун являє собою багатофазних мотор. Плавність роботи в якому безпосередньо залежить від кількості обмоток - Чим більше об'єм, тим плавні відбувається обертання, а й вище вартість. При цьому крутний момент від числа фаз не збільшується, хоча для нормальної роботи їх мінімальне число на статорі електродвигуна має становити хоча б дві. Кількість фаз не визначає числа обмоток, так двофазний кроковий двигун може мати чотири і більше обмотки.

уніполярний

Уніполярний кроковий двигун відрізняється тим, що в схемі підключення обмотки є відгалуження від середнього точки. Завдяки чому легко змінюються магнітні полюси. Недоліком такої конструкції є використання тільки однієї половини доступних витків, через що досягається менший крутний момент. Тому вони відрізняються великими габаритами.

уніполярний ШД

Для використання всієї потужності котушки середній висновок залишають не під'єднані. Розгляньте конструкції уніполярних агрегатів, вони можуть містити 5 і 6 висновків. Їх кількість буде залежати від того, виводиться серединний провід окремо від кожної обмотки двигуна або вони з'єднуються один з одним.

Схема а) з різними, б) з одним висновком

біполярний

Біполярний кроковий двигун підключається до контролера через 4 виведення. При цьому обмотки можуть з'єднуватися всередині як послідовно, так і паралельно. Розгляньте приклад його роботи на малюнку.

Біполярний кроковий двигун

У конструктивній схемі такого двигуна ви бачите з декількома обмотками збудження в кожній фазі. Через це зміна напрямку струму вимагає використовувати в електронній схемі спеціальні драйвери (електронні чіпи, які призначені для управління). Домогтися такого ефекту можна за допомогою включення Н-моста. У порівнянні з попереднім, біполярний пристрій забезпечує той же момент при набагато менших габаритах.

Підключення крокової двигуна

Щоб живити обмотки, буде потрібно пристрій здатне видати керуючий імпульс або серію імпульсів в певній послідовності. В якості таких блоків виступають напівпровідникові прилади для підключення крокової двигуна, мікропроцесорні драйвера. У яких є набір вихідних клем, кожна з них визначає спосіб харчування і режим роботи.

Залежно від схеми підключення повинні застосовуватися ті або інші висновки крокової агрегату. При різних варіантах підведення тих чи інших клем до вихідному сигналу постійного струму вдається певна швидкість обертання, крок чи мікрошаг лінійного переміщення в площині. Так як для одних завдань потрібна низька частота, а для інших висока, один і той же двигун може задавати параметр за рахунок драйвера.

Типові схеми підключення ШД

Залежно того, яка кількість висновків представлено на конкретному шаговом двигуні: 4, 6 чи 8 висновків, буде відрізнятися і можливість використання тієї чи іншої схеми їх підключення Подивіться на малюнки, тут показані типові варіанти під'єднання крокової механізму:

Схеми підключення різних типів крокових двигунів

За умови заживлення основних полюсів крокової машини від одного і того ж драйвера, за даними схемами якомога відзначити наступні відмінні риси роботи:

• Висновки однозначно підводяться до відповідних клем пристрою. При послідовному з'єднанні обмоток збільшує індуктивність обмоток, але знижує струм.
• Забезпечує паспортне значення електричних характеристик. При паралельній схемі збільшується струм і знижується індуктивність.
• При підключенні по одній фазі на обмотку снижется момент на низьких оборотах і зменшує величину струмів.
• При підключенні здійснює всі електричні та динамічні характеристики згідно паспорта, номінальний струми. Значно спрощується схема управління.
• Видає куди більший момент і застосовується для великих частот обертання;
• Як і попередня призначена для збільшення моменту, але застосовується для низьких частот обертання.

Управління кроковим двигуном

Виконання операцій кроковим агрегатом може здійснюватися кількома методами. Кожен з яких відрізняється способом подачі сигналів на пари полюсів. Всього виділяють тир методу активації обмоток.

Хвильовий - в такому режимі відбувається збудження тільки одній обмотці, до якої і притягуються роторні полюса. При цьому кроковий двигун не здатний витягати велику навантаження, так як видає лише половину моменту.

хвильовий управління

Полношаговий - в такому режимі відбувається одночасна комутація фаз, тобто, порушуються одразу обидві. Через що забезпечується максимальний момент, в разі паралельної сполуки або послідовного включення обмоток буде створюватися максимальна напруга або струм.

Полношаговое управління

Полушаговий - являє собою комбінацію двох попередніх методів комутації обмоток. Під час реалізації якого в шаговом двигуні відбувається почергова подача напруги спершу в одну катушку, а потім відразу в дві. Завдяки чому забезпечується краща фіксація на максимальних швидкостях і більшу кількість кроків.

Полушаговое управління

Для більш м'якого управління і подолання інерції ротора використовується мікрошаговий управління, коли синусоїда сигналу здійснюється мікроступенчатимі імпульсами. За рахунок чого сили взаємодії магнітних ланцюгів в шаговом двигуні отримують більш плавну зміну і, як наслідок, переміщення ротора між полюсами. Дозволяє в значній мірі знизити ривки крокової двигуна.

без контролера

Для управління безколекторними двигунами застосовується система Н-моста. Який дозволяє перемикати полярність для реверсу крокової двигуна. Може виконуватися на транзисторах або мікросхемах, які створюють логічний ланцюжок для переміщення ключів.

Схема Н-моста

Як бачите, від джерела живлення V напруга подається на міст. При попарном включенні контактів S1 - S4 або S3 - S2 буде відбуватися рух струму через обмотки двигуна. Що і зумовить обертання в ту чи іншу сторону.

З контролером

Пристрій контролера дозволяє здійснювати управління кроковим двигуном в різних режимах. В основі контролера лежить електронний блок, який формує групи сигналів і їх послідовність, що посилаються на котушки статора. Для запобігання можливості його пошкодження в разі короткого замикання або іншій надзвичайній ситуації на самому двигуні кожен висновок захищається діодом, яка не пропусти імпульс в зворотну сторону.

Підключення через контролер однополярного крокової двигуна

Популярні схеми управління ШД

Схема управління від контролера з диференціальним виходом

Є одним з найбільш перешкодозахисних способів роботи. При цьому прямий і інверсний сигнал безпосередньо підключається до відповідних полюсів. У такої схеми має застосовуватися екранування сигнального провідника. Чудово підходить для навантаження з низькою потужністю.

Схема управління від контролера з виходом типу «відкритий колектор»

В даній схемі відбувається об'єднання позитивних вводів контролера, які підключаються до позитивного полюса. У разі живлення вище 9В потрібно включення в схему спеціального резистора для обмеження струму. Дозволяє задавати необхідну кількість кроків зі строго встановленою швидкістю, визначити прискорення і т.д.

Найпростіший драйвер крокової двигуна своїми руками

Щоб зібрати схему драйвера в домашніх умовах можуть стати в нагоді деякі елементи від старих принтерів, комп'ютерів та іншої техніки. Вам знадобляться транзистори, діоди, резистори (R) і мікросхема (RG).

Схема найпростішого драйвера

Для побудови програми керуйтеся наступним принципом: при подачі на один з висновків D логічної одиниці (решта сигналізують нуль) відбувається відкриття транзистора і сигнал проходить до котушки двигуна. Таким чином, виконується один крок.

На основі схеми складається друкована плата, яку можна спробувати виготовити самостійно або зробити на замовлення. Після чого на платі впаюються відповідні деталі. Пристрій здатний управляти кроковим пристроєм від домашнього комп'ютера за рахунок підключення до звичайного USB порту.

Корисне відео