Как да направите стъпков двигател

Стъпкови двигатели се намират в автомобили, принтери, компютри, перални машини, електрически самобръсначки и много други устройства от ежедневието. Въпреки това, много радиолюбители все още не знаят как да направят такава моторна работа и какво е тя. Така че, нека да разберете как да използвате стъпков двигател.

Стъпкови двигатели са част от класа на двигатели, известни като безчеткови мотори. Намотките на стъпковия двигател са част от статора. На ротора има постоянен магнит или, за случаите с променливо магнитно съпротивление, блок на предавка от мек магнитен материал. Всички комутации се правят от външни вериги. Обикновено системата на мотор-контролера е проектирана така, че роторът да може да се изведе на всяка фиксирана позиция, т.е. системата се контролира от позицията. Цикличното позициониране на ротора зависи от неговата геометрия.

Видове стъпкови двигатели

Има три основни вида стъпкови двигатели: променлива индуктивност, двигатели с постоянен магнит и хибридни двигатели.

Променливите индуктивни двигатели използват само генерираното магнитно поле върху централния вал, което го прави да се върти и е в съответствие с напрежението на електромагнитите.

Синхронни са подобни на тях, с изключение на това, че централният вал е поляризирана в северната и южната магнитни полюси, което съответно ще го върти в зависимост от това какъв вид електромагнити са включени.

Хибридният двигател е комбинация от двете предишни. Неговият магнетизиран централен вал има два комплекта зъби за двата магнитни полюса, които след това се подреждат със зъбите по електромагнитите. Благодарение на двойния набор от зъби на централния вал, хибридният двигател има най-малкия размер и е един от най-популярните видове стъпкови двигатели.

Униполярни и биполярни стъпкови двигатели

Също така има още два вида стъпкови двигатели: еднополюсни и биполярни. На основно ниво тези два типа работят по същия начин; електромагнитите са включени в сериен вид, което кара централния вал на двигателя да се върти.

Но еднополюсният стъпков двигател работи само с положително напрежение, а биполярният стъпков двигател има два полюса - положителни и отрицателни.

Това означава, че действителната разлика между тези два вида е, че за еднополюс се изисква допълнителен проводник в средата на всяка серпентина, което ще позволи токът да премине или към единия край на серпентината, или към друг. Тези две противоположни посоки създават две полярности на магнитното поле, в действителност симулират както положителното, така и отрицателното напрежение.

Въпреки че и двете имат едно общо ниво на 5V на захранващото напрежение, биполярно стъпков мотор ще има повече въртящ момент, защото токът през намотката, създаване на силно магнитно поле. От друга страна, на еднополюсния стъпкови двигатели използват само половината от дължината на бобината поради допълнителен проводник в средата на бобината и по този начин по-малко въртящ момент е на разположение за провеждане на вала на място.

Свързване на стъпкови двигатели

Различни стъпкови двигатели могат да имат различен брой проводници, обикновено 4, 5, 6 или 8. линия 4-жица може да поддържа само биполярни стъпкови двигатели, тъй като те нямат централната жица.

5-проводни и 6-проводни механизми могат да се използват както за еднополюсни, така и за биполярни стъпкови двигатели, в зависимост от това дали централният проводник се използва на всяка от намотките или не. 5-жична конфигурация означава, че централните проводници са свързани вътрешно към два комплекта намотки.

Методи за управление на стъпкови двигатели

Има няколко различни начина за управление на стъпкови двигатели - пълна стъпка, половин стъпка и микро стъпка. Всеки от тези стилове предлага различни въртящи моменти, стъпки и размери.

Пълна стъпка - това устройство винаги има два електромагнита. За въртене на вала един от електромагнитите се изключва и след това се включва електромагнитът, което води до завъртане на вала с 1/4 от зъба (най-малко за хибридни стъпкови двигатели). Този стил има най-голям въртящ момент, но и най-големият размер на стъпката.

Половин стъпка. За да завъртите централния вал, първият електромагнит се задейства като първа стъпка, а втората е под напрежение, а първата - все още работи на втората стъпка. В третата стъпка първият електромагнит се изключва и четвъртата стъпка е завъртане към третия електромагнит, а вторият електромагнит продължава да работи. Този метод използва два пъти повече стъпки, отколкото пълната стъпка, но има и по-малък въртящ момент.

Микростепедът има най-малката стъпка от всички тези стилове. Въртящият момент, свързан с този стил, зависи от това колко ток тече през бобините в определено време, но винаги ще бъде по-малко, отколкото при пълна стъпка.

Схема за свързване на стъпкови двигатели

За да управлявате стъпков двигател, се нуждаете от контролер. Контролерът е верига, която захранва напрежение към някоя от четирите статорни намотки. Контролните схеми са доста сложни в сравнение с конвенционалните електродвигатели и имат много функции. Няма да ги разгледаме подробно тук, а просто да дадем част от популярния контролер на ULN2003A.

По принцип стъпкови двигатели са чудесен начин да превърнете нещо в точен ъгъл с много въртящ момент. Друго предимство на тях е, че скоростта на въртене може да бъде постигната почти незабавно, когато посоката на въртене е обърната.

Как да свържете стъпков двигател

Стъпкови двигатели и техните микропроцесорни системи за управление

За работата на почти всички електрически уреди са необходими специални задвижващи механизми. Ние предлагаме да се смята, че такова биполярно стъпков мотор на, неговата принцип на работа, как да се направи и инсталиране на устройството с ръцете си, както и къде да си купя един генератор с предавка.

Информация за стъпков диск

Еднополярен или биполярен стъпков двигател (мотор) е специален електродвигател без постоянен ток, който разделя пълната революция на няколко равни стъпки. За да работите с това устройство, ви е необходима специална част: контролер на стъпков мотор.

Снимки - Stepper мотор

Магнитните части и намотки също се консумират и има също и арматурно табло (контролен блок), сигнализатори, предаватели.

Снимка - Stepper моторни контролер

Използва се главно за машини за смилане и фрезоване, за експлоатация на различни домакински уреди, производствени механизми и превозни средства.

Видео: Стъпкови двигатели

Принцип на действие

Когато напрежението е приложено към клемите, специалните четки на мотора започват непрекъснато да се въртят. празен ход Стъпков двигател е уникален заради важни свойства: изчисли получени входни импулси (обикновено правоъгълна ориентация) в предварително определена позиция на заявената задвижващия вал.

Всеки импулс придвижва вала под определен ъгъл. Устройствата с такъв редуктор са най-ефективни, ако имат няколко електромагнита тип зъбно колело, разположени около централно зъбно колело от желязо. Електромагнитите се възбуждат от верига за външно управление, която най-често се представя от микроконтролер. За да се извърши въртенето на вала на двигателя, един електромагнит, към който е приложена енергията, привлича зъбите на зъбното колело към неговата повърхност. Когато са подравнени с водещия електромагнит, те са леко изместени към следващата магнитна част.

Първият електромагнит трябва да се изключи и следващият електромагнит трябва да се включи, а след това зъбното колело ще се завърти, за да се приведе в съответствие с предишното колело, след което процесът ще се повтори многократно. Тези ротации се наричат ​​постоянна стъпка, скоростта на въртене на двигателя се определя чрез преброяване на броя на стъпките за пълно завъртане или завъртане на двигателя.

Снимка - Стъпков двигател с разглобяема форма

Контролната схема на стъпковия двигател е, както следва:

Снимка - Управление на стъпков двигател

Снимка - Схема за управление на стъпков двигател

Снимки - Обикновена схема

Също така, драйверът за стъпков двигател се използва за наблюдение на работата на устройството. Това е необходимо, ако настроите мотора, за да работите с машината с ЦПУ, отделен ветрогенератор или да го използвате, за да управлявате вятърната мелница.

Описание на видовете стъпкови двигатели

Съществуват основно четири основни типа стъпкови мотори:

• С постоянен магнит
• Хибриден синхронен стъпвач
• Променливата.

Задвижване с постоянен магнит

Устройствата с магнити използват магнитна част в ротора. Те работят върху принципа на привличане или отблъскване от ротора и статора на електромагнитния двигател. Променлива-стъпков двигател има прост ротор желязо и работи на базата на основния принцип, че минималната допустима отблъскване се случва с най-малък просвет, изхождайки от този момент на ротора са привлечени от магнитните полюси на статора. Хибридните устройства съчетават и двата описани по-рано принципа - това са най-скъпите устройства.

Снимки - Хибриден Stepper Motor

Стъпаловидни двуфазни двигатели

Най-често срещаният вид на тези механизми се счита за стъпков двуфазен двигател. Това устройство е достатъчно просто, за да може да се инсталира без никакво опит и по-скоро сложно, за да струва повече от асинхронен двигател.

Поетапният двуфазен домашно произвеждан и закупен двигател може да има два основни вида намотка за електромагнитни намотки: биполярни и еднополюсни.

Еднополярен (еднополюсен) стъпков двигател е оборудван с една намотка с централен магнитен кран, който засяга всяка фаза. Всяка част от намотката е включена, за да осигури определена посока на магнитното поле. Тъй като в такава конструкция на магнитен полюс може да работи без допълнителен ключ, сегашната посока превключване веригата са направени много проста (например стандартно средно мотор ще само един транзистор) за всяка намотка. Обикновено, като се имат предвид фазовите смени: три проводника на фаза и шест за изходния сигнал са типични за двуфазовия двигател.

Снимка - Рисуване на двуфазен електродвигател

Стъпкови двигатели и техните микропроцесорни системи за управление са много интересна част от електроинженерните науки. Микроконтролерът на двигателя може да се използва за активиране на транзистора в желаната последователност (определена от програмата).

На свой ред намотките могат да бъдат свързани чрез докосване на свързващите проводници заедно с постоянните магнити на мотора. Ако са свързани бобините, валът ще бъде трудно да се завърти. Съпротивлението между общата жица и края на намотката е винаги равно на половината съпротивление между краищата на намотките и краищата на проводниците. Това е така, защото общата жица е винаги по-дълга от половината, която свързва намотките.

Биполярните мотори са оборудвани с еднофазна намотка. Токът в него се връща с помощта на магнитен полюс, така че веригата за управление трябва да бъде по-сложна, обикновено с свързващ мост. Има два проводника на фаза, но те не са често срещани. Смесването на сигнала на стъпков двигател с по-висока честота може да намали ефекта на триене на системата.

Снимки - Стъпков бифазен мотор

Също така, има трифазен мотор, тя има тесен диапазон от дейности, като механизъм степер се използва за фрезови машини с ЦПУ (които се движат от компютър), като например Opel Vectra автомобили, Nissan, Renault, ВАЗ, както и други средства за транспорт, което изисква използването на педала на газта. Също така за устройството и принтера на Epson е стъпков мотор EM-234 (EM-234).

Как да свържете стъпков двигател

Стартовият мотор е свързан в съответствие с определена схема, в зависимост от това колко кабели има устройството и как искате да стартирате устройството.

Стъпкови двигатели могат да бъдат снабдени с четири, пет, шест или осем кабела. Ако двигателят има четири проводника, той може да се използва само с биполярно устройство. Всяка от двете фазови намотки има двойка жици. Използвайте измервателния уред за определяне на двойки проводници с непрекъсната комуникация между тях, за да свържете водача стъпка по стъпка.

Мощният шест-жичен мотор има двойка проводници за всяка намотка и централен кран за всяка намотка. Той може да бъде свързан към еднополюсно или биполярно устройство. Използвайте габарита, за да отделите жицата. За да се свържете с устройство с едно устройство, можете да използвате всичките шест проводника. За биполярни, само един край на проводника и един централен кран на всяка намотка.

Петте проводниковият двигател е подобен на шест-проводно устройство, но централните клеми са свързани вътрешно като твърд кабел и преминават към един проводник. Следователно, практически е невъзможно да се разделят намотките един от друг без разкъсвания. Най-доброто решение е да се определи центъра на проводника и да се свържете с други проводници, този режим е не само много безопасен, но и най-ефективен. След като свържете устройството и проверете неговата работа.

Снимка - инсталиране на стъпков двигател

Технически спецификации

Номиналното напрежение ще доведе до първична намотка при постоянен ток.

Първоначалната скорост на въртящия момент на стъпковия двигател ще се промени пропорционално на тока. От задвижващата верига и индуктивността на намотките зависи от това колко бързо линейният момент намалява при последващи по-високи скорости. Често стъпкови двигатели са пригодени за тежки работни условия, имат степен на защита IP65.

Често се сравняват серво мотор (серво) и модел на топка, но последните работят много по-дълго и са по-продуктивни, те се нуждаят от по-рядък ремонт. Но устройството може да пропусне повече волта. Поради това не е уместно да се сравняват тези модели.

Преди да изберете устройство, трябва да знаете характеристиките на най-популярните руски двигатели:

Не по-малко използва активно DSHR-40 (четири-фаза), NEMA 23, SanyoDenkiSM28, FDD (флопи диск - дискета), SM-200-0.22, SP-57, STH-39D1112, Purelogic RD с енкодер. За да намерите правилния електродвигател, трябва да изчислите необходимите параметри на мощност, напрежение и въртящ момент. За да определите тези данни, трябва да изчислите.

Най-очевидният проблем със стъпковия двигател е управлението на стъпковия двигател без контролер. За да разрешите този проблем, трябва да използвате специален логически свързващ модул, който ще ви помогне да управлявате устройството без чип контролер. Но ние ви препоръчваме да се изработи система за управление на стъпков мотор е контролера: Attiny2313, AVR-USB-MEGA16 (свързан чрез USB), CNC-1318, HDD, PLCM-LPT, PIC, CD горната граница на нормата, Arduino (Arudino) UNO, ATmega8, L293D шофьор,

Снимка - Биполярен стъпков моторни контролер

Преглед на цените

Продажба на стъпковия двигател се извършва в Русия, Украйна, Беларус и други страни във всеки електрически магазин, цената зависи от типа на устройството, мощност в киловати и неговото предназначение.

КОНТРОЛ НА МОТОРНИ СТРЕЛКИ

Стъпкови двигатели се намират в автомобили, принтери, компютри, перални машини, електрически самобръсначки и много други устройства от ежедневието. Въпреки това, много радиолюбители все още не знаят как да направят такава моторна работа и какво е тя. Така че, нека да разберете как да използвате стъпков двигател.

Стъпкови двигатели са част от класа на двигатели, известни като безчеткови мотори. Намотките на стъпковия двигател са част от статора. На ротора има постоянен магнит или, за случаите с променливо магнитно съпротивление, блок на предавка от мек магнитен материал. Всички комутации се правят от външни вериги. Обикновено системата на мотор-контролера е проектирана така, че роторът да може да се изведе на всяка фиксирана позиция, т.е. системата се контролира от позицията. Цикличното позициониране на ротора зависи от неговата геометрия.

Видове стъпкови двигатели

Има три основни вида стъпкови двигатели: променлива индуктивност, двигатели с постоянен магнит и хибридни двигатели.

Променливите индуктивни двигатели използват само генерираното магнитно поле върху централния вал, което го прави да се върти и е в съответствие с напрежението на електромагнитите.

Синхронни са подобни на тях, с изключение на това, че централният вал е поляризирана в северната и южната магнитни полюси, което съответно ще го върти в зависимост от това какъв вид електромагнити са включени.

Хибридният двигател е комбинация от двете предишни. Неговият магнетизиран централен вал има два комплекта зъби за двата магнитни полюса, които след това се подреждат със зъбите по електромагнитите. Благодарение на двойния набор от зъби на централния вал, хибридният двигател има най-малкия размер и е един от най-популярните видове стъпкови двигатели.

Униполярни и биполярни стъпкови двигатели

Също така има още два вида стъпкови двигатели: еднополюсни и биполярни. На основно ниво тези два типа работят по същия начин; електромагнитите са включени в сериен вид, което кара централния вал на двигателя да се върти.

Но еднополюсният стъпков двигател работи само с положително напрежение, а биполярният стъпков двигател има два полюса - положителни и отрицателни.

Това означава, че действителната разлика между тези два вида е, че за еднополюс се изисква допълнителен проводник в средата на всяка серпентина, което ще позволи токът да премине или към единия край на серпентината, или към друг. Тези две противоположни посоки създават две полярности на магнитното поле, в действителност симулират както положителното, така и отрицателното напрежение.

Въпреки че и двете имат едно общо ниво на 5V на захранващото напрежение, биполярно стъпков мотор ще има повече въртящ момент, защото токът през намотката, създаване на силно магнитно поле. От друга страна, на еднополюсния стъпкови двигатели използват само половината от дължината на бобината поради допълнителен проводник в средата на бобината и по този начин по-малко въртящ момент е на разположение за провеждане на вала на място.

Свързване на стъпкови двигатели

Различни стъпкови двигатели могат да имат различен брой проводници, обикновено 4, 5, 6 или 8. линия 4-жица може да поддържа само биполярни стъпкови двигатели, тъй като те нямат централната жица.

5-проводни и 6-проводни механизми могат да се използват както за еднополюсни, така и за биполярни стъпкови двигатели, в зависимост от това дали централният проводник се използва на всяка от намотките или не. 5-жична конфигурация означава, че централните проводници са свързани вътрешно към два комплекта намотки.

Методи за управление на стъпкови двигатели

Има няколко различни начина за управление на стъпкови двигатели - пълна стъпка, половин стъпка и микро стъпка. Всеки от тези стилове предлага различни въртящи моменти, стъпки и размери.

Пълна стъпка - това устройство винаги има два електромагнита. За въртене на вала един от електромагнитите се изключва и след това се включва електромагнитът, което води до завъртане на вала с 1/4 от зъба (най-малко за хибридни стъпкови двигатели). Този стил има най-голям въртящ момент, но и най-големият размер на стъпката.

Половин стъпка. За да завъртите централния вал, първият електромагнит се задейства като първа стъпка, а втората е под напрежение, а първата - все още работи на втората стъпка. В третата стъпка първият електромагнит се изключва и четвъртата стъпка е завъртане към третия електромагнит, а вторият електромагнит продължава да работи. Този метод използва два пъти повече стъпки, отколкото пълната стъпка, но има и по-малък въртящ момент.

Микростепедът има най-малката стъпка от всички тези стилове. Въртящият момент, свързан с този стил, зависи от това колко ток тече през бобините в определено време, но винаги ще бъде по-малко, отколкото при пълна стъпка.

Схема за свързване на стъпкови двигатели

За да управлявате стъпков двигател, се нуждаете от контролер. Контролерът е верига, която захранва напрежение към някоя от четирите статорни намотки. Контролните схеми са доста сложни в сравнение с конвенционалните електродвигатели и имат много функции. Няма да ги разгледаме подробно тук, а просто да дадем част от популярния контролер на ULN2003A.

По принцип стъпкови двигатели са чудесен начин да превърнете нещо в точен ъгъл с много въртящ момент. Друго предимство на тях е, че скоростта на въртене може да бъде постигната почти незабавно, когато посоката на въртене е обърната.

Как работят стъпкови двигатели ROBOTOSHA

Използването на стъпкови двигатели е едно от най-простите, най-евтините и най-лесните решения за внедряване на прецизни системи за позициониране. Тези мотори често се използват в различни машини и роботи с ЦПУ. Днес ще говоря за начина, по който са подредени стъпкови двигатели и как работят.

Какво е стъпков двигател?

На първо място, стъпковият мотор е двигателят. Това означава, че превръща електрическата енергия в механична енергия. Основната разлика между него и всички други видове двигатели е начинът, по който се извършва въртенето. За разлика от другите мотори, стъпковите мотори не се въртят непрекъснато! Вместо това те се въртят на стъпки (оттук и името им). Всяка стъпка представлява част от пълния оборот. Тази част основно зависи от механичното разположение на двигателя и от избрания метод за управление на двигателя. Стъпковият двигател също се различава в начина на хранене. За разлика от AC или DC двигателите, те обикновено се задвижват от импулси. Всеки импулс се превръща в степента, в която се извършва въртенето. Например, един 1.8-степенен мотор върти своя вал с 1.8 ° при всеки входящ импулс. Често, поради тази характеристика, стъпкови двигатели се наричат ​​също цифрови.

Основи на стъпковия двигател

Както всички двигатели, стъпкови двигатели се състоят от статор и ротор. Роторът има постоянни магнити, а статорът включва рулони (намотки). Стъпков двигател като цяло изглежда така:

Тук виждаме 4 намотки, разположени под ъгъл от 90 ° един спрямо друг, поставени върху статора. Разликите в начините на свързване на намотките в крайна сметка определят вида на свързване на стъпковия мотор. На фигурата по-горе, намотките не са свързани помежду си. Двигателят в тази схема има въртяща се стъпка равна на 90 °. Намотките се използват в кръг - един след друг. Посоката на въртене на вала се определя от реда, в който са активирани намотките. По-долу е работата на такъв двигател. Токът преминава през намотките на интервали от 1 секунда. Двигателният вал се върти на 90 ° всеки път, когато протича ток през бобината.

Режими на управление

Сега нека да разгледаме различните начини за подаване на ток към намотките и да видим как се върти валът на двигателя в резултат на това.

Управление на вълната или пълно управление на една намотка

Този метод е описан по-горе и се нарича вълнов контрол на една намотка. Това означава, че само една намотка носи електрически ток. Този метод рядко се използва. По принцип се използва за намаляване на потреблението на енергия. Този метод ви позволява да получите по-малко от половината от въртящия момент на двигателя, поради което товарът на двигателя не може да бъде значителен.

Този двигател ще има 4 стъпки на оборот, което е номиналният брой стъпки.

Режим пълен контрол

Вторият и най-често използваният метод е пълен метод. За осъществяване на този метод, напрежението към намотките се доставя по двойки. В зависимост от начина, по който намотките са свързани (серийно или успоредно), двигателят ще изисква двойно напрежение или двоен ток, за да работи по отношение на необходимата намотка на една намотка. В този случай двигателят ще произведе 100% от номиналния въртящ момент.

Този двигател има 4 стъпки на пълно завъртане, което е номиналният брой стъпки за него.

Режим в половин стъпка

Това е много интересен начин да се удвои точността на позициониращата система, без да се променя нищо в хардуера! За да се приложи този метод, всички двойки намотки могат да бъдат захранвани едновременно, в резултат на което роторът ще се превърне в половината от нормалната си стъпка. Този метод може да бъде реализиран с помощта на една или две намотки. Ето как работи.

Използвайки този метод, един и същ мотор може да даде два пъти повече стъпки на оборот, което означава двойна точност за позициониращата система. Например този мотор ще даде 8 стъпки на революция!

Режим Microstep

Microstepping е най-често използваният метод за управление на стъпкови двигатели досега. Идеята за микро стъпката е да захранва моторните намотки на електрозахранването не с импулси, а сигнал, в своята форма наподобяващ синусоида. Този метод за смяна на позицията от една стъпка към следващата позволява по-гладко движение, което прави стъпкови двигатели широко използвани в приложения като позициониращи системи в машини с ЦПУ. В допълнение, драскотините на различни части, свързани към мотора, както и тремовете на самия мотор са значително намалени. В режим "microstep", стъпковият мотор може да се върти гладко като конвенционални DC мотори.

Формата на тока, протичащ през намотката, е подобен на синусоида. Могат да се използват и форми на цифрови сигнали. Ето няколко примера:

Методът "microstep" е всъщност метод за захранване на двигателя, а не метод за управление на намотките. Следователно, микро стъпките могат да се използват както за управление на вълните, така и за режим на пълен контрол. Работата по този метод е показана по-долу:

Въпреки че изглежда, че в режим "микростепеция", стъпките стават по-големи, но всъщност това не се случва. За да се подобри точността, често се използват трапецовидни зъбни колела. Този метод се използва за осигуряване на гладко движение.

Видове стъпкови двигатели

Стъпков двигател с постоянен магнит

Роторът на такъв двигател носи постоянен магнит под формата на диск с два или повече полюса. Работи точно както е описано по-горе. Станционните намотки ще привличат или отблъскват постоянния магнит върху ротора и по този начин ще създадат въртящ момент. По-долу има диаграма на стъпков двигател с постоянен магнит.

Обикновено размерът на стъпките на такива двигатели е в диапазона 45-90 °.

Stepper мотор с променливо магнитно съпротивление

За двигатели от този тип на ротора няма постоянен магнит. Вместо това роторът е изработен от магнитен мек метал под формата на зъбно колело, като зъбна предавка. Статорът има повече от четири намотки. Намотките се задвижват в противоположни двойки и привличат ротора. Липсата на постоянен магнит оказва отрицателно влияние върху количеството въртящ момент, значително намалява. Но има голям плюс. Тези двигатели нямат спирателен момент. Спирачният момент е въртящият момент, генериран от постоянните магнити на ротора, които са привлечени от статорната армировка при липса на ток в намотките. Можете лесно да разберете какво е за момент, ако се опитате да изключите ръката от стъпковия двигател с постоянен магнит. Ще почувствате отличими кликвания на всяка стъпка на двигателя. Всъщност, какво ще почувствате и ще бъде фиксиращият момент, който привлича магнитите към статорната арматура. Работата на стъпков двигател с променливо магнитно съпротивление е показана по-долу.

Стъпковите двигатели с променливо магнитно съпротивление обикновено имат стъпка, разположена в диапазона от 5-15 °.

Хибриден стъпков двигател

Този тип стъпкови двигатели е наречен "хибрид", защото съчетава характеристиките на стъпкови двигатели с постоянни магнити и с променливо магнитно съпротивление. Те имат отлично задържане и динамичен въртящ момент, както и много малък размер на стъпката, разположени в рамките на 0.9-5 °, осигуряващи отлична точност. Техните механични части могат да се въртят при по-високи скорости, отколкото другите видове стъпкови двигатели. Този тип двигател се използва в CNC машини от висок клас и в роботи. Основният им недостатък е високата цена.

Конвенционален мотор с 200 стъпки на оборот ще има 50 положителни и 50 отрицателни полюса с 8 намотки (4 двойки). Поради факта, че такъв магнит не може да бъде произведен, е намерено елегантно решение. Взети са два отделни 50-зъбни диска. Използва се и цилиндричен постоянен магнит. Дисковете са заварени едно с положителното, а другото с отрицателния полюс на постоянния магнит. По този начин един диск има положителен полюс на зъбите, а другият - отрицателен.

Две 50-зъбни дискове се поставят отгоре и отдолу на постоянен магнит

Номерът е, че дисковете са поставени по такъв начин, че ако ги погледнете отгоре, те изглеждат като един 100-зъбен диск! Повдигането на един диск се комбинира с депресии, от друга.

Депресиите на един диск са подравнени с височините на другия

По-долу е работата на хибриден стъпков двигател, който има 75 стъпки на оборот (1,5 ° на стъпка). Струва си да се отбележи, че 6 намотки са сдвоени, всяка от които има намотка от противоположната страна. Вероятно очаквахте, че рулоните са под ъгъл 60 °, но всъщност не е така. Ако се приеме, че първата двойка е най-горната и най-ниската серпентина, втората двойка се измества под ъгъл 60 + 5 ° по отношение на първия и третият се измества с 60 + 5 ° по отношение на втората. Ъгловата разлика е причината за въртенето на двигателя. Могат да се използват режими на управление с пълна и половин стъпка, както и управление на вълните, за да се намали консумацията на енергия. По-долу е показан пълен контрол. В полу-стъпков режим броят на стъпките ще се увеличи до 150!

Не се опитвайте да следвате намотките, за да видите как тя работи. Просто се съсредоточи върху една намотка и изчакайте. Ще забележите, че, когато се цели бобината, има 3 положителен полюс (в червено) в рамките на 5 ° зад себе си, които са привлечени от посоката на въртене, а другият 3 отрицателен полюс (в синьо) в 5 ° напред, което изтласква в посока на въртене. Циклично изменение на бобина винаги се намира между положителните и отрицателните полюси.

Свързване на намотките

Стъпкови двигатели принадлежат към многофазни двигатели. Повече намотки, а след това повече фази. Повече фази, по-плавна работа на двигателя и по-скъпи разходи. Въртящият момент не е свързан с броя на фазите. Най-често срещаните са двуфазни двигатели. Това е минималното количество, необходимо за функционирането на стъпков двигател. Тук е необходимо да се разбере, че броят на фазите не определя непременно броя на намотките. Например, ако всяка фаза има 2 двойки намотки и двигателят е двуфазен, броят на намотките ще бъде 8. Това определя само механичните характеристики на мотора. За простота ще разгледам най-простия двуфазен двигател с една двойка намотки на една фаза.

Има три различни типа връзка за двуфазни стъпкови двигатели. Намотките са взаимосвързани и, в зависимост от връзката, се използва различен брой жици за свързване на мотора към контролера.

Биполярен мотор

Това е най-простата конфигурация. Използвайте 4 проводника, за да свържете мотора към контролера. Намотките са свързани вътрешно серийно или успоредно. Пример за биполярен мотор:

Двигателят има 4 терминала. Два жълти терминала (цветовете не отговарят на стандартните!) Захранвайте вертикалната намотка, двете розови - хоризонталната намотка. Проблемът с тази конфигурация е, че ако някой иска да промени магнитната полярност, единственият начин е да промените посоката на електрическия ток. Това означава, че веригата на водача ще стане по-сложна, например, ще бъде H-мост.

Униполярен мотор

В еднополюсен мотор, общият проводник е свързан към точката, където двете намотки са свързани помежду си:

Използвайки този обикновен проводник, лесно можете да промените магнитните полюси. Да предположим, например, че сме свързали обща жица към земята. След като хранехме един изход от намотката първо, а след това другият - променим магнитните полюси. Това означава, че веригата за използване на биполярен мотор е много проста, обикновено се състои само от два транзистора на фаза. Основният недостатък е, че всеки път се използват само половината от наличните намотки намотки. Това е същото като при управлението на вълната на двигателя с възбуждане на една намотка. По този начин въртящият момент е винаги около половината от въртящия момент, който може да се получи, ако са заети двете намотки. С други думи, еднополюсните двигатели трябва да са два пъти по-големи от двуполюсния двигател, за да осигурят същия въртящ момент. Един двуполюсен мотор може да се използва като биполярен мотор. За да направите това, оставете обикновения кабел несвързан.

Монополярни двигатели могат да имат 5 или 6 щифта за свързване. Фигурата по-горе показва еднополюсен мотор с 6 извода. Има двигатели, в които са свързани вътрешно два общи жила. В този случай моторът има 5 терминала за свързване.

8-пинов стъпков двигател

Това е най-гъвкавият стъпков мотор по отношение на връзката. Всички намотки имат заключения от двете страни:

Този двигател може да бъде свързан по един от възможните начини. Тя може да бъде свързана като:

• 5 или 6-пинов еднополюсен,
• биполярно със серийно свързани намотки,
• биполярно с паралелно свързани намотки,
• двуполюсен с еднофазно свързване за приложения с ниска консумация на ток

Как да се свържете с Stepper моторни Arduino Uno?

Инструментите с ЦПУ понякога се използват в производството (софтуер за числено управление). Устройствата ви позволяват да изрежете плоски части, да направите красиви дърворезби и много други. За днес по един начин 3D-принтер, и все повече и повече нараства популярност. Наскоро научих, че учените в САЩ за пръв път в света отпечатаха човешки гръбнак от биоматериали. Това е технология, която се разраства бързо. И във всички тези устройства е невъзможно без стъпков двигател (SD). Вярно е, че купката е двигател със стъпков двигател, а Ардуин не е идеална опция (не за сериозни предмети). Но все пак призовайте да обърнете внимание.

От тази статия ще научите:

Работа със стъпков двигател и описание на драйвера Схема на сглобяване за FritzingDescription на библиотеката myStep и AccelStepDescription на програмния код

Добър ден, скъпи приятели, колеги, бъдещи партньори и гости. Аз съм в контакт отново. С вас Гриджин Семьон. Днес ще разгледаме интересна тема. Това е връзката на стъпковия мотор с популярната електронна дъска Arduino. Затова направете чай и прочетете статията.

Работа със стъпков двигател и описание на водача

Как работи стъпката?

За практически задачи с точното движение на обекта е необходим SD. Това е двигателят, който движи своя вал, в зависимост от стъпките, определени в програмата на контролера. Най-често се използват в машини с ЦПУ, роботи, манипулатори, 3D принтери.

Ще разгледаме конкретния двигател 28BYj-48 с управляващия драйвер ULN2003. Тя е доста евтина, лесна за сглобяване и лесна за писане на програма.

При 4-стъпков режим, той може да изпълни 2 048 стъпки, на стъпки от 8 стъпки 4096. Мощност 5 V, разход на ток 160 mA. Съотношението на предавките е 1:64, което означава, че ще направи една стъпка на 5,625 градуса. Въртящият момент е 34 mN.m. Средната скорост е 15 об / мин, можете да ускорите до 35 об / мин с програмния код, но трябва да разберете, че губим властта и точността.

Размерите на двигателя са посочени от източника - листа с данни на производителя Kiatronics.

Но по този начин той изглежда отвътре:

За малки технически проекти - 28BYj-48 е идеален. Основното му предимство е лекота и простота. Прилагам спецификацията:

Стъпкови двигатели и техните микропроцесорни системи за управление

За работата на почти всички електрически уреди са необходими специални задвижващи механизми. Ние предлагаме да се смята, че такова биполярно стъпков мотор на, неговата принцип на работа, как да се направи и инсталиране на устройството с ръцете си, както и къде да си купя един генератор с предавка.

Информация за стъпков диск

Еднополярен или биполярен стъпков двигател (мотор) е специален електродвигател без постоянен ток, който разделя пълната революция на няколко равни стъпки. За да работите с това устройство, ви е необходима специална част: контролер на стъпков мотор.

Снимки - Stepper мотор

Магнитните части и намотки също се консумират и има също и арматурно табло (контролен блок), сигнализатори, предаватели.

Снимка - Stepper моторни контролер

Използва се главно за машини за смилане и фрезоване, за експлоатация на различни домакински уреди, производствени механизми и превозни средства.

Видео: Стъпкови двигатели

Принцип на действие

Когато напрежението е приложено към клемите, специалните четки на мотора започват непрекъснато да се въртят. празен ход Стъпков двигател е уникален заради важни свойства: изчисли получени входни импулси (обикновено правоъгълна ориентация) в предварително определена позиция на заявената задвижващия вал.

Всеки импулс придвижва вала под определен ъгъл. Устройствата с такъв редуктор са най-ефективни, ако имат няколко електромагнита тип зъбно колело, разположени около централно зъбно колело от желязо. Електромагнитите се възбуждат от верига за външно управление, която най-често се представя от микроконтролер. За да се извърши въртенето на вала на двигателя, един електромагнит, към който е приложена енергията, привлича зъбите на зъбното колело към неговата повърхност. Когато са подравнени с водещия електромагнит, те са леко изместени към следващата магнитна част.

Първият електромагнит трябва да се изключи и следващият електромагнит трябва да се включи, а след това зъбното колело ще се завърти, за да се приведе в съответствие с предишното колело, след което процесът ще се повтори многократно. Тези ротации се наричат ​​постоянна стъпка, скоростта на въртене на двигателя се определя чрез преброяване на броя на стъпките за пълно завъртане или завъртане на двигателя.

Снимка - Стъпков двигател с разглобяема форма

Контролната схема на стъпковия двигател е, както следва:

Снимка - Управление на стъпков двигател Снимка - Схема за управление на стъпков двигател Снимка - Проста схема

Също така, драйверът за стъпков двигател се използва за наблюдение на работата на устройството. Това е необходимо, ако настроите мотора, за да работите с машината с ЦПУ, отделен ветрогенератор или да го използвате, за да управлявате вятърната мелница.

Описание на видовете стъпкови двигатели

Съществуват основно четири основни типа стъпкови мотори:

• С постоянен магнит
• Хибриден синхронен стъпвач
• Променливата.

Задвижване с постоянен магнит

Устройствата с магнити използват магнитна част в ротора. Те работят върху принципа на привличане или отблъскване от ротора и статора на електромагнитния двигател. Променлива-стъпков двигател има прост ротор желязо и работи на базата на основния принцип, че минималната допустима отблъскване се случва с най-малък просвет, изхождайки от този момент на ротора са привлечени от магнитните полюси на статора. Хибридните устройства съчетават и двата описани по-рано принципа - това са най-скъпите устройства.

Снимки - Хибриден Stepper Motor

Стъпаловидни двуфазни двигатели

Най-често срещаният вид на тези механизми се счита за стъпков двуфазен двигател. Това устройство е достатъчно просто, за да може да се инсталира без никакво опит и по-скоро сложно, за да струва повече от асинхронен двигател.

Поетапният двуфазен домашно произвеждан и закупен двигател може да има два основни вида намотка за електромагнитни намотки: биполярни и еднополюсни.

Unipolar Motors

Еднополярен (еднополюсен) стъпков двигател е оборудван с една намотка с централен магнитен кран, който засяга всяка фаза. Всяка част от намотката е включена, за да осигури определена посока на магнитното поле. Тъй като в такава конструкция на магнитен полюс може да работи без допълнителен ключ, сегашната посока превключване веригата са направени много проста (например стандартно средно мотор ще само един транзистор) за всяка намотка. Обикновено, като се имат предвид фазовите смени: три проводника на фаза и шест за изходния сигнал са типични за двуфазовия двигател.

Снимка - Рисуване на двуфазен електродвигател

Стъпкови двигатели и техните микропроцесорни системи за управление са много интересна част от електроинженерните науки. Микроконтролерът на двигателя може да се използва за активиране на транзистора в желаната последователност (определена от програмата).

На свой ред намотките могат да бъдат свързани чрез докосване на свързващите проводници заедно с постоянните магнити на мотора. Ако са свързани бобините, валът ще бъде трудно да се завърти. Съпротивлението между общата жица и края на намотката е винаги равно на половината съпротивление между краищата на намотките и краищата на проводниците. Това е така, защото общата жица е винаги по-дълга от половината, която свързва намотките.

Биполярен мотор

Биполярните мотори са оборудвани с еднофазна намотка. Токът в него се връща с помощта на магнитен полюс, така че веригата за управление трябва да бъде по-сложна, обикновено с свързващ мост. Има два проводника на фаза, но те не са често срещани. Смесването на сигнала на стъпков двигател с по-висока честота може да намали ефекта на триене на системата.

Снимки - Стъпков бифазен мотор

Също така, има трифазен мотор, тя има тесен диапазон от дейности, като механизъм степер се използва за фрезови машини с ЦПУ (които се движат от компютър), като например Opel Vectra автомобили, Nissan, Renault, ВАЗ, както и други средства за транспорт, което изисква използването на педала на газта. Също така за устройството и принтера на Epson е стъпков мотор EM-234 (EM-234).

Как да свържете стъпков двигател

Стартовият мотор е свързан в съответствие с определена схема, в зависимост от това колко кабели има устройството и как искате да стартирате устройството.

Стъпкови двигатели могат да бъдат снабдени с четири, пет, шест или осем кабела. Ако двигателят има четири проводника, той може да се използва само с биполярно устройство. Всяка от двете фазови намотки има двойка жици. Използвайте измервателния уред за определяне на двойки проводници с непрекъсната комуникация между тях, за да свържете водача стъпка по стъпка.

Мощният шест-жичен мотор има двойка проводници за всяка намотка и централен кран за всяка намотка. Той може да бъде свързан към еднополюсно или биполярно устройство. Използвайте габарита, за да отделите жицата. За да се свържете с устройство с едно устройство, можете да използвате всичките шест проводника. За биполярни, само един край на проводника и един централен кран на всяка намотка.

Петте проводниковият двигател е подобен на шест-проводно устройство, но централните клеми са свързани вътрешно като твърд кабел и преминават към един проводник. Следователно, практически е невъзможно да се разделят намотките един от друг без разкъсвания. Най-доброто решение е да се определи центъра на проводника и да се свържете с други проводници, този режим е не само много безопасен, но и най-ефективен. След като свържете устройството и проверете неговата работа.

Снимка - инсталиране на стъпков двигател

Технически спецификации

Номиналното напрежение ще доведе до първична намотка при постоянен ток.

Първоначалната скорост на въртящия момент на стъпковия двигател ще се промени пропорционално на тока. От задвижващата верига и индуктивността на намотките зависи от това колко бързо линейният момент намалява при последващи по-високи скорости. Често стъпкови двигатели са пригодени за тежки работни условия, имат степен на защита IP65.

Често се сравняват серво мотор (серво) и модел на топка, но последните работят много по-дълго и са по-продуктивни, те се нуждаят от по-рядък ремонт. Но устройството може да пропусне повече волта. Поради това не е уместно да се сравняват тези модели.

Преди да изберете устройство, трябва да знаете характеристиките на най-популярните руски двигатели:

Стъпков двигател със собствените си ръце, принцип на работа, диаграма на свързване

За работата на който и да е електрически уред е необходим специален задвижващ механизъм. Stepper мотор, е едно такова устройство. Днес има широк избор от различни електрически двигатели, разделени по тип и схема на водача, контролирана от контролера.

Какво е стъпков двигател?

Принципът на стъпковия двигател

Когато напрежението е приложено към клемите, моторите на мотора се стартират и започват непрекъснато да се въртят. Двигателят на празен ход има специално свойство, то е преобразуването на входящите импулси с правоъгълна насоченост в предварително зададената позиция на задвижващия вал.

Валът се премества под определен ъгъл с всеки импулс. Ако няколко зъбни електромагнита са разположени около централната част на желязото във формата на зъбно колело, тогава устройствата с такъв редуктор са доста ефективни. Микроконтролерът възбужда електромагнитите. Една електромагнитна предавка привлича зъбите на предавката на повърхността си под въздействието на енергия, така че валът на двигателя прави завой. Когато зъбите са подравнени с електромагнита, те се придвижват леко към съседната магнитна част.

За да може предавката да започне да се върти и да се приведе в съответствие с предишното колело, първият електромагнит се изключва и следващият се включва. Тогава целият процес се повтаря толкова пъти, колкото е необходимо. Това въртене се нарича постоянна стъпка. Изчислявайки броя на стъпките при пълно завъртане на двигателя, се определя скоростта на въртене на двигателя.

Модели на стъпкови двигатели

Стъпкови двигатели за проектиране на ротора са разделени на три вида: реактивни, с постоянни магнити и хибридни.

1. Понастоящем рядко се използват синхронни реактивни двигатели. Те се използват, когато е необходим малък момент и ъгълът на стъпалото е твърде голям. Роторът е изработен от мек магнитен материал с различни полюси, има голям ъгъл на наклона, при липса на ток няма фиксиращ въртящ момент. Това е най-простият и най-евтиният двигател. Статорът се състои от шест полюса и три фази, а роторът има четири полюса. В този случай стъпката на устройството е 30 градуса. Ротационно магнитно поле се създава чрез последователното включване на фазите на статора. Роторът се върти под един ъгъл, по-малък от ъгъла на статора, поради по-малкия брой полюси.
2. Двигателят с постоянен магнит се състои от ротор с постоянен магнит и двуфазен статор. За разлика от реактивните устройства, при мотори с постоянни магнити, след премахване на управляващия сигнал, роторът е фиксиран. Това се дължи на големия въртящ момент. Тъй като процесът на производство на ротора е придружен от големи технологични затруднения (голям брой стълбове + постоянни магнити), се получава голям ъглова височина до 90 градуса. Това е единственият им недостатък. Когато работите с еднополюсна управляваща верига, намотките в центъра може да са с клон. Намотките без централен клон се подават през двуполюсна управляваща верига. Като се започне от това, устройството на стъпковия двигател е разделено на два вида в зависимост от вида на намотките, еднополюсни и биполярни.

Униполярен. Променете местоположението на магнитните полюсни кутии, без да променяте посоката на тока. Достатъчно е всяка фаза на намотката да бъде включена отделно. Устройството се състои от една намотка на фаза с централно разположен клон.

Биполярно. Такива двигатели имат една намотка за една фаза, няма общ изход, а има две фази. Поради това биполярни устройства имат най-голяма мощност от еднополюсните. За да промените магнитната полярност на полюсите, посоката на текущите промени в намотката.

Хибриден двигател

За да се намали ъгълът на стъпалото, беше разработен хибриден стъпков двигател. В своя дизайн той включва най-добрите свойства на двигател с постоянни магнити и реактивен двигател. Роторът е представен като цилиндричен магнит, магнетизиран по надлъжната ос. Статорът се състои от две или четири фази, които се поставят между двойки ясно изразени полюси.

Как да започнете стъпков двигател, неговия контрол

Работата по свързването и контрола на стъпковия двигател ще зависи от това как искате да стартирате устройството и колко кабела са на устройството. Стъпковият двигател може да има от 4 до 8 проводника, така че да се свърже със специфична верига.

• С четири проводника. Всяка фазова намотка има два проводника. За да свържете драйвера стъпка по стъпка, трябва да намерите двойки кабели с непрекъсната комуникация между тях. Този двигател се използва само с биполярно устройство.
• С пет жици. Централните моторни терминали отвътре се комбинират в твърд кабел и се извеждат на една жица. Отделянето на намотките един от друг е невъзможно, тъй като ще има много пропуски. Можете да излезете от ситуацията, ако зададете къде е центърът на проводника и опитайте да го свържете с други проводници. Това е най-ефективният и безопасен режим. Тогава устройството е свързано и е проверено за оперативност.
• С шест кабела. Всяка намотка има няколко проводника и централен кран. За разделянето на проводника се използва измервателно устройство. Моторът може да бъде свързан към еднополюсно и биполярно устройство. При свързване към еднополюсно устройство се използват всички кабели. За биполярно устройство, единият край на проводника и един централен кран на всяка намотка.

За управление на стъпковия двигател е необходим контролер. Контролерът е верига, която захранва напрежение към една от статорните намотки. Контролерът е изработен на базата на интегрирана микросхема тип ULN 2003, включваща набор от композитни клавиши. Всеки ключ има изходни диоди, които ви позволяват да свържете индуктивни товари без да изисквате допълнителна защита.

Как функционира стъпковият мотор?

Устройството може да работи в три режима:

• Режим Microstep. Устройствата, работещи в микро-стъпков режим, са последните разработки на някои производители и се използват предимно в микроелектрониката или индустриалните конвейери. Специален чип създава такова напрежение, че шахтата се превръща в позиция на сто стъпка, например на всеки оборот възниква 20 хиляди измествания. Водачът може да създаде повече от 50 000 цикъла на управляващо напрежение на 1 оборот.
• Половин режим. Поради факта, че в режим на половин стъпка нивото на вибрациите е намалено, такива устройства често се използват в индустрията. След като се активира една фаза, тя замръзва в това положение, докато се включи следващата. Получава се междинна позиция и два полюса действат едновременно върху зъба. Когато първата фаза е изключена, роторът се придвижва напред с половин стъпка.
• Пълен режим. Контролното напрежение от своя страна се прехвърля на всички фази и се получава общата стъпка (на 1 оборот от 200 измествания).

Технически характеристики на стъпковия двигател

В областта на електротехниката и механика, един стъпков двигател се счита за сложно устройство, което включва много механични и електрически възможности. На практика се прилагат следните спецификации:

1. Номинален ток и напрежение. Максималният допустим ток е посочен в механичните параметри на двигателя. Номиналният ток е основният електрически параметър, при който двигателят може да работи толкова дълго, колкото е желано. Номиналното напрежение рядко се показва, изчислява се съгласно закона на Ом. Показва постоянното максимално напрежение на намотката на двигателя, когато е в статичен режим.
2. Резистентност на фазите. Параметърът показва кое максимално напрежение може да бъде приложено към фазовата намотка.
3. Фазова индуктивност. Колко бързо ще се увеличи токът в намотката, ще покаже този параметър. За увеличаване на тока по-бързо при превключване на фази при високи честоти, напрежението трябва да се направи повече.
4. Броят на завършените стъпки на революция. Параметърът показва колко електрически двигател е точен, неговата гладкост и допустима способност.
5. Въртящият момент. Механичните данни показват скоростта на въртене, която зависи от въртящия момент. Параметърът показва максималното време на въртене на двигателя.
6. Фазата на задържане. Тази фаза показва въртящия момент на спряното устройство. Двете фази на устройството трябва да бъдат захранвани с номинален ток.
7. Момент на ступор. При отсъствие на захранващо напрежение е необходимо валът на мотора да се завърти.
8. Времето на енергията на ротора. Означава колко бързо двигателят ускорява. Колкото по-малък е индикаторът, толкова по-бърза е скоростта на овърклок.
9. Разпределително напрежение. Параметърът се отнася до раздела за електрическа безопасност и показва най-ниското напрежение, което нарушава изолацията между корпуса и намотките на устройството.