Характеристика шагового двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Мытищинский филиал

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Факультет лесного хозяйства, лесопромышленных технологий и садово-паркового строительства.

Реферат

Автоматизация технологических процессов, оборудование и безопасность производств. (ЛТ-10)

По дисциплине: «Проектирование автоматизированных систем»

На тему: «Шаговый двигатель»

Работу выполнил:

Степанов Р. А.

Работу проверил:

Пеньков И.В.

Москва 2020 г

Шаговые двигатели широко используются в бытовых приборах, транспортных средствах, фрезерных и шлифовальных станках и других производственных механизмах.

Шаговый двигатель - это бесколлекторный синхронный двигатель, ротор которого совершает дискретные перемещения (шаги) определенной величины с фиксацией положения ротора в конце каждого шага,т.е. перемещение ротора происходит шагами известной величины, подсчитав шаги можно определить, на сколько изменилось положение ротора, вычислить его абсолютную позицию.

объединяя в себе двигатель и позиционирующее устройство без обратной связи, шаговый двигатель является идеальным приводом в промышленном оборудовании, станках с чпу, робототехнике...

Предшественником шагового двигателя является серводвигатель.

Шаговые (импульсные) двигатели непосредственно преобразуют управляющий сигнал в виде последовательности импульсов в пропорциональный числу импульсов и фиксированный угол поворота вала или линейное перемещение механизма без датчика обратной связи. Это обстоятельство упрощает систему привода и заменяет замкнутую систему следящего привода (сервопривода) разомкнутой, обладающей такими преимуществами, как снижение стоимости устройства (меньше элементов) и увеличение точности в связи с фиксацией ротора шагового двигателя при отсутствии импульсов сигнала.

Очевиден и недостаток привода с шаговым двигателем: при сбое импульса дальнейшее слежение происходит с ошибкой в угле, пропорциональной числу пропущенных импульсов.

Поэтому в задачах, где требуются высокие характеристики (точность, быстродействие) используются серводвигатели. В остальных же случаях из-за более низкой стоимости, простого управления и неплохой точности обычно используются шаговые двигатели.

Конструкция шагового электродвигателя

Шаговый двигатель, как и любой вращающийся электродвигатель, состоит из ротора и статора. Статор - неподвижная часть, ротор - вращающаяся часть.

Рис.1 Гибридный шаговый электродвигатель

Шаговые двигатели надежны и недороги, так как ротор не имеет контактных колец и коллектора. Ротор имеет либо явно выраженные полюса, либо тонкие зубья. Реактивный шаговый двигатель - имеет ротор из магнитомягкого материала с явно выраженными полюсами. Шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет ротор на постоянных магнитах. Гибридный шаговый двигатель имеет составной ротор включающий полюсные наконечники (зубья) из магнитомягкого материала и постоянные магниты. Определить имеет ротор постоянные магниты или нет можно посредством вращения обесточенного двигателя, если при вращении имеется фиксирующий момент и/или пульсации значит ротор выполнен на постоянных магнитах.

Статор шагового двигателя имеет сердечник с явно выраженными полюсами, который обычно делается из ламинированных штампованных листов электротехнической стали для уменьшения вихревых токов и уменьшения нагрева. Статор шагового двигателя обычно имеет от двух до пяти фаз.

Характеристики

Так как шаговый двигатель не предназначен для непрерывного вращения в его параметрах не указывают мощность. Шаговый двигатель - маломощный двигатель по сравнению с другими электродвигателями.

Одним из определяющих параметров шагового двигателя является шаг ротора, то есть угол поворота ротора, соответствующий одному импульсу. Шаговый двигатель делает один шаг в единицу времени в момент изменения импульсов управления. Величина шага зависит от конструкции двигателя: количества обмоток, полюсов и зубьев. В зависимости от конструкции двигателя величина шага может меняться в диапазоне от 90 до 0,75 градусов. С помощью системы управления можно еще добиться уменьшения шага пополам используя соответствующий метод управления.

Типы шаговых двигателей

По конструкции ротора выделяют три типа шаговых двигателей:

· реактивный;

· с постоянными магнитами;

· гибридный.

Реактивный шаговый двигатель

Трехфазный реактивный шаговый двигатель (шаг 30°)

Реактивный шаговый двигатель - синхронный реактивный двигатель. Статор реактивного шагового двигателя обычно имеет шесть явновыраженных полюсов и три фазы (по два полюса на фазу), ротор - четыре явно выраженных полюса, при такой конструкции двигателя шаг равен 30 градусам. В отличии от других шаговых двигателей выключенный реактивный шаговый двигатель не имеет фиксирующего (тормозящего) момента при вращении вала.

Четырехфазный реактивный шаговый двигатель (шаг 15°)

Ниже представлены осциллограммы управления для трехфазного шагового двигателя.

Униполярное волновое управление

Биполярное полношаговое управление

Биполярное 6-шаговое управление

Осциллограммы управления для четырехфазного шагового двигателя показаны на рисунке ниже. Последовательное включение фаз статора создает вращающееся магнитное поле за которым следует ротор. Однако из-за того, что ротор имеет меньшее количества полюсов, чем статор, ротор поворачивается за один шаг на угол меньше чем угол статора. Для реактивного двигателя угол шага равен:

,

· где NR - количество полюсов ротора;

· NS - количество полюсов статора.

Осциллограммы управления 4-х фазным реактивным шаговым двигателем

Чтобы изменить направление вращения ротора (реверс) реактивного шагового двигателя, необходимо поменять схему коммутации обмоток статора, так как изменение полярности импульса не изменяет направления сил, действующих на невозбужденный ротор.

Реактивные шаговые двигатели применяются только тогда, когда требуется не очень большой момент и достаточно большого шага угла поворота. Такие двигатели сейчас редко применяются.

Отличительные черты:

· ротор из магнитомягкого материала с явно выраженными полюсами;

· наименее сложный и самый дешевый шаговый двигатель;

· отсутствует фиксирующий момент в обесточенном состоянии;

· большой угол шага.

Шаговый двигатель с постоянными магнитами

Шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет ротор на постоянных магнитах. Статор обычно имеет две фазы.

По сравнению с реактивными, шаговые двигатели с активным ротором создают большие вращающие моменты, обеспечивают фиксацию ротора при снятии управляющего сигнала. Недостаток двигателей с активным ротором -- большой угловой шаг (7,5--90°). Это объясняется технологическими трудностями изготовления ротора с постоянными магнитами при большом числе полюсов. Если угол фиксации находится в диапазоне от 7,5 до 90 градусов скорее всего это шаговый двигатель с постоянными магнитами нежели гибридный шаговый двигатель.

Обмотки могут иметь ответвление в центре для работы с однополярной схемой управления. Двухполярное управление требуется для питания обмоток без центрального ответвления.

Таким образом по виду обмоток выделяют два типа шаговых двигателей:

· униполярный (однополярный),

· биполярный (двухполярный).

Униполярный (однополярный) шаговый двигатель

Униполярный шаговый двигатель с постоянными магнитами имеет одну обмотку на фазу с ответвлением в центре. Каждая секция обмотки включается отдельно.

В заключении выделим плюсы и минусы шагового двигателя.

К преимуществам эксплуатации шагового двигателя можно отнести:

ѕ В шаговых электродвигателях угол поворота соответствует числу поданных электрических сигналов, при этом, после остановки вращения сохраняется полный момент и фиксация;

ѕ Точное позиционирование - обеспечивает 3 - 5% от установленного шага, которая не накапливается от шага к шагу;

ѕ Обеспечивает высокую скорость старта, реверса, остановки;

ѕ Отличается высокой надежностью за счет отсутствия трущихся компонентов для токосъема, в отличии от коллекторных двигателей;

ѕ Для позиционирования шаговому двигателю не требуется обратной связи;

ѕ Может выдавать низкие обороты для непосредственно подведенной нагрузки без каких-либо редукторов;

ѕ Сравнительно меньшая стоимость относительно тех же сервоприводов;

ѕ Обеспечивается широкий диапазон управления скоростью оборотов вала за счет изменения частоты электрических импульсов.

К недостаткам применения шагового двигателя относятся:

ѕ Может возникать резонансный эффект и проскальзывание шагового агрегата;

ѕ Существует вероятность утраты контроля из-за отсутствия обратной связи;

ѕ Количество расходуемой электроэнергии не зависит от наличия или отсутствия нагрузки;

ѕ Сложности управления из-за особенности схемы

Список литературы

1. Исмаилов Ш.Ю. Автоматические системы и приборы с шаговыми двигателями. М.: Издательство Энергия, 1968. 230 с.

2. Карпенко Б. К. Шаговые электродвигатели. М.: 1990. 120 с.

3. Ратмиров В. А., и др. Системы с шаговыми двигателями, М. -- Л., Издательство «Энергия», 1964. 136 с. с черт.

4. Емельянов А.В. Шаговые двигатели. Волгоград, Издательство ВолгГТУ, 2005. 154 с.

Размещено на Allbest.ru