Avtoargon.ru

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

Шаговый двигатель

Шаговый двигатель

Ша́говый электродви́гатель — синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Содержание

  • 1 Описание
  • 2 Использование
    • 2.1 Датчик поворота
  • 3 Преимущества и недостатки
  • 4 См. также
  • 5 Примечания
  • 6 Литература
  • 7 Ссылки

Описание

Первые шаговые двигатели появились в 1830-х годах и представляли собой электромагнит, приводящий в движение храповое колесо. За одно включение электромагнита храповое колесо перемещается на величину зубцового шага храпового колеса. Храповые шаговые двигатели и в настоящее время находят довольно широкое применение [1] .

Конструктивно шаговые электродвигатели состоят из статора, на котором расположены обмотки возбуждения, и ротора, выполненного из магнито-мягкого или из магнито-твёрдого материала. Шаговые двигатели с магнитным ротором позволяют получать больший крутящий момент и обеспечивают фиксацию ротора при обесточенных обмотках.

Таким образом по конструкции ротора выделяют следующие разновидности шагового двигателя [2] :

  • с постоянными магнитами (ротор из магнитотвёрдого материала);
  • реактивный (ротор из магнитомягкого материала);
  • гибридный.

Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами.

Статор гибридного двигателя также имеет зубцы, обеспечивая большое количество эквивалентных полюсов, в отличие от основных полюсов, на которых расположены обмотки. Обычно используются 4 основных полюса для 3,6-градусных двигателей и 8 основных полюсов для 1,8—0,9-градусных двигателей. Зубцы ротора обеспечивают меньшее сопротивление магнитной цепи в определённых положениях ротора, что улучшает статический и динамический момент. Это обеспечивается соответствующим расположением зубцов, когда часть зубцов ротора находится строго напротив зубцов статора, а часть — между ними.

Ротор гибридного двигателя имеет зубцы, расположенные в осевом направлении. Ротор разделён на две части, между которыми расположен цилиндрический постоянный магнит. Таким образом, зубцы верхней половинки ротора являются северными полюсами, а зубцы нижней половинки — южными. Кроме того, верхняя и нижняя половинки ротора повёрнуты друг относительно друга на половину угла шага зубцов. Число пар полюсов ротора равно количеству зубцов на одной из его половинок. Зубчатые полюсные наконечники ротора, как и статор, набраны из отдельных пластин для уменьшения потерь на вихревые токи.

Использование

В машиностроении наибольшее распространение получили высокомоментные двухфазные гибридные шаговые электродвигатели с угловым перемещением 1,8°/шаг (200 шагов/оборот) или 0,9°/шаг (400 шаг/об). Точность выставления шага определяется качеством механической обработки ротора и статора электродвигателя. Производители современных шаговых электродвигателей гарантируют точность выставления шага без нагрузки до 5 % от величины шага.

Дискретность шага создаёт существенные вибрации, которые в ряде случаев могут приводить к снижению крутящего момента и возбуждению механических резонансов в системе. Уровень вибраций удаётся снижать при использовании режима дробления шага или при увеличении количества фаз.

Режим дробления шага (микрошаг) реализуется при независимом управлении током обмоток шагового электродвигателя. Управляя соотношением токов в обмотках, можно зафиксировать ротор в промежуточном положении между шагами. Таким образом можно повысить плавность вращения ротора и добиться высокой точности позиционирования. Качество изготовления современных шаговых двигателей позволяет повысить точность позиционирования в 10—20 раз.

Шаговые двигатели стандартизованы национальной ассоциацией производителей электрооборудования [en] (NEMA) по посадочным размерам и размеру фланца: NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34 и др. — размер фланца 42, 57, 86 и 110 мм соответственно. Шаговые электродвигатели NEMA 23 могут создавать крутящий момент до 30 кгс⋅см, NEMA 34 — до 120 кгс⋅см и до 210 кгс⋅см для двигателей с фланцем 110 мм.

Шаговые двигатели создают сравнительно высокий момент при низких скоростях вращения. Момент существенно падает при увеличении скорости вращения. Однако, динамические характеристики двигателя могут быть существенно улучшены при использовании драйверов со стабилизацией тока на основе ШИМ.

Шаговые электродвигатели применяются в приводах машин и механизмов, работающих в старт-стопном режиме, или в приводах непрерывного движения, где управляющее воздействие задаётся последовательностью электрических импульсов, например, в станках с ЧПУ. В отличие от сервоприводов, шаговые приводы позволяют получать точное позиционирование без использования обратной связи от датчиков углового положения.

Шаговые двигатели применяются в устройствах компьютерной памяти — НГМД, НЖМД, устройствах чтения оптических дисков.

Датчик поворота

Шаговые двигатели с постоянными магнитами могут использоваться в качестве датчиков угла поворота благодаря возникновению ЭДС на обмотках при вращении ротора. При этом, несмотря на удобство пользования и хорошую точность и повторяемость, необходимо учитывать, что:

  • без вращения вала нет ЭДС; определить положение стоящего вала нельзя;
  • возможна остановка вала в зоне неустойчивого равновесия (промежуточно между полюсами) ШД. Последующий пуск вала приведёт к тому, что, в зависимости от чувствительности компаратора, будет пропуск этого полюса, или два импульса вместо одного. В обоих случаях все дальнейшие отсчёты будут с ошибкой на один шаг. Для практически полного, но не 100%-го, устранения такого поведения необходимо применить муфту с соответствующим гистерезисом (угловым люфтом).

Преимущества и недостатки

Главное преимущество шаговых приводов — точность. При подаче потенциалов на обмотки шаговый двигатель повернётся строго на определённый угол. Стоимость шаговых приводов в среднем в 1,5—2 раза ниже сервоприводов. Шаговый привод, как недорогая альтернатива сервоприводу, наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика. Можно отметить также длительный срок службы, порой сравнимый со временем морального устаревания или выработки ресурса всего станка; точность работы ШД за это время падает незначительно. Нетребовательны к техобслуживанию.

Возможность «проскальзывания» ротора — наиболее известная проблема этих двигателей. Это может произойти при превышении нагрузки на валу, при неверной настройке управляющей программы (например, ускорение старта или торможения не адекватно перемещаемой массе), при приближении скорости вращения к резонансной. Наличие датчика позволяет обнаружить проблему, но автоматически скомпенсировать её без остановки производственной программы возможно только в очень редких случаях [ источник не указан 2962 дня ] . Чтобы избежать проскальзывания ротора, как один из способов, можно увеличить мощность двигателя.

О шаговых двигателях и том, как их есть

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Шаговый электродвигатель — это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Шаговый двигатель в первую очередь спроектирован не для того, что бы он просто вращался и передавал свой вращающий момент исполнительному механизму. Он должен обеспечивать высокую точность позиционирования и достаточный момент удержания.

Удерживающий момент — это то, с какой силой двигатель, если на него подан номинальный ток, будет сопротивляться попыткам его провернуть. Если подать на двигатель ток равный номинальном, это обеспечивает максимальный момент удержания.

Угол поворота — это угол поворота, на который двигатель поворачивается за один шаг (кто бы мог подумать?). Потому, иногда, его просто называют шагом и не парятся. А погрешность шага — это максимальное отклонение от заданного угла поворота в процентах.

Выходит, что чем мельче шаг, тем круче и точнее? Нет! Шаг в 1.8 градуса это всё, что вам нужно. Не буду сейчас приводить таблицы и примеры расчёта перемещений исполнительных механизмов на разных моделях принтеров и разных кинематиках. Поверьте мне на слово, лучше смотрите на погрешность шага, пользы будет больше. 5% — очень и очень хороший показатель.

Читать еще:  Бензиновый двигатель работает как дизельный опель

И тут можно задаться вопросом, — ‘а как же напряжение?’. Напряжение особой роли не играет, т.к. его регулирует драйвер шагового двигателя, что бы поддерживать необходимый ток. Но знайте меру. 3V — 5V вполне достаточно, 3.4V, наверное, в самый раз.

Есть ещё такой параметр, как количество фаз. Ну, если совсем просто, то это сколько контактов/проводов торчит из двигателя. По хорошему, нам для принтера нужны биполярные двигатели с 4-мя фазами (проводами). Но существуют и с 6-тью и, даже, с 8-мью. Последние — экзотика в наших краях (ну я по крайней мере вообще их в руках не держал). А вот те, что с 6-тью проводами — те встречаются. Если просто, то это тоже самое, что и с 4-мя, но на обеих обмотках есть центральный отвод. Более наглядно можно посмотреть на иллюстрации, которую я честно где-то стырил.

Но я так и не сказал, что брать? Если есть 4-выводной, берём его, если нет, не расстраиваемся и берём 6-выводной. Но лучше берите 4-выводной (мороки меньше). Кстати, на картинке 8-выводной двигатель показан в режиме, когда у него пары обмоток подключены параллельно.

О чём ещё не сказал? О размерах? Ну разве ими кого-то удивишь? Наш типоразмер это Nema17, тут ничего нового. Можно и другие, но это уже снова экзотика.

Ну и последнее. Вот я купил двигатель, а дальше что? Как на нём правильно настроит ток? А всё очень просто, я уже поверхностно описывал этот процесс в одном из своих постов. Нам понадобится мультиметр, отвёртка и немного математики. Настройка тока производится методом кручения подсроечника на драйвере и снятия контрольного напряжения. Напряжение можно снимать — как на картинке.

А дальше считаем по формуле, какое контрольное напряжение (Vr) нам надо выставить. Формула различается для разных драйверов.

Vr = Номинальный ток / 2,5

Для двигателя с номинальным током 1.7А: Vr = 1.7A / 2 .5 = 0.68V

Vr = Номинальный ток / 2

Для двигателя с номинальным током 1.7А: Vr = 1.7A / 2 = 0,85V

Контроллер для униполярных двигателей своими руками

Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель представляет собой электрическую машину, предназначенную для преобразования электрической энергии сети в механическую энергию. Конструктивно состоит из обмоток статора и магнитомягкого или магнитотвердого ротора. Отличительной особенностью шагового двигателя является дискретное вращение, при котором заданному числу импульсов соответствует определенное число совершаемых шагов. Наибольшее применение такие устройства получили в станках с ЧПУ, робототехнике, устройствах хранения и считывания информации.
В отличии от других типов машин шаговый двигатель совершает вращение не непрерывно, а шагами, от чего и происходит название устройства. Каждый такой шаг составляет лишь часть от его полного оборота. Количество необходимых шагов для полного вращения вала будет отличаться, в зависимости от схемы соединения, марки двигателя и способа управления.

Преимущества и недостатки шагового электродвигателя

К преимуществам эксплуатации шагового двигателя можно отнести:

  • В шаговых электродвигателях угол поворота соответствует числу поданных электрических сигналов, при этом, после остановки вращения сохраняется полный момент и фиксация;
  • Точное позиционирование – обеспечивает 3 – 5% от установленного шага, которая не накапливается от шага к шагу;
  • Обеспечивает высокую скорость старта, реверса, остановки;
  • Отличается высокой надежностью за счет отсутствия трущихся компонентов для токосъема, в отличии от коллекторных двигателей;
  • Для позиционирования шаговому двигателю не требуется обратной связи;
  • Может выдавать низкие обороты для непосредственно подведенной нагрузки без каких-либо редукторов;
  • Сравнительно меньшая стоимость относительно тех же сервоприводов;
  • Обеспечивается широкий диапазон управления скоростью оборотов вала за счет изменения частоты электрических импульсов.

К недостаткам применения шагового двигателя относятся:

  • Может возникать резонансный эффект и проскальзывание шагового агрегата;
  • Существует вероятность утраты контроля из-за отсутствия обратной связи;
  • Количество расходуемой электроэнергии не зависит от наличия или отсутствия нагрузки;
  • Сложности управления из-за особенности схемы

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме

РадиоКот >Схемы >Цифровые устройства >Автоматика >

Теги статьи:Добавить тег

Пропорциональное управление шаговым двигателем

Автор: МКС, Опубликовано 14.08.2013 Создано при помощи КотоРед.

Описываемое ниже устройство позволяет управлять униполярным шаговым двигателем типа СДХ 1,8/40 и аналогичным. Схема электрическая принципиальная блока управления изображена на рис.1. Он выполнен на базе микроконтроллера ATmega 8 работающего от встроенного тактового генератора на частоте 2 МГц. В качестве ключей, коммутирующих обмотки шагового двигателя М1, использованы логические элементы микросхем DD2, DD3 типа SN75452 (русский аналог — К155ЛА18). Это микросхемы – повышенной мощности с открытым коллекторным выходом.

Блок поддерживает пропорциональное и дискретное управление мотором. В режиме пропорционального управления — угол поворота ротора двигателя, задается переменный резистором R1. В режиме дискретного управления — вращение двигателя «влево», «вправо», «стоп» осуществляется кнопками S1 и S2. Кроме этого, в схеме можно выбирать шаговый или полушаговый режим работы, а также скорость вращения двигателя. Установкой перемычки X4 выбирается пропорциональное управление, а при ее отсутствии – дискретное управление. Перемычкой X5 определяется шаговый и полушаговый режим работы двигателя. Все эти режимы работы инициализируются только в момент включения схемы или сброса микроконтроллера. Поэтому нужные перемычки необходимо установить перед включением питания. В микроконтроллере задействованы два канала АЦП. На вход одного из них – ADC5 (28 ножка) подключен подстроечный резистор R3. С его помощью регулируется скорость вращения двигателя при любом режиме работы схемы. В режиме пропорционального управления задействуется еще один канал АЦП – ADC4 (27 ножка). На его вход через интегрирующую цепь R2, C1 подключен переменный резистор R1, который задает угол поворота ротора мотора. Скорость работы АЦП в данной управляющей программе осуществляет преобразования с 8 — битной точностью. Поэтому положение ручки переменного резистора R1 программа контроллера условно разбивает на 255 шагов. После включения питания, программа выполняет калибровку положения ротора шагового двигателя. Для этого, перед началом работы, автоматически выполняется команда «вращение двигателя влево» до тех пор, пока флажок, закрепленный на роторе мотора, не «доедет» до концевого датчика (оптопары) VT1, HL1. При поступлении сигнала с датчика VT1, программа обнуляет регистр-счетчик количества шагов двигателя, измеряет напряжение на выходе переменного резистора R1, преобразует его в цифровой код в диапазоне от 0 до 255, записывает его в старший байт регистра результата преобразования АЦП (это количество шагов переменного резистора R1), а затем сравнивает его содержимым регистра-счетчика количества шагов двигателя. Если число шагов резистора R1 больше чем шагов двигателя М1, то выдается команда: «вращение двигателя вправо». При этом с каждым шагом ротора происходит инкремент счетчика шагов двигателя и его сравнение с числом в регистре АЦП (шаги резистора R1). Когда число шагов двигателя станет равно числу в регистре АЦП, выполняется команда: «стоп». Поворачивая ручку резистора R1 «влево», уменьшается уровень постоянного напряжения на входе АЦП. При этом число в регистре результата преобразования АЦП станет меньше чем текущее значение регистра — счетчика шагов. В этом случае выдается команда: «вращение двигателя влево». С каждым шагом двигателя происходит декремент регистра-счетчика шагов двигателя до тех пор, пока числа в обоих регистрах не станут равны. Таким образом, вращая ручку переменного резистора R1, ротор двигателя поворачивается в том же направлении и на такое же количество шагов. Отмечу, что предлагаемый двигатель совершает один оборот на 360° за 200 шагов (т.е. один шаг – 1,8 град.). Следовательно, в данной схеме, за 255 условных шагов от переменного резистора R1, ротор мотора сделает более одного оборота и повернется на угол 459°. Поэтому для ограничения угла поворота двигателя используется концевой датчик (оптопара) для крайнего правого положения ротора. Он выполнен на элементах VT2, HL2. Для более точного копирования угла поворота ручки переменного резистора ротором двигателя необходимо установить в разрыв вывода сопротивления R1, подключенного к «+5 В», ограничительный резистор Rогр.. Его номинал следует тщательно подобрать (в пределах от 1 до 3 кОм). В управляющей программе предусмотрена функция повторной калибровки положения ротора двигателя в процессе работы устройства. Например, в случае проскальзывания шагов ротора, по какой либо причине (двигатель перегружен, зацепился за что-то и т.д.), можно повернуть ручку переменного резистора R1 в крайнее левое положение и подождать 2 — 3 секунды. При этом происходит проверка положения флажка ротора с помощью оптического датчика крайнего левого положения VT1. Если флажок не зашел в зону срабатывания датчика, значит в процессе работы произошло смещение шагов ротора мотора М1 относительно шагов резистора R1. В этом случае запускается программа повторной калибровки системы, и работа устройства восстанавливается. Для работы схемы в режиме пропорционального управления оптический датчик крайнего левого положения и калибровки VT1 — обязателен. Датчик крайнего правого положения VT2 можно не ставить, если нет необходимости в ограничении положения ротора при вращении вправо. Но, тогда, необходимо 14 вывод микроконтроллера подключить к +5 В. При пропорциональном управлении двигателем в полушаговом режиме ротор совершает поворот в пределах от 0° до 230°. Мощность мотора уменьшается, зато увеличивается плавность хода. Это необходимо учитывать при выборе этого режима работы. В режиме дискретного управления вращение «вправо» осуществляется кнопкой S1, вращение «влево» — кнопкой S2. Если кнопки не нажаты, выполняется команда «стоп». Программа калибровки двигателя и переменный резистор R1 в этом режиме не используются. Оптические датчики VT1, HL1 и VT2, HL2 работают как ограничители крайних положений ротора двигателя М1. Если ограничение вращения не требуется, то эти оптопары можно не ставить. Но при этом необходимо выводы 14, 15 микроконтроллера припаять к +5В. В случае необходимости контроля над работой шагового двигателя другими (внешними) устройствами, в схеме предусмотрены специальные выходы на старших пинах порта D микроконтроллера. На выводе PD7 «step» формируется кратковременный импульс прямоугольной формы при каждом шаге двигателя (может пригодиться для внешнего счетчика шагов). Вывод PD6 «rewers» – сигнал реверса двигателя (лог. 0 — вращение вправо, лог. 1 – вращение влево). При обнулении (сбросе) программного счетчика — регистра количества шагов, на выводе PD5 формируется кратковременный импульс «reset». Эти выходы работают и в режиме пропорционального управления. Управляющая программа для микроконтроллера написана на языке Ассемблер. Файл прошивки прилагается. Кроме этого, необходимо запрограммировать фьюзы: CKSEL0=0, CKSEL1=1, CKSEL2=0, CKSEL3=0, SUT0=0, SUT1=1, SKOPT=1.

Читать еще:  Что означает знак проверьте двигатель

Печатная плата блока управления изображена на рис. 2. Она изготовлена из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 42 × 58 мм. В прикрепленном файле с расширением .lay прилагается рисунок для «лазерно-утюжной» технологии изготовления платы. Расположение элементов схемы на печатной плате приведено на рисунке 3.

После установки микросхемы – стабилизатора DA1, к ней, необходимо прикрутить радиатор площадью не менее 4 см². Собранная конструкция представлена на фото. 1 и фото. 2.

Как уже отмечалось, логические микросхемы SN75452 можно заменить русским аналогом — К155ЛА18. Раньше они использовались в старых пятидюймовых флоппи дисководах вместе с предлагаемым шаговым двигателем.

Предлагаемый блок может быть использован в различных устройствах с электромеханическим приводом. Например, у меня два таких модуля с шаговыми двигателями пропорционально управляют видеокамерой наблюдения с удаленным доступом по двум осям координат. Один мотор поворачивает камеру по оси Х, другой – по оси Y (фото. 3).

Линейные шаговые актуаторы — принцип работы и основные характеристики

Классические линейные актуаторы чаще всего конструируются на базе коллекторных двигателей постоянного тока, реже — на основе асинхронных приводов переменного тока. В этих устройствах для преобразования вращения в линейное движение используется редуктор, винт и гайка, соединенные с валом мотора. Такие устройства получаются недорогими и просты в эксплуатации. Однако, их применение ограничено недостатками применяемых двигателей — с их помощью трудно осуществлять позиционирование или задание точной скорости. Поэтому при решении инженерных задач прецизионного линейного перемещения небольшой нагрузки часто используют шаговые актуаторы.

Шаговый актуатор решает те же задачи, что и линейный актуатор на базе коллекторных или асинхронных двигателей, но с большей точностью. Конструкции шаговых актуаторов могут незначительно отличаться. Обычно в них не используется редуктор. В настоящий момент чаще всего встречаются три наиболее популярные варианты конструктивного исполнения: non-captive, with external nut, captive.

Читать еще:  Дастер обороты двигателя не превышают 3000

Основные конструктивные исполнения шаговых линейных актуаторов

Шаговый актуатор со свободным штоком — имеет в своей конструкции полый вал (полый ротор) с внутренней гайкой. Вместо внешнего вала используется винт, который при вращении гайки перемещается в осевом направлении, т.е. получается актуатор с подвижным исполнением ходового винта. Винт проходит насквозь и может выходить на полную длину с обеих сторон двигателя. У иностранных производителей этот тип исполнения часто называется non-captive.

Шаговый актуатор с внешней гайкой — это почти классическое исполнение шагового двигателя. Отличие его в том, что вал существенно удлинен (в соответствии с необходимой длиной хода) и на него нанесена резьба. Для преобразования вращательного движения в поступательное используется гайка, которая перемещается вдоль винта-вала двигателя. Сам винт, в отличие от исполнения со свободным штоком, линейного перемещения не выполняет. У иностранных производителей этот тип исполнения часто называется with external nut или external linear.

Шаговый актуатор с выдвижным штоком — это исполнение самое близкое к классическим линейным актуаторам. Линейное движение осуществляется не при помощи вала самого мотора, а за счет внешнего штока, соединенного с валом двигателя. Вариант конструктивного исполнения — вал с резьбой проходит ротор двигателя насквозь и приводит в движение внешний шток, который уже используется для перемещения нагрузки. Сам резьбовой вал закрыт корпусом. Такое исполнение часто называется captive.

Как выбрать шаговый актуатор

В случае использования шагового двигателя инженеру необходимо сначала решить задачу преобразования вращательного движения в поступательное, затем вычислить параметры необходимой механики и после этого подобрать подходящие элементы для осуществления линейного перемещения нагрузки. В случае использования шагового актуатора можно сразу подбирать исполнение, характеристики которого удовлетворяют требованиям системы.

Таким образом, чтобы выбрать подходящий линейный шаговый актуатор, необходимо определить следующие требования системы:

  • Какое конструктивное исполнение актуатора подходит:
    • допустимо ли вращение вала (винта) актуатора;
    • как нагрузка будет крепиться к штоку (валу) актуатора;
    • требуется ли (допустимо ли) движение винта с обратной стороны двигателя;
  • Какие требования система предъявляет к характеристикам линейного движения:
    • скорость перемещения
    • усилие в осевом направлении
    • заданная точность позиционирования
    • допустимая дискретность перемещения
    • максимальная величина линейного перемещения (длина хода)
  • Какой блок управления будет использован:
    • какой будет алгоритм работы актуатора
    • какой контроллер будет управлять работой шагового двигателя
    • ток фазы двигателя актуатора и выходной ток драйвера ШД
    • напряжение питания для блока управления

    Технические характеристики линейных шаговых актуаторов

    При решении технических задач в качестве исходных данных приводятся параметры линейного движения: скорость поступательного движения, усилие в осевом направлении, максимальная величина перемещения, дискретность или точность позиционирования.

    Усилие на валу актуатора в первую очередь зависит от крутящего момента шагового двигателя. Так как его момент зависит от скорости вращения ротора, необходимо определить требуемое усилие на заданной скорости. Чем выше скорость, тем ниже момент (это общее свойство всех шаговых двигателей) и, как следствие, ниже осевое усилие на штоке. В случае, если алгоритм работы актуатора предполагает несколько режимов скоростей, необходимо либо определить максимальное усилие для всех режимов и выбрать актуатор с шаговым двигателем с запасом по моменту, либо определить требуемые усилия на каждой из планируемых скоростей и выбрать актуатор, точно подходящий поставленной задаче. В технических характеристиках шагового актуатора обычно указывается максимальное усилие, т.е. то усилие, которое можно получить на штоке при минимальной (близкой к нулю) скорости. Необходимо помнить, что при ненулевой скорости усилие на валу (и на штоке актуатора) будет ниже. Чем выше скорость, тем меньше выходное усилие. Точные значения и вид кривой зависимости усилия от скорости зависят от применяемого драйвера ШД, от режима дробления шага, напряжения питания.

    При преобразовании вращательного движения в линейное поступательное в шаговых актуаторах используется винтовая передача. Следовательно, выходное усилие на штоке также зависит от шага винта.

    Еще одна характеристика шаговых двигателей, имеющая свои особенности — скорость вращения. Двигатели этого типа не могут стартовать сразу с высокой скоростью. Для достижения заданной величины скорости требуется плавный разгон. В противном случае происходит выход из синхронизации шагового двигателя, и его вращение прерывается. Максимально возможная стартовая скорость и величина ускорения зависят в первую очередь от используемого драйвера, коммутирующего обмотки мотора, а также от электрических параметров самого двигателя и характера нагрузки.

    Так как для преобразования вращения вала в линейное перемещение штока используется винтовая передача, выходная скорость зависит от шага винта актуатора.

    Максимальная величина перемещения (максимальный ход актуатора):

    В первую очередь необходимо определить, на какое максимальное расстояние будет перемещаться нагрузка. Во всех случаях максимальная величина перемещения ограничена длиной резьбового вала двигателя.

    В случае использования актуаторов со свободным штоком необходимо учитывать, что из общей длины вала необходимо вычесть длину, необходимую для удержания винта внутри гайки шагового двигателя. Также нужно помнить, что при втягивании нагрузки винт проходит ротор двигателя насквозь, т.е. с обратной стороны мотора необходимо соответствующее перемещению свободное пространство.

    В случае использования актуаторов с внешней гайкой нужно помнить, что гайка также имеет свою длину, которую необходимо вычесть из общей длины резьбового вала актуатора.

    При использовании актуаторов с выдвижным штоком максимальная величина перемещения зависит от длины резьбовой части вала и от конструктивного исполнения корпуса, закрывающего винт.

    Дискретность и точность перемещения:

    Принцип работы шаговых двигателей таков, что перемещение осуществляется дискретными отрезками — шагами. Минимальная величина углового перемещения зависит от конструкции двигателя (количества полюсов) и от возможностей драйвера ШД дробить шаг. К примеру, если стандартный шаг гибридного шагового двигателя составляет 1,8° (200 шагов соответствуют одному полному обороту), а драйвер может дробить шаг на 1/16, то минимальное угловое перемещение вала составит 0,1125°. Однако, необходимо помнить, что точность установки шага двигателя ограничена геометрией исполнения его зубцов. Например, если точность позиционирования составляет 5% от значения полного шага, то большие величины дробления не имеют смысла, так как погрешность перемещения в этом случает сопоставима или превосходит величину перемещения. Например, для двигателя с шагом 1,8° и точностью 5% при дроблении шага 1/32 величина перемещения составит 0,05625°±0,09°.

    При вращении каждый оборот вала двигателя соответствует линейному перемещению актуатора, равному шагу его винта. При выполнении дискретного углового перемещения вала двигателя происходит линейное перемещение, которое зависит от величины шага винта. На точность отработки перемещения влияет качество изготовления и точность винта.

    голоса
    Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector