Sw-motors.ru

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

Индуктивность шагового двигателя

Индуктивность шагового двигателя

Подробное описание, что такое индуктивность. Marris Friemannis

Данный магический параметр для многих не совсем понятен, насчет прикладного его применения в разрезе подбора шаговых двигателей информации довольно много, но чаще всего она сводится к формуле Marris Friemannis, главы Gecko Drive, который эмпирически установил коэффициент 32 для расчета максимального напряжения питания шагового двигателя:

«Мощность мотора растет пропорционально напряжению питания, однако потери в результате образования вихревых токов в корпусе двигателя растут пропорционально квадрату приложенного напряжения.

Причиной данных потерь, как уже и говорилось, являются пульсации тока, которые индуцируют возникновение вихревых токов в ламелях шагового двигателя. Пульсация тока прямо пропорциональна напряжению питания и обратно пропорциональна индуктивности двигателя (V/L), вихревые токи напрямую зависят от пульсаций тока.

Индуцированные вихревые токи способствуют выделению тепла в ламелях двигателя, пропорционально их сопротивлению, подчиняясь формуле I2R, где R – сопротивление ламелей корпуса двигателя.

Сведение всего вышесказанного к общему знаменателю говорит о том, что нагрев пропорционален корню из индуктивности.

Таким образом коэффициент 32 был получен эмпирически, и связывает температуру корпуса двигателя в 85 градусов Цельсия и напряжение, численно равное корню квадратному из индуктивности испытуемого двигателя умноженному на данный коэффициент.»

О том, что такое индуктивность катушки или катушки индуктивности, можно прочитать где угодно, но что конкретно она иллюстрирует применительно к частному случаю с шаговыми двигателями давайте разберем ниже.

Вся сложность заключается в том, что индуктивность является производной нескольких параметров, и характеризует не одну конкретную характеристику, а несколько одновременно, что довольно трудно понять без детального разбора, ниже приведем несколько случаев с константами и переменными, которые нам помогут лучше в этом разобраться.

Если напряжение константа (90 вольт), индуктивность константа (три двигателя с индуктивностями 2 МГн, 4Мгн, 8 МГн), ток и время – переменные, то скорость насыщения будет иметь вид, как в ниже приведенном графике зависимости, где разными цветами отображены наши три двигателя с разной индуктивностью в порядке возрастания.

Таким образом, наглядно можно увидеть влияние индуктивности на скорость накачки обмоток током. Чем выше индуктивность, тем медленнее возрастает ток и тем медленнее возрастает величина магнитного потока (L x I). Хотя формула указывает на то, что при большей индуктивности итоговое значение магнитного потока будет выше, чем у двигателя с меньшей индуктивностью, что справедливо если мы не имеем ограничений по размеру двигателя, но по факту размер двигателя определен и обмотки должны в него вписываться геометрически. Поэтому приведенный выше график справедлив только при сравнении двигателей разных размеров с одинаковым током насыщения обмоток, но не одинаковыми обмотками. Простым языком:

— Место (пространство) для обмоток статора в двух одинаковых по длине и фланцу двигателях равно и неизменно, следовательно двигатель, обладающий характеристикой силы тока в 2 А имеет толщину провода обмоток условно (для простоты понимания) в 2 раза меньше, чем двигатель с характеристикой рабочего тока 4 А, из чего следует наша следующая зависимость;

— Индуктивность прямо пропорциональна числу витков обмоток, и шаговый двигатель с характеристикой по току в 2 А, имея более тонкий провод будет иметь обмотки, намотанные большим числом витков, чем двигатель с характеристикой по току в 4 А и, следовательно, будет иметь более высокое значение параметра индуктивности чем второй двигатель, при равном магнитном потоке, так как он равен произведению тока на индуктивность (меньший ток х большую индуктивность = больший ток х на меньшую индуктивность), что оставляет неизменной характеристику крутящего момента для обоих случаев;

— Индуктивность не влияет на крутящий момент, момент практически всегда определяется размером двигателя;

— Индуктивность не влияет на скорость, она влияет на отношение крутящего момента к скорости. На практике полка момента обоих двигателей будет примерно одинакова, но при разных напряжениях, больше индуктивность – меньше максимальный ток, меньше индуктивность – больше максимальный ток. Следовательно индуктивность хоть и оказывает сопротивление прокачке обмотки током, но будучи связанной с ним через сечение проводника и количество витков, её влияние уравновешивается в обоих случаях. В первом случае она оказывает большее сопротивление, но ток насыщения меньше и достигнуть нужно меньшей планки, чем во втором случае, но в последнем сопротивление насыщению меньше (меньше индуктивность), но планка тока насыщения в два раза выше. На скорость больше влияет характеристика проводника, отношение тока к индуктивности, а также размер самих катушек. Поэтому шаговые двигатели большого размера неизменно будут медленнее двигателей малогабаритных при равном напряжении. Именно взаимоотношение индуктивности (индуктивного сопротивления), силы тока и напряжения определяют скоростную характеристику шагового двигателя, раздельно эти три параметра рассматривать в контексте сравнения одинаковых по размерам двигателей некорректно, так как они, в большей степени, связаны механически параметрами корпуса. Но при одинаковой скорости и одинаковом напряжении

— Большая индуктивность позволяет применить источник тока с большим напряжением, меньшая индуктивность позволяет работать с низковольтными блоками питания для достижения одного и того же результата по крутящему моменту в рамках рассмотрения двигателей равных размеров. «Правила» Марриса Фриеманниса в какой-то мере подтверждают вышеизложенное о индуктивности шагового двигателя:

Основное правило 1:

Индуктивность обмотки равна квадрату N, где N – количество витков обмотки. При сравнении двух обмоток, состоящих из 10 витков и 30 витков, индуктивность второй будет больше индуктивности первой в 9 раз (10² = 100, 30² = 900).

Основное правило 2:

Отношение мощности шагового двигателя (P) к напряжению источника питания (V) и индуктивности (L) может быть выражено как: P=V÷√L

Как рассчитать мощность электродвигателя

  1. Расчёты основных параметров асинхронного электродвигателя
  2. Как определить мощность электродвигателя?
  3. Какие бывают виды регуляторов?
  4. Регулятор на переменном резисторе
  5. Электронный регулятор
  6. Заключение
Читать еще:  Шерхан сигнализация автоматический запуск двигателя

Как выполнить расчёт потребляемой мощности асинхронного электродвигателя из сети, если по шильдикам можно узнать только номинальную мощность? Для этого необходимо:

  • обратить внимание на остальные показатели – это η и cosφ (КПД и коэффициент мощности);
  • учесть связь динамических характеристик вала и КПД.

По имеющимся данным, можно рассчитать затраченную мощность электроэнергии:

Pз=Р/η.

Но нужно помнить, что потребляемая энергия электрическими приборами включает в себя как активную, так и реактивную компоненту.

Расчёты основных параметров асинхронного электродвигателя

Активная мощность тратится на выполнение полезной работы и создание тепла. Обозначается буквой «P», измеряется в W и вычисляется:

P=I*U*cosφ.

Реактивная мощность создаётся колебаниями энергии электрического поля. Она обуславливает способность деталей реактивной машины сохранять и излучать электромагнитную энергию. Речь идёт о токе, который заряжает конденсатор или создает магнитное поле вокруг витков обмотки катушки. Обозначается буквой «Q», измеряется в Var и рассчитывается:

Q=I*U*sinφ.

Полная мощность «S» представляется математической комбинацией по формуле теоремы Пифагора: S*S = Q*Q + P*P. Она измеряется в V*A и вычисляется:

S = P / cosφ = √(P 2 + Q 2 )=I*U.

Реактивную мощность трехфазного асинхронного двигателя можно представить суммой двух составляющих: индуктивной и емкостной.

Лучшее представление данной величины может быть получено в виде векторной диаграммы, индуктивная составляющая – это положительная координата на оси Y, емкостная – отрицательная. Очевидно, что эти два значения несколько компенсируют друг друга, составляя координату вектора, которая будет либо положительной, либо отрицательной. Чем меньше угол между ними, тем полная мощность становится ближе к активной.

Коэффициент мощности cosφ для трёхфазного асинхронного двигателя равен 0,8–0,9. Если его необходимо увеличить, то довольно часто добавляют конденсаторы в цепи двигателя. Функция этих конденсаторов заключается в том, чтобы обеспечить намагничивающий ток, снижающий амплитуду реактивной составляющей. Чем выше cosφ, тем меньше электромашина потребляет энергии.

Как определить мощность электродвигателя?

Для того чтобы выполнить расчёт понадобятся измерительные инструменты и справочная информация. Итак, существуют варианты определения мощности электродвигателя:

  • по току. Подаём питание на асинхронный электродвигатель. Поочередно делаем замеры тока в каждой обвивке амперметром. В итоге среднее значение тока умножается на напряжение и получается потребляемая мощность электродвигателя;
  • по размерам. Замеряем диаметр и длину сердечника статора. Узнаем частоту оборотов вала. Далее, производим приближённый расчёт «постоянной» по формуле:

3,14•D•n/(120•f).

На основе расчёта находим в справочнике константу. Вычисляем

P = C•D²•l•n•10^(-6);

  • по тяговой силе. Измеряем скорость оборотов вала с помощью тахометра, радиус вала обычной линейкой, тяговое усилие движка динамометром. Для расчёта все найденные значения перемножаем

P =Mw= F•2•3,14•nr.

На основе этих математических выражений можно сделать вывод, что асинхронные двигатели могут иметь одинаковую мощность, но различаться по частоте вращения вала, что существенно влияет на его габариты. Рассмотрим также смысл использования регуляторов мощности.

Какие бывают виды регуляторов?

Существует два вида регуляторов, доступных на сегодняшнем рынке:

  • на переменном резисторе,
  • электронный (шаговый и подвижный).

Все они обладают разными способами управления скоростью вращения и, посему, эффективность (потребление электроэнергии) у каждого вида отличается. С этой точки зрения, классический регулятор – самый дешевый, но неэффективный. Давайте рассмотрим все три типа.

Регулятор на переменном резисторе

На самом деле этот реостат имеет внутри огромную катушку. Выбирая низкие параметры скорости, мы, по сути, выбираем более высокое сопротивление цепи. Это приводит к снижению потребляемого тока (так как напряжение является фиксированной величиной). Аппараты громоздкие по размеру и недорогие по цене.

Электронный регулятор

Электронные – это новейшие типы из доступных регуляторов на рынке. Они намного меньше по размерам, чем другие. Для понижения напряжения в них используются вместо резисторов конденсаторы, которые регулируя скорость вращения, управляют сигналом электропитания. В отличие от реостатов не нагреваются и, значит, экономят электроэнергию, когда мотор работает на малых скоростях.

Регуляторы способны сэкономить до 40% на «1» скорости и около 30% на «2-й» скорости по сравнению со своими резисторными аналогами. Существуют электронные разновидности регуляторов:

  1. подвижные с плавным регулированием.

  1. шаговые с пронумерованной скоростью действия (обычно от 1 до 5).

Эти устройства обеспечивают низкий уровень искажений движения мотора и, следовательно, меньше нагреваются. Вариант с лучшей технологией и экономией электричества.

Заключение

Мощность асинхронного двигателя – основная техническая характеристика этого устройства, которая влияет на сферу применения и выполняемые задачи. Для регулирования соотношения физических величин используются регуляторы. Формулы, выражающие связь физических показателей асинхронных двигателей необязательно помнить все, их можно легко выводить самим из тех, что знакомы по школьной программе физики.

Как правильно выбрать шаговый двигатель

Подбор и расчет шаговых двигателей для ЧПУ

При подборе шагового двигателя для ЧПУ необходимо отталкиваться от планируемой сферы применения станка и технических характеристик. Ниже представлены критерии выбора, классификация наиболее популярных двигателей и примеры расчета.

Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ: критерии

  1. Индуктивность. Следует вычислить квадратный корень из индуктивности обмотки и умножить его на 32. Полученное значение нужно сравнить с напряжением источника питания для драйвера. Различия между этими числами не должны сильно отличаться. Если напряжение питания на 30% и более превышает полученное значение, то мотор будет греться и шуметь. Если меньше, то крутящий момент будет слишком быстро убывать со скоростью. Большая индуктивность потенциально обеспечит возможность для большего крутящего момента. Однако для этого потребуется драйвер с большим напряжением питания.
  2. График зависимости крутящего момента от скорости. Позволяет определить, удовлетворяет ли выбранный двигатель условиям в техническом задании.
  3. Геометрические параметры. Имеет значение длина двигателя, фланец и диаметр вала.
Читать еще:  Впускной коллектор двигателя как выглядит

Тип двигателя

Важный критерий – тип шагового двигателя для ЧПУ станка. Широко распространены биполярные, униполярные и трехфазные модели. Каждая из них имеет свои особенности:

  • биполярные чаще всего используют для ЧПУ благодаря простому подбору нового драйвера при выходе старого из строя, высокому удельному сопротивлению на малых оборотах;
  • трехфазные отличаются большей скоростью, чем биполярные аналогичного размера. Подходят для случаев, когда требуется высокая скорость вращения;
  • униполярные представляют собой несколько видов биполярных двигателей в зависимости от подключения обмоток.

Примеры расчетов шаговых двигателей для ЧПУ

Определяем силы, действующие в системе

Необходимо определить силу трения в направляющих, которая зависит от используемых материалов. Для примера коэффициент трения составляет 0.2, вес детали – 300 кгс, вес стола – 100 кгс, необходимое ускорение – 2 м/с 2 , сила резания – 3 000 Н.

  1. Чтобы рассчитать силу трения нужно умножить коэффициент трения на вес движущейся системы. Для примера: 0.2 x 9.81 (100 кгс+300 кгс). Получается 785 Н.
  2. Чтобы рассчитать силу инерции надо умножить массу стола с деталью на требуемое ускорение. Для примера: 400 x 2 = 800 Н.
  3. Чтобы рассчитать полную силу сопротивления надо сложить силы трения, инерции и резания. Для примера: 785 + 800 + 3 000. Получается 4 585 Н.

Рассчитываем мощность

Формулы, приведенные ниже, представлены без учета инерции вала самого шагового двигателя и других вращающихся механизмов. Поэтому для большей точности рекомендуется увеличить или убавить требования по ускорению на 10%.

Для расчета мощности шагового двигателя следует воспользоваться формулой F=ma, где:

  • F – сила в ньютонах, необходимая для того, чтобы привести тело в движение;
  • m – масса тела в кг;
  • а – необходимое ускорение m/c 2 .

Для определения механической мощности необходимо умножить силу сопротивления движения на скорость.

Рассчитываем редукцию оборотов

Определяется на основании номинальных оборотов сервопривода и максимальной скорости перемещения стола. Например, скорость перемещения составляет 1 000 мм/мин, шаг винта шариковой винтовой передачи – 10 мм. Тогда скорость вращения винта ШВП должна быть (1 000 / 10) 100 оборотов в минуту.

Для расчета коэффициента редукции учесть номинальные обороты сервопривода. Например, они равны 5 000 об/мин. Тогда редукция будет равна (5 000 / 100) 50.

Классификация шаговых двигателей для ЧПУ

Советские модели

В станках часто применяют шаговые двигатели индукторного типа, изготовленные в СССР. Речь о моделях ДШИ-200-2 и ДШИ-200-3. Они обладают следующими характеристиками:

ПараметрДШИ-200-2ДШИ-200-3
Потребляемая мощность11.8 Вт16.7 Вт
Погрешность обработки шага3%3%
Максимальный статический момент0.46 нт0.84 нт
Максимальная чистота приемистости1 000 Гц1 000 Гц
Напряжение питания30 В30 В
Ток питания в фазе1.5 А1.5 А
Единичный шаг1.8 град1.8 град
Масса0.54 кг0.91 кг

При выборе следует обратить внимание на наличие индекса ОС. Это особая серия с военной приемкой. Имеет более высокое качество исполнения, чем обычные модели.

Китайские модели

Примеры китайских шаговых двигателей для ЧПУ и их характеристики представлены ниже.

ПараметрМодель
JKM Nema 17 42mm
Hybrid Stepper Motor
JK42HS48-2504JK42HS40-1704
Длина, мм484034
Ток питания в фазе, А2.51.71.33
Единичный шаг (угловое перемещение), град1.81.81.8
Масса, кг0.340.320.22

Биполярные шаговые двигатели для ЧПУ от CNC Technology

ПараметрМодель
86HS156-500457HS76-300442HS48-1704A
Ток питания в фазе, А531.7
Единичный шаг (угловое перемещение), град1.81.81.8
Индуктивность, мГн63.52.8
Диаметр вала1485

Зная критерии выбора и ориентируясь в предложениях по шаговым двигателям на рынке можно подобрать подходящую модель для станка ЧПУ. Главное – покупать у проверенных поставщиков.

3 причины купить шаговый двигатель для ЧПУ в компании CNC Technology

  1. Двигатели от надежных производителей, эти же двигатели мы используем в наших станках.
  2. Всегда в наличии на складе.
  3. Комплексность: в нашем каталоге можно подобрать не только ШД, но и драйверы, датчики, соединительные муфты и другие комплектующие.

Получить консультацию по выбору шагового двигателя можно по телефону 8 (800) 350 33 60.

Выбор шагового двигателя

Как выбрать шаговый двигатель

В статье содержатся базовые сведения о работе шагового двигателя и рекомендации по способу подбора.

Шаговый двигатель — устройство с постоянной мощностью, если мощность определить как момент, умноженный на скорость. Это означает, что крутящий момент обратно пропорционален скорости. Чтобы уяснить, почему мощность мотора не зависит от скорости, представим себе идеальный шаговый двигатель.

В настоящее время рынок наполнен предложениями самых разнообразных двигателей, для самых разнообразных приложений, что немудрено запутаться при выборе шагового двигателя, даже если вы подготовились и изучили свойства шаговых моторов, узнали их основное свойство терять момент с ростом скорости вращения и, оценив момент инерции нагрузки, приведенной к валу, примерно определили какой крутящий момент на каких скоростях нужно получить от шаговика. Так как все же выбрать шаговый двигатель и на что необходимо первым делом посмотреть при покупке?

1. Тип двигателя — биполярный, униполярный, 3-фазный и т.п.

Ни один из типов двигателей не имеет каких-то радикальных преимуществ перед другими. Но у каждого из них есть свои небольшие особенности. Так, 3-фазные двигатели более скоростные — имеют меньший момент, чем биполярные такого же размера, но сохраняют его лучше, тем самым их хорошо использовать с редукторами, в скоростных передачах. Биполярные — наиболее распространенные, дают высокий удельный на малых оборотах, под них легко купить драйвер взамен вышедшего из строя. Униполярные — представляют собой гибкое решение, по сути заключают в себе несколько видов биполярных двигателей (в зависимости от того, как подключить обмотки), а также собственно униполярный 6-выводной мотор. В подавляющем большинстве биполярных достаточно, а если нужна высокая скорость вращения — имеет смысл использовать 3-фазный двигатель.

2. График зависимости момента от скорости

Основная характеристика. С этим графиком можно свериться и проверить, может ли данный шаговый двигатель вообще удовлетворить условиям вашего техзадания.

Вычислите квадратный корень из индуктивности обмотки и умножьте на 32, полученное число сравните с напряжением вашего источника питания для драйвера. Эти числа не должны сильно отличаться — если напряжение питания сильно(30 и более %) превышает полученное число, двигатель будет шуметь и греться; если же сильно не дотягивает — крутящий момент будет убывать со скоростью слишком быстро.

4. Геометрические параметры

Фланец, диаметр вала — важны как присоединительные размеры. Фланец вкупе с длиной двигателя также обрисовывает «мощность» шагового двигателя.

Как определить мощность электродвигателя без бирки

Если техническая документация к двигателю утеряна, а надписи на корпусе стерлись или не читаемы, возникает вопрос: как определить мощность электродвигателя без бирки? Существуют несколько методов, о которых мы вам расскажем, и вам останется выбрать из них наиболее удобный в вашем случае.

Практические измерения

Самый доступный способ — проверка показаний бытового счетчика электроэнергии. Сначала следует отключить абсолютно все бытовые приборы и выключить свет во всех помещениях, поскольку даже горящая лампочка на 40Вт будет искажать показания. Проследите, чтобы счетчик не крутился или индикатор не мигал (в зависимости от его модели). Вам повезло, если у вас счетчик «Меркурий» — он показывает величину нагрузки в кВт, поэтому от вас потребуется только включить двигатель на 5 минут на полную мощность и проверить показания.

Индукционные счетчики ведут учет в кВт/ч. Запишите показания до включения мотора, дайте ему поработать ровно 10 минут (лучше воспользоваться секундомером). Снимите новые показания счетчика и путем вычитания узнайте разницу. Умножьте эту цифру на 6. Полученный результат отображает мощность двигателя в кВт.

Если двигатель маломощный, вычислить параметры будет несколько сложнее. Выясните, сколько оборотов (или импульсов) равно 1кВт/ч — информацию вы найдете на счетчике. Допустим, это 1600 оборотов (или вспышек индикатора). Если при работающем двигателе счетчик делает 20 оборотов в минуту, умножьте эту цифру на 60 (количество минут в часу). Получается 1200 оборотов в час. Разделите 1600 на 1200 (1.3) — это и есть мощность двигателя. Результат тем точнее, чем дольше вы измеряете показания, но небольшая погрешность все равно присутствует.

Определение по таблицам

Как узнать мощность электродвигателя по диаметру вала и другим показателям? В интернете нетрудно найти технические таблицы, с помощью которых можно узнать тип мотора и, соответственно, его мощность. Вам потребуется снять следующие параметры:

  • диаметр вала;
  • частота его вращения или число полюсов;
  • крепежные размеры;
  • диаметр фланца (если двигатель фланцевый);
  • высота до центра вала;
  • длина мотора (без выступающей части вала);
  • расстояние до оси.

Далее — вопрос времени и внимательности. Согласитесь, надежнее измерить детали и узнать точный, без погрешностей результат. В сети есть параметры абсолютно всех, даже очень старых моторов.

Вычисление по количеству оборотов в минуту

Определите визуально количество обмоток статора. Используйте тестер или миллиамперметр для того чтобы узнать число полюсов — при этом не требуется разбирать мотор. Подключите прибор к одной из обмоток и равномерно вращайте вал. Количество отклонений стрелки — это число полюсов. Учтите, что частота вращения вала при данном методе вычисления несколько ниже полученного результата.

Определение по габаритам

Еще один способ — проведение замеров и вычислений. Многие из тех, кто интересуется, как узнать мощность трехфазного двигателя, предпочитают именно его. Вам понадобятся следующие данные:

  • Диаметр сердечника в сантиметрах (D). Он измеряется по внутренней части статора. Также необходима длина сердечника с учетом отверстий вентиляции.
  • Частота валового вращения (n) и частота сети (f).

Через них вычислите показатель полюсного деления. D умножьте на n и на число Пи — назовем это показание А. 120 умножьте на f — это В. Разделите А на В.

Как видите, чтобы подсчитать значение, достаточно вспомнить школьный курс математики.

Определение по мощности, выдаваемой двигателем

Здесь опять придется вооружиться калькулятором. Узнайте:

  • число оборотов вала в секунду (А);
  • показатель тяглового усилия мотора (В);
  • радиус вала © — это можно сделать с помощью штангенциркуля.

Определение мощности электродвигателя в Вт осуществляется по следующей формуле: Ах6.28хВхС.

Для чего необходимо знать мощность двигателя

Из всех технических характеристик электродвигателя (КПД, номинальный рабочий ток, частота вращения и т.д.) самая значимая — мощность. Зная главные данные, вы сможете:

  • Подобрать подходящие по номиналам тепловое реле и автомат.
  • Определить пропускную способность и сечение электрических кабелей для подключения агрегата.
  • Эксплуатировать двигатель согласно его параметрам, не допуская перегрузок.

Мы описали, как замерить мощность электродвигателя разными способами. Используйте тот, который в вашем случае будет оптимальным. Применяя любой из методов, вы подберете агрегат, который будет лучшим образом отвечать вашим требованиям. Но самый эффективный вариант, экономящий ваше время и избавляющий вас от необходимости искать информацию и проводить замеры и расчеты — это сохранить технический паспорт в надежном месте и следить за тем, чтобы шильдик с данными не потерялся.

Источник: www.szemo.ru

Следите за нами в Life-режиме в Instagram
Деловые поездки, офисная жизнь, актуальные разработки в мире электротехники

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector