Шаговые двигатели

Шаговые двигатели. Ответы на часто задаваемые вопросы Комментировать

Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель представляет собой электромеханическое устройство, преобразующее электрические импульсы в поворот вала двигателя на заданный угол.

Какие преимущества имеют шаговые двигатели?

Основными преимуществами, обеспечивающими шаговым двигателям высокую популярность, являются такие их особенности, как:
– точное перемещение на заданный угол даже в отсутствии обратной связи;
– малая погрешность позиционирования (не более 5% от заданной величины шага) без накапливания ошибки при повторениях;
– длительный срок службы, ограниченный только ресурсом работы подшипников, обеспечиваемый отсутствием в конструкции шагового двигателя щёток;
– возможность работы вала на сверхнизких скоростях без участия редуктора;
– широкий диапазон скоростей.

Какие недостатки имеют шаговые двигатели?

Недостатками шаговых двигателей являются:
– подверженность резонансу;
– возможность пропуска шагов;
– довольно низкое значение удельной мощности;
– обеспечение малого момента при работе на высоких скоростях;
– высокий уровень энергопотребления.

Можно ли разобрать шаговый двигатель?

Большая часть шаговых двигателей имеют неразборный корпус, и это не случайно: внутри шагового двигателя создаётся замкнутый магнитопровод ротора и статора, поэтому вскрытие корпуса неминуемо приведёт к тому, что момент двигателя значительно сократится.

Какова величина минимального угла поворота шагового двигателя?

В режиме полного шага шаговый двигатель может иметь минимальное значение шага, равное 0,9 градуса, т. е. на оборот приходится 400 шагов. Использование микрошагового режима позволяет сильно сократить это значение, однако следует учитывать тот факт, что при делении шага более чем на 16 частей точность позиционирования перестаёт расти.

Какое программное обеспечение лучше использовать для работы с шаговым двигателем?

Современные разработчики предлагают широкий спектр ПО, оптимизированного для работы с ШД. Подбирать ПО следует исходя из поставленных целей и задач. Наиболее распространёнными являются программы MACH3, Turbocnc, LinuxCNC и NC Studio.

На какие характеристики следует обратить внимание, решив купить шаговый двигатель?

Все характеристики, указанные в описании устройства, имеют важное значении при покупке электродвигателя. Важно понимать, что каждый из таких показателей, как индуктивность, напряжение, ток и т.д. определяют главный показатель шагового двигателя: зависимость крутящего момента от скорости. Подбирая шаговый двигатель для готового оборудования, необходимо произвести предварительные расчёты. Если вы не знаете, как сделать это самостоятельно, консультанты нашего торгового дома всегда готовы прийти вам на помощь.

Что такое драйвер шагового двигателя и зачем он нужен?

Драйвер шагового двигателя представляет собой электромеханическое устройство, предназначенное для управления шаговыми двигателями. Использование драйвера совместно с шаговым двигателем позволяет, помимо точного управления, получить такие преимущества, как:
– подавление резонанса;
– возможность подключения дополнительных устройств через вспомогательные гнёзда драйвера;
– функция мягкого старта;
– защита от перенапряжения.

Почему шаговый двигатель перегревается?

В первую очередь, необходимо убедиться, что двигатель действительно перегревается: следует отметить, что нагрев до 80°© является нормальной рабочей температурой для двигателей такого типа. Если же температура нагрева превышает указанное значение, снизить температуры помогут такие мероприятия, как:
– проверка рабочего тока. Часто чрезмерный нагрев шагового двигателя происходит из-за того, что используемый рабочий ток не соответствует номинальному току устройства;
– подключение функции снижения тока обмоток в режиме удержания;
– снижение питающего напряжение является эффективным методом снижения уровня нагрева ШД, но используя данный метод следует учесть, что момент снизится прямо пропорционально питанию;
– при сильном нагреве двигателя и отсутствии возможности снижения его рабочих характеристик выходом из сложившейся ситуации может стать установка на корпус агрегата охлаждающего устройства – радиатора или вентилятора.

Почему шаговый двигатель пропускает шаги?

Пропуск шагов является одной из наиболее часто встречающихся проблем, связанных с эксплуатацией шаговых двигателей. Чаще всего это происходит по следующим причинам:
– высокий резонанс;
– некачественное исполнение самого шагового двигателя или подключённого к нему драйвера;
– ошибки в настройках драйвера: для корректной работы проверьте настройки напряжения и тока;
– слишком большая нагрузка на двигатель. Решить проблему можно снижением скорости, или же заменой электродвигателя на более мощный;
– проблемы, связанные с контактами или генерацией управляющих сигналов STEP/DIR.

Чем бесколлекторный двигатель отличается от шагового?

У меня есть бесколлекторные двигатели от квадрокоптеров. Хочется использовать их в качестве ведущих моторов для ардуино-робота. Хочется потому что, в отличие, от обычных коллекторных двигателей постоянного тока есть возможность точного управления без применения энкодеров для обратной связи.

Стал читать про бесколлекторные двигатели. Пишут, что определение положения ротора происходит по ЭДС, которое наводится на свободную обмотку. Но, это не получится на низких оборотах т.к. ЭДС будет минимальным. Следовательно нет возможности определять положение ротора. И в такой ситуации можно только надеяться, что ротор будет успевать за полем. Если вдруг из-за резкого скачка нагрузки ротор не успеет- произойдет рассинхронизация. Таким образом бесколлекторные моторы без датчиков не применяются в качестве тяговых и для позиционирования.

Но, например, в 3д принтерах применяются шаговые двигатели. На низких оборотах для позиционирования в том числе во фрезерных станках, где ощутимые нагрузки. Поэтому и возник вопрос, а в чем разница между шаговыми двигателями и бесколлекторными? Есть ли возможность использовать бесколлекторный мотор без датчиков в качестве тягового?

Читать еще: Что такое фаза шагового двигателя

Помощь в написании контрольных, курсовых и дипломных работ здесь.

Бесколлекторный двигатель (Обратная ЭДС)
Доброе время суток! Есть бесколлекторный двигатель управляемый по датчикам холла. Необходимо.

Чем отличается =- от -=
Только подробно опишите пожалуйста,у меня из-за этого программа в циклах не правильно считает

Чем отличается if от (?:)
Здравствуйте. Почитываю С++, сам программирую в Делфи. Вот немного запутался. В делфи есть условный.

Чем отличается this от *this?
Привет всем ! вот код template Dictionary &.

С практической точки зрения — бесколлектор для скорости, шаговик для точности. Бесколлекторный без датчиков детектится по току обмотки. Простота двигателя компенсируется сложностью управления, но к счастью сейчас МК с плавающей точкой дешевле чем медь в обмотке. Бесколлекторные на низких оборотах крутить не получится, так что думаю из квадрика будет плохой робот.

Сложно без датчика положения. Да и КПД будет низким на малой скорости. Можно перемотать под низкий Kv, это уменьшит зону в которой невозможно определить положение ротора, снизит максимальную скорость. Но КПД не прибавит, если только серебром перемотать или сверхпроводником.

Безколлекторный может работать как шаговый, вопрос только в характеристиках. Сделан то он не для такого режима. Но для настольной ползалки может оказаться этого достаточно.

Делать бездатчиковое управление (по токам фаз определять положение ротора) Вам наверно не нужно, неоправданно сложно. У меня в этом направлении успехи слабые, можно вот здесь посмотреть. Бездатчиковое серво, чтобы и положение точно знать и момент большой создавать, и с хорошим откликом, такое сделать очень сложно.

Спасибо за ответы. Я так понял, что шаговый и бесколлекторный это по сути одно и то же. Шаговый является бесколлекторным. Просто у них разная величина шага. Разные назначения. Моторы от коптеров предназначены для высоких оборотов и использовать их на низких неэффективно. Правда есть и низкооборотистые бесколлекторники, которые применяются, например, в гироподвесах для камер в тех же коптерах. (Мне кстати не понятно почему не сервы. Может у серв меньше точность и плавность?) Но стоят такие моторы еще намного дороже обычных бесколлекторников, которые и так не дешевые.

Для привода «настольного» роботика, как я понял, эффективнее применить шаговые двигатели если категорически нет желания иметь дело с энкодерами, а знать реальное вращение колес нужно и нужно им управлять.

Шаговой двигатель для ЧПУ: как определиться с выбором?

Какие критерии определяющие для выбора?

Надо помнить о том, что, по сравнению с обычными двигателями, шаговые требуют более сложных схем для управления. А критериев не так уж много.

Параметр индуктивности.

Первый шаг – определение квадратного корня из индуктивности обмотки. Результат потом умножаем на 32. Значение, полученное в качестве итога, потом требуется сравнивать с напряжением источника, от которого питание идёт к драйверу.

Эти числа не должны отличаться друг от друга слишком сильно. Мотор будет греться и шуметь слишком сильно, если напряжение питания больше полученного значения на 30 и больше %. Если же он меньше, то, по мере нарастания скорости, крутящий момент убывает. Чем больше индуктивность – тем проще сохранить высокий крутящий момент. Но для этого надо подобрать драйвер, имеющий большое напряжение питания. Только в этом случае шаговой двигатель работает нормально.

График того, как крутящий момент и скорость зависят друг от друга.

Это позволит понять, насколько двигатель в принципе соответствует запросам и техническому заданию.

Параметры геометрического плана.

Особое внимание рекомендуется уделить диаметру вала, фланцу и длине двигателя.

Кроме того, следующие показатели так же рекомендуется внимательно изучить:

Максимальный статический синхронизирующий момент.
Момент по инерции у роторов.
Ток внутри фазы по номиналу.
Общее сопротивление фаз омического типа.

Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ: критерии

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.
График зависимости крутящего момента от скорости. Позволяет определить, удовлетворяет ли выбранный двигатель условиям в техническом задании.
Геометрические параметры. Имеет значение длина двигателя, фланец и диаметр вала.

Совет: также следует обратить внимание на омическое сопротивление фаз, номинальный ток в фазе, момент инерции ротора, максимальный статический синхронизирующий момент.

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.

Читать еще: Греется двигатель лада приора причина

Совет: еще один способ подбора двигателя – анализ готовых станков на рынке, которые близки по размерам и другим характеристикам к разрабатываемому.

О разновидностях двигателей

Для станка используемая разновидность шаговых двигателей – параметр не менее важный, чем остальные. Каждая модель наделена своими особенностями.

Биполярные чаще всего применяются совместно с ЧПУ.

Главное достоинство – возможность легко выбрать новый драйвер, если старый выходит из строя. На малых оборотах при этом сохраняется высокое удельное сопротивление.

Для них характерна высокая скорость. Актуальны, если именно данному параметру уделяют больше всего внимания в случае выбора.

Это несколько видов биполярных двигателей, которые отличаются друг от друга и подбираются в зависимости от подключения обмотки.

Какие шаговые двигатели нужны для ЧПУ-станка

Разновидность двигателя не менее важна, чем его технические характеристики. Каждый вид имеет свои особенности.

Биполярные. Их чаще всего используют на станках с ЧПУ. Основное преимущество разновидности — возможность установить новый драйвер, если предыдущий вышел из строя. При этом даже на малых оборотах сохранится высокое удельное сопротивление.
Трехфазные. Характеризуются высокой скоростью. Их выбирают в том случае, если важна именно скорость.
Униполярные. Включают в себя несколько разновидностей биполярных. Двигатели отличаются друг от друга, а их подбор осуществляется в зависимости от вида обмотки.

По поводу резонанса при средних частотах

Шаговые двигатели связаны с возникновением сильного резонанса. По сути, они работают, как маятник с подвешенным на пружине грузиком. Роль груза выполняет ротор, а поле с магнитной энергией – пружина. Собственные колебания имеют частоту, определяемую по двум показателям:

Инерция ротора.
Сила тока.

Резонанс появляется, когда разность между скоростью и фазностью момента достигает 180 градусов. Это означает, что присутствует соответствие скорости и изменений внутри магнитного поля. Движение становится быстрым при позиционировании по новому шагу. Крутящий момент падает из-за того, что больше всего энергии уходит, чтобы преодолеть инерцию.

Обзор скоростных характеристик шагового двигателя

Шаговые двигатели находят широкое применение в современной автоматизации. Благодаря низкой стоимости, обширному выбору вида, режима управления, данный тип двигатель популярен не только в заводском оборудовании, но и в самоделках электротехников-любителей (например 3D-принтеры, выжигатели по дереву и прочее). Двигатели данного типа применяются в станкостроении (например в станках ЧПУ), робототехнике, 3D печати благодаря высокой точности позиционирования, широкому диапазону скоростей, быстрому старту, остановки, а также стабильной работе при различных нагрузках.

Шаговый двигатель позволяет осуществлять позиционирование ротора с точностью до долей градуса [1]. Отсюда возникает потребность в управлении плавным изменением скорости перемещаемого объекта шаговым двигателем, что позволит увеличить значение вращающего момента и исключить ударное воздействие на перемещаемый объект.

Существует несколько режимов для управления перемещения ротора шаговым двигателем.

Полношаговый режим — наиболее часто используемый метод управления. Из названия становится понятно, что ротор при подаче напряжения на обмотки совершает полный шаг. Например в двигатель, который состоит из 4 обмоток напряжение подается «попарно». Минус такого режима — возможен резонанс.

Полушаговый режим — режим, который применяется для увеличения точности работы двигателя. Ток подается на все пары обмоток одновременно, тем самым ротор поворачивается ровно на половину от полного шага. Данный режим менее подвержен к появлению резонанса.

Микрошаговый режим — режим, который использует в своей работе подачу тока на обмотки сигналами, а не импульсами, как в других режимах. Такой сигнал называют синусоидальным, при таком сигнале плавно изменяющим значение тока подающееся на обмотки двигателя, снижается количество рывков и ударное воздействие на перемещаемый ротором объект. Данный режим используют станки ЧПУ, так как такое плавное перемещение гарантирует точное позиционирование перемещаемого ротором объекта.

Своевременное изменение значение скорости вращаемого ротора двигателя является важным процессом в работе всей автоматической системы. Во многих станках применяются шаговые двигатели, позволяющие развивать большую мощность и точность позиционирования [2].

Максимальная рабочая скорость двигателя находится в прямой зависимости от следующих характеристик:

Напряжение
Индуктивность обмотки
Ток
Количество шагов
Тип подключения обмоток (4, 6 выводной и т.д.)
Сопротивление

Шаговый двигатель управляется последовательной поочередной подачей определенных импульсов напряжения на обмотки первой и второй фазы возбуждения [3]. Для развития больших скоростей ротору двигателя требуется начинать на низких скоростях из области старта (рисунок 1), после чего выполнять разгон плавно увеличивая величину ускорением. Важно не превышать в области старта значение максимальной скорости. При выполнении остановки вращения выполняется обратный порядок действий, а именно выполняется торможение и в области старта прекращается подача импульсов управления с микроконтроллера. Если нарушить последовательность шагов синхронное перемещение и положение ротора будут потеряны. При разгоне может возникнуть неблагоприятное явление — резонанс. Резонанс замечен меньше при таких режимах работы шагового двигателя как микрошаговый и полушаговый. При появлении резонанса падает момент, из-за чего двигатель начинает пропускать шаги. Наиболее простое решение проблемы резонанса является установка двигателя с более сильными мощностными характеристиками. Для наиболее стабильного разгона желательно иметь нагрузку, при которой момент инерции как минимум равен моменту инерции ротора. На слабо-нагруженном двигателе явление резонанса проявляется наиболее сильно.

Читать еще: Двигатель d20dt технические характеристики

Рисунок 1. График зависимости момента шагового двигателя от скорости

Для исполнения процессов разгона или торможения важно правильно сформулировать закон, по которому изменяется значение скорости и установить максимально допустимое значение ускорения. Ускорение должно уменьшаться при увеличении инерционности нагрузки. Для выбора нужного режима разгона необходимо установить нужную скорость и добиться ее за минимальное время. Чаще всего применяется постоянное ускорение для процесса разгона и торможения двигателя.

Микроконтроллер управляет ускорением и торможением двигателя посредством заданного закона, также выполняет роль источника тактовой частоты для драйвера.

Для наиболее абстрактного от деталей случая необходимо установить зависимость длительности шага от текущей скорости.

Характеристика отражающая количество шагов, выполненных при разгоне ротора представим как:

где V — скорость, t — время, N — количество шагов, a — ускорение

Тогда длительность одного шага вычисляется как:

Почему дергает двигатель на Ниссан

Популярные причины
Когда дергается на ХХ

Если двигатель на Ниссан дергается —идет кратковременная вибрация по всей машине, то причин бывает несколько. Чтобы определить ее точнее, нужны более подробные симптомы. Например, когда автомобиль вибрирует только на старте, и оборудован механической КПП, в 90% случаях бывает «виноват» диск сцепления или корзина.

Когда дергается на ХХ

Работа в режиме холостого хода предполагает, что обороты мотора низкие, педаль газа не выжата, а воздух попадает в цилиндры не через дроссельную заслонку. Двигатель на ХХ не передает крутящий момент на колеса.

Итак, почему мотор Ниссана дергается на малых оборотах и ХХ:

Изношены подушки двигателя. В этом случае автомобиль будет вибрировать также на скорости.
Сбоит один из цилиндров ДВС.
Неисправны свечи зажигания или бронепровода. Проверить это очень просто, достаточно снять элементы и осмотреть.
Загрязнены инжекторные форсунки, бензонасос, топливные магистрали.
Неполадки с воздушным фильтром. Этот расходник рекомендуется проверять и обновлять с каждой заменой моторного масла.
Сбоит электронный блок управления. Обычно такое происходит из-за неисправных датчиков, которых на автомобиле Nissan довольно много. Это целая группа исполнительных устройств, обменивающихся с ЭБУ данными. Чаще имеет свойство повреждаться ДМРВ.
Неполадки с РХХ. Это тоже датчик, регулирующий холостой ход на машине.

А вообще, датчики — это головная боль моделей Nissan. К примеру, часто популярная в РФ Ниссан Альмера H16 дергается при разгоне, как раз по причине глюка датчиков положения распредвала и коленвала.

Если ваш Ниссан старого образца с карбюратором, то «виновником» вибраций может стать дозатор топлива. Обычно загрязняются жиклеры или неправильно бывают проведены настройки. Не исключено, что в систему подсасывает лишний воздух, вызывающий дерганья карбюраторного мотора.

Отдельного внимания заслуживают дизельные Nissan. Такие автомобили оснащаются чувствительным ТНВД с множеством подвижных элементов. Когда они засоряются или частично повреждаются, то возможны вибрации автомобиля из-за троения по цилиндрам ДВС.

Таким образом, двигатель Ниссан может вибрировать из-за целого ряда причин. Своевременно проводите плановые работы и заменяйте расходники, чтобы уберечь себя от такой проблемы.

Если найти и устранить причину не удается, позвоните или напишите нам — мы забронируем вас, и вы пройдете техосмотр без очереди. Можете также найти ответы на нашем сайте. У нас ремонтируют все модели производителя — Nissan Almera и другие.

0 0 голоса

Рейтинг статьи

Шаговые двигатели