Шаговые двигатели — как они работают?

Представьте себе простое прикосновение кончика пальца к кончику носа. А теперь попробуем сделать это с закрытыми глазами — это все еще легко сделать благодаря управляющим импульсам, посылаемым из мозга на иннервацию опорно-двигательного аппарата. На первый взгляд несвязанные действия, такие как выполнение прыжков с шестом, хирургическая операция по пересадке роговицы глаза, хонингование гильзы цилиндра поршневого двигателя или калибровка измерительных устройств, требуют наличия общего фактора, а именно точности движений руки человека. Теперь представим, что мы хотим построить руку робота, задача которой — воспроизвести взаимодействие мышц руки с костной системой с помощью набора правильно соединенных колес, шестерен, шарниров, рамы и другие движущиеся части — разве это не впечатляет?

Одна из самых больших проблем при создании такой конструкции — это правильный выбор привода, который является одним из важнейших факторов с точки зрения точности движений. Обычные электродвигатели, ротор которых непрерывно вращается (например, в ручных электроинструментах), не будут в достаточной степени выполнять свою задачу в таком применении. Для этой цели обычно используются двигатели, которые управляются соответствующей электронной системой, в отличие от обычных электродвигателей, они используют ротор, вращающийся дискретным образом, где конечное число отдельных шагов, представленных вращением на повторяемый угол, образовано складывая поворот на полный угол. В этой статье мы расскажем, что такое шаговые двигатели, каковы секреты их конструкции и принцип работы, в каких приложениях их можно найти, каковы их достоинства и недостатки. Так что если вам интересно что такое и где можно шаговые двигатели nema 34 купить, тогда читайте дальше.

Шаговые двигатели — характеристики

Хотя шаговые двигатели также используют напряжение постоянного тока, как и традиционные двигатели постоянного тока с непрерывным вращением, их конструкция немного отличается от последних. Основное отличие — отсутствие щеток и коммутатора — элементов, отвечающих за питание ротора и его постоянное вращение. Шаговый двигатель — что это? За что отвечает это устройство? Узнайте больше позже в этой статье.

Шаговый двигатель — что это?

Шаговый двигатель — это разновидность бесщеточного двигателя, но это название в основном используется для двигателей постоянного тока, известных как BLDC, а также для аналогичных структур в виде синхронных машин с постоянными магнитами, которые питаются от переменного напряжения. Еще одно отличие — конструкция ротора. В обычном двигателе постоянного тока вращение вызывается взаимодействием магнитного поля постоянного магнита (статора) с магнитным полем электромагнита (ротора) от тока в его обмотках.

Строительство шагового двигателя

Однако в шаговом двигателе происходит обратное — ротор выполнен из постоянного магнита, а обмотка образована электромагнитами. Еще одно конструктивное отличие — конструкция статора и ротора. Вместо монолитного магнита (статора) и одного проводника, размещенного в обмотках (роторе), в шаговом двигателе используется зубчатый ротор с постоянными магнитами, который разделен на определенное количество секций, и статор, обмотка которого разделена на такое же количество. секций как ротор.

Принцип работы шагового двигателя

Наконец, ключевое отличие — шаговый двигатель может не только точно вращаться, но и на основе обратной связи — сохранять фиксированное положение в ответ на приложенную механическую нагрузку на валу ротора, что очень важно на этапе проектирования роботов и другие электромеханические системы. Соответствующая система управления обеспечивает подачу напряжения на обмотки шагового двигателя в импульсном режиме, благодаря чему в ответ мы получаем соответствующее значение удерживающего момента на валу ротора, которое удерживает ротор в определенном фиксированном положении, даже при изменении механической нагрузки. В традиционных электродвигателях такого эффекта добиться сложно, если не сказать — посильно.

Преимущества и недостатки шаговых двигателей на практике

Шаговые двигатели имеют много преимуществ. Их использование позволяет точно контролировать различные технологические процессы. В зависимости от шагового разрешения двигателя можно получить поворот на требуемый угол. Однако, если на обмотки подается слишком много импульсов, например, за секунду, двигатель может не успевать за системой управления, что является крайне нежелательным явлением, особенно в профессиональных приложениях — тогда ограничением является механика движущихся частей и параметры ферромагнитных материалов, используемых для ротора и статора. Тогда хорошим решением такой проблемной ситуации будет использование сервопривода с механизмом обратной связи.

Сервомеханизм имеет встроенный диск энкодера на вращающемся элементе, который работает с фотоэлементом, и разъем для подачи питания и управляющих напряжений. Разделение дискового поля на черные и белые кружки одинаковых размеров позволяет через фотоэлектрический датчик передавать в систему управления информацию об угле поворота серворотора. Такое использование обратной связи позволяет точно контролировать положение сервопривода по сравнению с обычным шаговым двигателем, но это также более дорогое решение, поэтому шаговые двигатели более популярны по сравнению с сервоприводами. Хотя шаговые двигатели часто не догоняют точность сервоприводов, они также очень надежны. В ответ на заданные управляющие импульсы двигатель соответствует позиционированию вала в точном положении, установленном системой управления, в сочетании с точной и быстрой реакцией на изменения скорости вращения.

Кроме того, высокий крутящий момент и низкая вибрация в диапазоне низких скоростей поддерживают использование этих двигателей в приложениях, требующих быстрого перемещения ведомых объектов на короткие расстояния. Шаговые двигатели также приобрели популярность в широко понимаемой отрасли, где требуется высокая точность, например, в автоматизированном производстве полупроводников, механических компонентов, фотоэлектрических панелей, диагностического оборудования, фотооборудования, принтеров, а в автомобильной промышленности это ответственный элемент. для поддержания холостого хода двигателя внутреннего сгорания.