WikiZero - Кроковий електродвигун

1. Датчик повороту [ правити | правити код ]

Наши партнеры ArtmMisto

open wikipedia design.

Кроковий електродвигун - це синхронний біс щітковий електродвигун з декількома обмотками, в якому струм, що подається в одну з обмоток статора , Викликає фіксацію ротора. Послідовна активація обмоток двигуна викликає дискретні кутові переміщення (кроки) ротора .

Перші крокові двигуни з'явилися в 30-х роках XIX століття і представляли собою електромагніт, що приводить в рух храпове колесо. За одне включення електромагніта храпове колесо переміщується на величину зубцевого кроку храпового колеса. Храпові крокові двигуни і в даний час знаходять досить широке застосування [1] .

Конструктивно крокові електродвигуни складаються з статора , На якому розташовані обмотки збудження, і ротора, виконаного з магніто-м'якого або з магніто-твердого матеріалу. Крокові двигуни з магнітним ротором дозволяють отримувати більший крутний момент і забезпечують фіксацію ротора при знеструмлених обмотках.

Таким чином за конструкцією ротора виділяють такі різновиди крокового двигуна [2] :

• з постійними магнітами (ротор з магнітотверді матеріалу);
• реактивний (ротор з магнітомягкого матеріалу);
• гібридний.

Гібридні двигуни поєднують в собі кращі риси двигунів зі змінним магнітним опором і двигунів з постійними магнітами.

Статор гібридного двигуна також має зубці, забезпечуючи велику кількість еквівалентних полюсів, на відміну від основних полюсів, на яких розташовані обмотки. Зазвичай використовуються 4 основних полюса для 3,6-град. двигунів і 8 основних полюсів для 1,8 - .. 0,9-град. двигунів. Зубці ротора забезпечують менший опір магнітного кола в певних положеннях ротора, що покращує статичний і динамічний момент. Це забезпечується відповідним розташуванням зубців, коли частина зубців ротора знаходиться строго напроти зубців статора, а частина - між ними.

Ротор гібридного двигуна має зубці, розташовані в осьовому напрямку. Ротор розділений на дві частини, між якими розташований циліндричний постійний магніт. Таким чином, зубці верхньої половинки ротора є північними полюсами, а зубці нижньої половинки - південними. Крім того, верхня і нижня половинки ротора повернені один відносно одного на половину кута кроку зубців. Число пар полюсів ротора дорівнює кількості зубців на одній з його половинок. Зубчасті полюсні наконечники ротора, як і статор, набрані з окремих пластин для зменшення втрат на вихрові струми.

Кроковий електродвигун NEMA 23

У машинобудуванні найбільшого поширення набули високомоментні двофазні гібридні крокові електродвигуни з кутовим переміщенням 1,8 ° / крок (200 кроків / оборот) або 0,9 ° / крок (400 крок / об). Точність виставлення кроку визначається якістю механічної обробки ротора і статора електродвигуна . Виробники сучасних крокових електродвигунів гарантують точність виставлення кроку без навантаження до 5% від величини кроку.

Дискретність кроку створює істотні вібрації, які в ряді випадків можуть приводити до зниження крутного моменту і порушення механічних резонансів в системі. Рівень вібрацій вдається знижувати при використанні режиму дроблення кроку або при збільшенні кількості фаз .

Режим дроблення кроку (мікрошаг) реалізується при незалежному управлінні струмом обмоток крокового електродвигуна. Керуючи співвідношенням струмів в обмотках можна зафіксувати ротор в проміжному положенні між кроками. Таким чином можна підвищити плавність обертання ротора і домогтися високої точності позиціонування. Якість виготовлення сучасних крокових двигунів дозволяє підвищити точність позиціонування в 10-20 разів.

Крокові двигуни стандартизовані національною асоціацією виробників електрообладнання [En] (NEMA) по посадковим розмірами і розміром фланця: NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34, ... - розмір фланця 42 мм, 57 мм, 86 мм, 110 мм відповідно. Крокові електродвигуни NEMA 23 можуть створювати крутний момент до 30 кгс * см, NEMA 34 до 120 кгс * см і до 210 кгс * см для двигунів з фланцем 110 мм.

Кроковий електродвигун з інтегрованим контролером

Крокові двигуни створюють порівняно високий момент при низьких швидкостях обертання. Момент істотно падає при збільшенні швидкості обертання. Однак, динамічні характеристики двигуна можуть бути істотно поліпшені при використанні драйверів зі стабілізацією струму на основі ШІМ .

Крокові електродвигуни застосовуються в приводах машин і механізмів, що працюють в старт-стопного режимі, або в приводах безперервного руху, де керуючий вплив задається послідовністю електричних імпульсів, наприклад, в верстатах з ЧПУ . На відміну від сервоприводів , Крокові приводи дозволяють отримувати точне позиціонування без використання зворотного зв'язку від датчиків кутового положення.

Крокові двигуни застосовуються в пристроях комп'ютерної пам'яті - НГМД , НЖМД , Пристроях читання оптичних дисків .

Датчик повороту [ правити | правити код ]

Крокові двигуни з постійними магнітами можуть використовуватися в якості датчиків кута повороту завдяки виникненню ЕРС на обмотках при обертанні ротора. При цьому, незважаючи на зручність користування і хорошу точність і повторюваність, необхідно враховувати, що:

• Без обертання валу немає ЕРС; визначити стан стоїть вала не можна.
• Можлива зупинка валу в зоні нестійкої рівноваги (проміжно між полюсами) ШД. Наступний пуск вала приведе до того, що, в залежності від чутливості компаратора , Буде пропуск цього полюса, або два імпульсу замість одного. В обох випадках все подальші відліки будуть з помилкою на один крок. Для практично повного, але не 100%, усунення такої поведінки необхідно застосувати муфту з відповідним гистерезисом (кутовим люфтом ).

переваги

Головна перевага крокових приводів - точність. При подачі потенціалів на обмотки кроковий двигун повернеться строго на певний кут.
До приємних моментів можна віднести вартість крокових приводів, в середньому в 1,5-2 рази нижче сервоприводів . Кроковий привід, як недорога альтернатива сервоприводу, найкращим чином підходить для автоматизації окремих вузлів і систем, де не потрібна висока динаміка. Можна відзначити також тривалий термін служби, часом можна порівняти з часом морального старіння або вироблення ресурсу всього верстата; точність роботи ШД за цей час падає незначно. Невибагливі до техобслуговування.

недоліки

Можливість «прослизання» ротора - найбільш відома проблема цих двигунів. Це може статися при перевищенні навантаження на валу, при неправильній настройці керуючої програми (наприклад, прискорення старту або гальмування неадекватно переміщуваної маси), при наближенні швидкості обертання до резонансної. Наявність датчика дозволяє виявити проблему, але автоматично компенсувати її без зупинки виробничої програми можливо тільки в дуже рідкісних випадках [ Джерело не вказано 2210 днів ]. Щоб уникнути прослизання ротора, як один із способів, можна збільшити потужність двигуна.

• Кацман М. М., Юферов Ф. М. Електричні машини автоматичних систем. - М.: Вища школа, 1979. - 261 с.