Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое шаговый двигатель

Что такое шаговый двигатель

Что такое шаговый двигатель и для чего он?

Шаговые Двигатели — представляют из себя электромеханические устройства, задача которых преобразование электрических импульсов в перемещение вала двигателя на определенный угол. В отличие от обычных двигателей, шаговые двигатели имеют неповторимые отличия, которые определяют их исключительные свойства при использовании в некоторых областях применения.
Шаговый Двигатель является бесколлекторным двигателем постоянного тока. Как и другие бесколлекторные двигатели, шаговый двигательвысоконадежен и при нажлежащей эксплуатации имеет длительный срок службы. Шаговый двигатель нашел широкое применение области где требуется высокая точность перемещений или скорости. Наглядные примеры это принтеры, факсы, копировальные машины так же более сложные устройства это станки с ЧПУ (Числовое программное управление) это фрезерные, гравировальные машины.

Какие достоинства и недостатки у шаговых двигателей по сравнению с простыми?

Достоинства
— угол поворота ротора зависит от числа поданных на двигатель пусковых импульсов;
— шаговый двигатель развивает максимальный момент в режиме останова, в случае если обмотки двигателя запитаны;
— высокая точноть позиционирования и повторяемости, так качественные шаговые двигатели имеют точтость не хуже 2,5% от величины шага, при этом данная ошибка не накапливается при последующих шагах; — шаговый двигатель может быстро стартовать, останавливаться и выполнять реверс;
хорошая надежность двигателя, обусловленная отсутствием щеток, при этом срок службы двигателя ограничивается только лишь сроком службы подшипников;
— четкая взаимосвязь угла поворота ротора от количества входных импульсов (в штатных режимах работы) позволяет выполнять позиционирование без применения обратной связи;
— обеспечивает получение сверхнизких скоростей вращения вала двигателя, для нагрузки подведенной непосредственно к валу двигателя без использования редуктора;
— работа в широком диапазоне скоростей, т.к. скорось напрямую зависит от количества входных импульсов.

Недостатки
— шаговый двигатель обладает явлением резонанса;
— возможен вариант выпадения двигателя из синхронизации с последующей потерей информации о положении, при работе цепи обратной связи;
— при стандартных схемах подключения количество потребляемой энергии не уменьшается при отсутствии нагрузки;
— сложности управления при работе на высоких скоростях (на самом деле эффективная работа шагового двигателя на высоких скоростях возможна;
— низкая удельная мощность шагового привода;
— для обеспечения эффективного управленя шаговым двигателем требуется очень сложная схама управления.

Какие бывают шаговые двигатели?
Ответ: В зависимости от конфигурации обмоток двигатели делятся: а)Биполярный — имеет четыре выхода, содержит в себе две обмотки. б)Униполярный — имеет шесть выходов. Содержит в себе две обмотки, но каждая обмотка имеет отвод из середины. в)Четырехобмоточный — имеет четыре независимые обмотки. По сути дела представляет собой тот же униполярник, только обмотки его разделены. В зависимости от типа электронного коммутатора управление шаговым двигателем может быть: однополярным или разнополярным; симметричным или несимметричным; ·потенциальным или импульсным. При однополярном управлении напряжение каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от -U до +U. Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное.

Виды шаговых двигателей:

двигатели с переменным магнитным сопротивлением

двигатели с постоянными магнитами

биполярные и униполярные шаговые двигатели

Способы управления фазами шагового двигателя:

Зависимость момента от скорости, влияние нагрузки:

Момент, создаваемый шаговым двигателем, зависит от скорости, тока в обмотках и схемы драйвера. На рис. 1а показана зависимость момента от угла поворота ротора.

Рис. 1. Возникновение мертвых зон в результате действия трения.

У идеального шагового двигателя эта зависимость синусоидальная. Точки S являются положениями равновесия ротора для негруженного двигателя и соответствуют нескольким последовательным шагам. Если к валу двигателя приложить внешний момент, меньший момента удержания, то угловое положение ротора изменится на некоторый угол Ф.

где Ф – угловое смещение, N – количество шагов двигателя на оборот, Ta – внешний приложенный момент, Th – момент удержания.

Угловое смещение Ф является ошибкой позиционирования нагруженного двигателя. Если к валу двигателя приложить момент, превышающий момент удержания, то под действием этого момента вал провернется. В таком режиме положение ротора является неконтролируемым.

На практике всегда имеется приложенный к двигателю внешний момент, хотя бы потому, что двигателю приходится преодолевать трение. Силы трения могут быть разделены на две категории: статическое трение или трение покоя, для преодоления которого требуется постоянный момент и динамическое трение или вязкое трение, которое зависит от скорости. Рассмотрим статическое трение. Предположим, что для его преодоления требуется момент в половину от пикового. На рис. 1а штриховыми линиями показан момент трения. Таким образом, для вращения ротора остается только момент, лежащий на графике за пределами штриховых линий. Отсюда следуют два вывода: трение снижает момент на валу двигателя и появляются мертвые зоны вокруг каждого положения равновесия ротора (рис. 1б):

d = 2 ( S / (pi/2) ) arcsin(T f /T h) = ( S / (pi/4) ) arcsin(T f / Th),

где d – ширина мертвой зоны в радианах, S – угол шага в радианах, Tf – момент трения, Th – момент удержания.

Читать еще:  Давление масла в двигателе ивеко дейли

Мертвые зоны ограничивают точность позиционирования. Например, наличие статического трения в половину от пикового момента двигателя с шагом 90 град. вызовет наличие мертвых зон в 60 град. Это означает, что шаг двигателя может колебаться от 30 до 150 град., в зависимости от того, в какой точке мертвой зоны остановится ротор после очередного шага.

Наличие мертвых зон является очень важным для микрошагового режима. Если, например, имеются мертвые зоны величиной d, то микрошаг величиной менее d вообще не сдвинет ротор с места. Поэтому для систем с использованием микрошагов очень важно минимизировать трение покоя.

Когда двигатель работает под нагрузкой, всегда существует некоторый сдвиг между угловым положением ротора и ориентацией магнитного поля статора. Особенно неблагоприятной является ситуация, когда двигатель начинает торможение и момент нагрузки реверсируется. Нужно отметить, что запаздывание или опережение относится только к положению, но не к скорости. В любом случае, если синхронность работы двигателя не потеряна, это запаздывание или опережение не может превышать величины двух полных шагов. Это весьма приятный факт.

Каждый раз, когда шаговый двигатель осуществляет шаг, ротор поворачивается на S радиан. При этом минимальный момент имеет в место, когда ротор находится ровно между соседними положениями равновесия (рис. 2).

Рис. 2. Момент удержания и рабочий момент шагового двигателя.

Этот момент называют рабочим моментом, он означает, какой наибольший момент может преодолевать двигатель при вращении с малой скоростью. При синусоидальной зависимости момента от угла поворота ротора, этот момент Tr = Th/(2 0.5 ). Если двигатель делает шаг с двумя запитанными обмотками, то рабочий момент равен моменту удержания для одной запитанной обмотки. Параметры привода на основе шагового двигателя сильно зависят от характеристик нагрузки. Кроме трения, реальная нагрузка обладает инерцией. Инерция препятствует изменению скорости. Инерционная нагрузка требует от двигателя больших моментов на разгоне и торможении, ограничивая таким образом максимальное ускорение. С другой стороны, увеличение инерционности нагрузки увеличивает стабильность скорости.

Такой параметр шагового двигателя, как зависимость момента от скорости является важнейшим при выборе типа двигателя, выборе метода управления фазами и выборе схемы драйвера. При конструировании высокоскоростных драйверов шаговых двигателей нужно учитывать, что обмотки двигателя представляют собой индуктивность. Эта индуктивность определяет время нарастания и спада тока. Поэтому если к обмотке приложено напряжение прямоугольной формы, форма тока не будет прямоугольной. При низких скоростях (рис. 3а) время нарастания и спада тока не способно сильно повлиять на момент, однако на высоких скоростях момент падает. Связано это с тем, что на высоких скоростях ток в обмотках двигателя не успевает достигнуть номинального значения (рис. 3б).

Рис. 3. Форма тока в обмотках двигателя на разных скоростях работы.

Для того, чтобы момент падал как можно меньше, необходимо обеспечить высокую скорость нарастания тока в обмотках двигателя, что достигается применением специальных схем для их питания. Поведение момента при увеличении частоты коммутации фаз примерно таково: начиная с некоторой частоты среза момент монотонно падает. Обычно для шагового двигателя приводятся две кривые зависимости момента от скорости (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость момента от скорости.

Внутренняя кривая (кривая старта, или pull-in curve) показывает, при каком максимальном моменте трения для данной скорости шаговый двигатель способен тронуться. Эта кривая пересекает ось скоростей в точке, называемой максимальной частотой старта или частотой приемистости. Она определяет максимальную скорость, на которой ненагруженный двигатель может тронуться. На практике эта величина лежит в пределах 200 – 500 полных шагов в секунду. Инерционность нагрузки сильно влияет на вид внутренней кривой. Большая инерционность соответствует меньшей области под кривой. Эта область называется областью старта. Внешняя кривая (кривая разгона, или pull-out curve) показывает, при каком максимальном моменте трения для данной скорости шаговый двигатель способен поддерживать вращение без пропуска шагов. Эта кривая пересекает ось скоростей в точке, называемой максимальной частотой разгона. Она показывает максимальную скорость для данного двигателя без нагрузки. При измерении максимальной скорости нужно иметь в виду, что из-за явления резонанса момент равен нулю еще и на резонансной частоте. Область, которая лежит между кривыми, называется областью разгона.

Как выбрать шаговый двигатель? Принцип работы, разновидности.

Показувати елементи керування програвачем

  • Опубліковано 5 чер 2020
  • Сегодня поговорим о шаговых двигателях, расскажем какие типы бывают, чем они отличаются и как выбрать подходящий шаговик из такого огромного разнообразия.
    СОДЕРЖАНИЕ:
    00:00 — Что такое шаговые двигатели
    01:43 — Шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением
    02:44 — Двигатели с постоянными магнитами
    03:55 — Гибридные двигатели
    08:03 — Коммутация обмоток двигателей
    11:36 — Управление шаговым двигателем
    13:56 — Конструктивные исполнения
    16:46 — Преимущества
    18:40 — Недостатки
    21:35 — Совет по выбору
    Товары:
    ➤ Ссылка на шаговые двигатели для ЧПУ и 3D-принтеров: 3d-diy.ru/catalog/stepper-mot.

★ Наш каталог 3D-принтеров: 3d-diy.ru/3d-printery/
★ Комплектующие для 3D-принтеров, Arduino и ЧПУ: 3d-diy.ru/catalog/
═════════════════════════════════════
✔ Наш официальный сайт: 3d-diy.ru/
✔ Группа Вконтакте: 3d_diy
✔ Instagram: 3d_diy

Читать еще:  Ваз 2123 двигатель заводится и сразу глохнет

КОМЕНТАРІ • 22

Ребята, вы просто красавцы. )

Вот это я понимаю плотность подачи материала) спасибо за разбор темы!

Спасибо за полезное видео! Много же у вас двигателей!

Молодец, хорошо читаешь. Отличный диктор на Путин каналы.

@3DIY Не парься. Этот Бондарев даже читать не умеет. Подготовка к лекции- показатель профессионализма.

на ваш взгляд читать заранее подготовленный текст это зазорно?:)

Крутой ведос хочу ещё

Добрый день!
Такой вопрос, можно ли использовать биполярный двигатель на одном станке с трёх фазными шаговыми двигателями или лучше чтоб все были одинаковыми на все оси!?
Если можно дайте совет, спасибо

Красавцы! Очень подробно и доходчиво

И какова максимальная скорость двигателя. Об/мин.

@Хижина Самоделкина это понятно.но для расчета движения каретки.хотелос бы знать их максимальную скорость

Они не для этого сделаны

Хорошее видео, грамотное, но завершающая часть про выбор двигателя получилось какой-то скомканной и однобокой. Какой двигатель выбрать — высокоиндуктивный или низкоиндуктивный — на самом деле довольно сильно зависит от требуемых режимов работы двигателя, поскольку «при прочих равных» от индуктивности зависит не только момент, но и то, насколько быстро он сможет изменять скорость и/или направление вращения.
Например, на медленные оси типа оси Z или безредукторных подающих механизмов можно как раз высокоиндуктивные моторы брать — и скорости там не нужны, и ток при одинаковом моменте нужен меньше, следовательно, двигатели будут холоднее и, например, предел тока большинства драйверов позволит подключить к ним сразу 2 таких мотора.
Другое дело — быстрые оси с небольшими требованиями по моменту: оси X и Y на «быстрых» кинематиках типа ультимейкера или редукторные подающие механизмы, да еще с включенным Linear Advance каким-нибудь, чтоб он вообще постоянно туда-сюда дергался и обороты были побольше. Тут лучше взять двигатель с меньшей индуктивностью, потому что в целом требования по моменту ниже, но зато такой двигатель будет более «скоростным» и отзывчивым.

спасибо за дополнение)

тему надо раскрыть в тематики 3д принтера например разницу между 1.8 и 0.9 градусов шага

На Токе заряженный портал

Разновидности мотор-колёс, параметры, самые популярные производители — На токе

  • Статьи об электротранспорте
  • Электротранспорт
  • Электровелосипеды
  • Разновидности мотор-колёс, параметры, самые популярные производители

Разновидности мотор-колёс, параметры, самые популярные производители

В этой теме мы поговорим о том, какие бывают мотор-колёса для велосипеда. Устройство это безусловно заслуживает повышенного внимания, потому как обладает целым рядом преимуществ. Так, ему не требуются дополнительные детали передающие крутящий момент: шестерёнки, цепи и т. п. Как итог, в этой системе трение и механические потери сведены до минимума, что доводит КПД подобных девайсов до 95%. В зависимости от специфики конструкции и иных критериев, можно отдать предпочтение различным разновидностям мотор-колёс.

Содержание:

Классификация мотор-колёс по конструкции

Классификация мотор-колёс по месту установки

Скоростные и тяговые мотор-колёса

Самые популярные производители мотор-колёс

Классификация мотор-колёс по конструкции

Редукторные

Такие приспособления имеют в своём распоряжении шестерни, расположенные непосредственно в корпусе устройства. Характерной особенностью подобной разновидности является малый вес (2-2,5 кг), а также скромные размеры. Планетарный редуктор даёт легковесному электродвигателю высокое значение тяги, что влечёт за собой возможность достойно соперничать с более мощными безредукторными движками. Редукторные мотор-колёса по КПД переигрывают прямоприводные изделия, а вот по износоустойчивости уступают им. Из-за наличия обгонной муфты, редукторные вариации предлагают весьма низкий коэффициент трения и кроме того, наблюдается экономный расход электроэнергии.

Электробайки оснащённые редукторными мотор-колёсами могут предложить ограниченную до 30-40 км/ч максималку, это что касается стандартных комплектов. Тут всё дело в том, что при езде на высоких скоростных режимах, будет срываться смазывающий материал с шестерен планетарного редуктора. Как следствие, повышенный износ и сокращение ресурса агрегата. Так что, если вам не требуются сверхскорости электрического байка и не нужна избыточная масса велосипеда, данная разновидность мотор-колеса является оптимальным вариантом.

Каким разновидностям электровелосипедов больше всего подходит редукторное мотор-колесо? Чаще всего его устанавливают на серийные городские, прогулочные, а также спортивные электровелосипеды. Мотор-колесо на 500 W, может разогнать электровело до 40 км/ч.

Безредукторные (бесщёточные)

Это прямоприводные движки, отличающиеся великолепной надёжностью и долговечностью, простотой конструкции, нулевым люфтом, тихоходностью и повышенной жёсткостью при нагрузках. Вдобавок, данные модификации могут функционировать как генератор, при замедлении. Они вырабатывают рекуперативную энергию, которая рассеивается в приводе и снова поступает к аккумуляторной батарее. Однако в этом случае имеет место и немаловажный нюанс: для задействования функции рекуперативного торможения, требуется чтобы контроллер предоставлял возможность выполнения такой функции электромотором. Редукторные модификации, в роли генератора к сожалению выступать не могут.

Но в то же время, девайсы имеют не малую массу и габариты. Так, масса прямоприводных мотор-колёс в сравнении с редукторными, может быть в два раза большей при одной и той же мощности. Куда ставят безредукторные вариации? Чаще всего они находят своё место на электровеликах повышенной грузоподъёмности, скоростных модификациях, а также скутерах.

Читать еще:  Гбо стучат форсунки на холодном двигателе

Классификация мотор-колёс по месту установки

Задние

Устанавливаются на заднюю ось и имеют в своём распоряжении резьбу или шлицы под кассету либо трещотку цепи.

Передние

На переднюю ось мотор-колесо устанавливается чаще всего. Здесь всё дело в том, что в этом случае монтаж и демонтаж моторизированного колеса будет выполняться без особых затруднений, да и нагрузка на электрический велосипед распределится более равномерно.

Скоростные и тяговые мотор-колёса

Собственно, тяговый движок или скоростной, зависит от того, какое число витков в обмотке статора. Данный параметр подбирается при изготовлении девайса и при этом учитывается диаметр обода, а также нужный скоростной режим и тяговитость электродвижка.

Параметры мотор-колеса

Самым важным параметром электрического двигателя является его мощность. Когда колесо соприкасается с дорожной поверхностью, крутящий момент на оси преобразовывается в тяговую силу.

Соответствующие характеристики моторизированного колеса подбираются в зависимости от специфики эксплуатации, переносимой нагрузки, требуемого значения предельной скорости, а также специфики ландшафта. В любом случае, помимо мощности нужно обращать внимание и на такие параметры как номинальное напряжение, эффективность, масса, класс защиты от влаги, рекомендуемая нагрузка, материалы из которых изготовлен гаджет.

Что касается особенностей поставки мотор-колёс, то они могут предлагаться как заспицованными в обод, так и отдельно. Первый вариант обойдётся вам подороже.

Какая мощность и для чего подходит?

1. Редукторная разновидность мотор-колеса с мощностным потенциалом 250-350 W, оптимальным образом подходит для оборудования ею электробайка, который будет эксплуатироваться 90-килограммовым райдером на местности с незначительными перепадами высоты, это порядка 12%. Скоростной режим при этом — 25-30 км/ч.

2. Электродвижок с прямым приводом и цифрой мощности в 500 W предлагает такую же тягу, как и редукторный оппонент на 350 W, однако устройство обеспечивает максималку до 45 км/ч.

3. Силовой агрегат на 600 W позволит велорайдеру без проблем справляться с весьма крутыми подъёмами и превосходно подходит для скоростного передвижения по шоссе.

4. Двигатели на 800 и 1000 W предлагают наезднику ещё больше возможностей по максимальной скорости и тяге. Они просто созданы для холмистого рельефа с затяжными либо крутыми подъёмами и внедорожья. Однако аппараты оборудованные такими устройствами должны оснащаться более мощными аккумуляторными батареями. Но в то же время нужно помнить, что если в значительной мере превысить допустимую нагрузку на вело, то могут возникнуть проблемы с рамой.

5. Одновременно два моторизированных колеса, мощность каждого из которых 600-1000 W, монтируются на велики предназначенные для эксплуатации в горной местности усыпанной крутыми подъёмами.

Самые популярные производители мотор-колёс

На современном рынке представлено большое количество производителей мотор-колёс, однако основная часть фирм дислоцируется в Китае.

Bafang[ссылка]

Данные бренд предлагает широкий ассортимент электрических силовых агрегатов и естественно, среди них нашли своё место велосипедные вариации. Эти изделия производятся в виде мотор-колёс, которые можно установить на любой велосипед. Особой популярностью у юзеров пользуется набор Bafang BBS02. Девайсы представлены с разными показателями мощности — 250-750 W. В состав данного комплекта входит устройства привода, рукоять запуска, тормоза и другие компоненты. Масса движка около четырёх килограмм, а самая большая скорость которую с ним можно набрать — 50 км/ч.

MXUS[ссылка]

Это суббренд Huayu Xinfeng, занимающийся выпуском мотор-колёс и комплектующих для великов на электрической тяге уже более двух десятков лет. В планах компании освоение производства моторизированных колёс для самокатов, скутеров, а также интеллектуальных электронных вело. Таким образом китайцы хотят привлечь к себе ещё больше клиентов.

В распоряжении Huayu Xinfeng имеется мастерская, где самоотверженно трудятся 230 сотрудников, 30 из которых — профессиональные разработчики. В 2015-ом году производственная мощность выпустила 1 млн. моторов и 100 тыс. комплектов для преобразования e-байков.

Golden Motor[ссылка]

Голден Мотор предлагает потребителю электрические наборы для преобразования стандартного вело, в комплекте которых присутствует всё необходимое. «Золотые Моторы» предлагают весьма широкий диапазон возможностей — их мощность варьируется в диапазоне 250-1500 W. При массе почти три килограмма, движок может раскочегарить электробайк до максимальных 40-45 км/ч.

Pasion ebike[ссылка]

Данный производитель занимается разработкой оригинальных фэтбайков высокого качества, стандартных электрических велосипедов, запчастей к велотехнике, а также аксессуаров по доступной себестоимости с доставкой по всему миру.

CSC[ссылка]

Перспективный бренд представляющий на рынке огромнейший ассортимент аксессуаров и товаров для вело, начиная сумками, заканчивая наборами мотор-колёс.

Заключение

Безусловно, мотор-колесо довольно выгодное приобретение для вашего велосипеда который посредством него, может стать для вас действительно незаменимым другом и помощником. Разновидностей мотор-колёс вполне достаточно для того, чтобы удовлетворить потребности практически любого юзера, поэтому собственно, данное устройство и пользуется на сегодняшний день большой популярностью. Главное отдавать предпочтение проверенным брендам, иначе существует вероятность нарваться на некачественный товар, коего сейчас на прилавках полным полно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector