-
-
WhatsApp
Как работает шаговый двигатель?
2025-09-04
Шаговый двигатель — это простой двухфазный бесщёточный синхронный двигатель, содержащий сегментированный намагниченный ротор и статор, состоящий из определённого числа электромагнитных катушек. При подаче напряжения эти катушки создают северный и южный полюса, которые толкают или тянут сегментированный намагниченный ротор, заставляя его вращаться. На рисунке показана внутренняя конструкция и расположение зубцов типичного гибридного шагового двигателя. Мелкие зубцы, равномерно расположенные по всему диаметру, обеспечивают приращение углового положения, что приводит к механическому движению.
Шаговые двигатели состоят из двух обмоток (двухфазных), питаемых постоянным током. При изменении полярности тока в одной из обмоток вал двигателя перемещается на один шаг. Изменение полярности тока в каждой обмотке позволяет легко и точно управлять положением и скоростью двигателя, что делает шаговые двигатели чрезвычайно полезными для множества различных задач управления движением. Размер шага определяется конструктивными характеристиками двигателя, при этом наиболее распространенным является угол шага 1,8° (состоящего из 200 зубцов). Доступны и другие углы шага. Количество шагов за оборот рассчитывается путем деления 360° на угол шага.
Шаговые двигатели выбираются по удерживающему моменту и соответствующему номинальному току. Удерживающий момент определяет максимальный внешний крутящий момент, приложенный к двигателю (питаемому номинальным током), не вызывая непрерывного вращения. В момент начала вращения двигателя доступный крутящий момент часто называют вытягивающим моментом. Номинальные вытягивающие моменты представлены в виде значений, отложенных на кривых зависимости скорости вращения двигателя от крутящего момента.
Катушки шагового двигателя могут быть сконфигурированы в униполярном или биполярном исполнении. Поскольку для управления последовательностью катушек и вращения вала двигателя можно использовать простую электронную схему драйвера шагового двигателя, униполярные конфигурации являются наиболее простыми в управлении. Биполярное исполнение требует более сложного драйвера для правильной последовательности обмоток и управления двигателем, что также обеспечивает дополнительные преимущества, такие как более высокий удерживающий момент.
Шаговые приводы доступны в широком диапазоне номинальных напряжений и токов. Производительность двигателя сильно зависит от тока и напряжения, подаваемых приводом. Для описания шаговых двигателей обычно используются термины «полный шаг», «полушаг» и «микрошаг». Например, шаговый двигатель с шагом 1,8° имеет 200 дискретных положений за полный оборот в 360°. Поскольку 360°, деленные на 200, равны 1,8°, вал двигателя будет продвигаться на 1,8° каждый раз, когда двигателю дана команда сделать один шаг, что называется полным шагом. Термин «полушаг» означает угол шага 0,9° (половина полного шага в 1,8°), что достигается с помощью техники коммутации, при которой поочередно подается положительный ток, отсутствует ток и отрицательный ток на каждую обмотку последовательно. Термин «микрошаг» относится к более сложной форме управления, которая выходит за рамки простого переключения питания между фазными обмотками двигателя для управления величиной тока, подаваемого на отдельные обмотки. Основным преимуществом микрошагового управления является снижение амплитуды резонанса, возникающего при работе двигателя на собственной частоте. Микрошаговое управление позволяет позиционировать вал в положениях, отличных от положений 1,8° или 0,9°, обеспечиваемых методами полного и полушагового управления. Положения микрошагового управления определяются между двумя угловыми точками вращения ротора. Наиболее распространённые микрошаговые приращения составляют 1/5, 1/10, 1/16, 1/32, 1/125 и 1/250 полного шага.
