Крокові електродвигуни легко вирішують проблему точного позиціонування, не витративши великих коштів. Мотори частіше застосовуються в роботах, верстатах з програмним управлінням. Розглянемо пристрій і дію двигунів.
Пристрій
Крокові двигуни є двигунами переводять електрику в механічний рух. Головною відмінністю його від інших електромоторів в методі дії. Завдяки цьому методу вал обертається. Мотори з кроком створені для переривчастого обертання, цим вони відрізняються від інших. Їх обертання складається з кроків, від цього вийшла назва.
Крок є частиною обороту валу двигуна. Розмір кроку залежить від механічної частини двигуна та від методу управління. Крокові двигуни підключаються до різних типів харчування. На відміну від своїх побратимів, кроковий мотор має управління імпульсами, що перетворюють в градуси, а потім в обертання. Наприклад, 2,2 0 кроковий мотор обертає вал на 2,2 0 при кожному поданому імпульсі. Ця характеристика дає привід називати їх цифровими.
метод дії
Обмотки в кількості 4-х штук коштують по колу рівномірно між собою на статорі. Залежно від того, як підключені ці обмотки буде визначатися тип крокової двигуна. У нашому випадку обмотки розділені, мотор з кроком, кутом повороту в 90 градусів. Обмотки підключені по колу. Порядок підключення напрямок обертання двигуна з кроком. На малюнку видно, що вал обертається на 90 градусів в той час, як струм надійде в котушку, через 1 секунду.Стандартнимі складовими крокових двигунів є ротор і статор. Ротор включає в себе сердечники, виготовлені з магнітів. Схематично дано зображення.
режими управління
При різної подачі струму на котушки вал двигуна обертається по-різному.
хвильовий управління
Метод практично нами розглянуто, хвильовий дію на котушку. Струм іде через одну котушку. Такий метод рідко застосовується, характерний зниженим споживанням енергії, дає можливість отримання менше 50% моменту обертання двигуна. Велике навантаження при такому управлінні крокові електродвигуни не витримають. На один оборот валу припадає чотири кроки.
Управління повним кроком
Широко застосовується метод - полношаговий. За цим способом напруга живлення на котушки подається попарно. Від того, як підключені обмотки, двигуну необхідний подвійний струм. Електродвигун при такій схемі видасть 100% моменту обертання за номіналом.
Повний оборот двигуна відповідає чотирьом крокам, число кроків за номінальним значенням.
режим півкроку
Це оригінальний метод отримання подвійної точності позиціювання, не змінюючи конструкцію двигуна. Щоб працювати за цим способом, підключають одночасно всі наявні пари. Ротор обертається на 0,5 кроку. Такий спосіб має місце при застосуванні двох або однієї котушки.
За цим способом один і той же мотор може видати кроків в 2 рази більше на один оборот. Це означає, що система позиціонування працює з подвійною точністю. Наш мотор видає вісім кроків на один оборот.
мікрошаговий режим
Сенс мікрошага полягає в подачі на котушки двигуна напруги харчування сигналу певної форми, схожою на синус, а не імпульсів. При такому методі зміни положення дає можливість отримання плавного переміщення.
Завдяки мікрошаговий режиму крокові електродвигуни широко застосовуються в позиціонуванні, в програмно керованих верстатах. Ривки деталей, що працюють з двигуном, поштовхи самого механізму знижуються. У мікрошаговий режимі двигун обертається плавно, як мотори постійного струму.
Конфігурація графіка струму, що проходить по обмотці, подібна до синусоїдою. В експлуатації застосовуються цифрові сигнали. Їх приклади показані на малюнках.
Спосіб мікрошага - підключення живлення двигуна, що не управління котушками.
Звідси випливає, що мікрошаг застосовується при хвильовому типі.
У мікрошаговий типі кроки не збільшуються, хоча візуально це представляється. Для збільшення точності механізму застосовують шестерні із трапецеїдальними зубами, щоб забезпечити плавний хід.
типи моторів
Мотор з постійним магнітом
Ротор обладнаний постійним дисковим магнітом з декількома полюсами. Діє за таким же принципом, як мікрошаговий мотор. Котушки статора відштовхують і притягують магніт, розташований на роторі, утворюючи момент обертання.
Розмір кроку з постійним магнітом знаходиться в інтервалі від 45 до 90 градусів.
Крокові електродвигуни з опором змінної величини
Ротор не має постійних магнітів. Замість них сердечник ротора проводиться з металу, схожого на диск із зубами, або на шестерню. На статорі розташовані обмотки в кількості більше 4-х штук. Котушки підключаються в парах один до одного.
Крутний момент зменшується, так як постійні магніти відсутні. Однак, є позитивна сторона - у крокових моторів відсутній момент стопоріння. Стопорить момент обертання створений постійними магнітами, притягає до корпусу статора при відключеному харчуванні в котушках.
Можна просто визначити, коли саме, якщо спробувати повернути від'єднаний мотор. Відразу будуть зрозумілі відчутні клацання в двигуні при кожному кроці. Ці відчуття і будуть моментом фіксації. Момент притягує до себе магніти корпусу. На малюнку зображено дію мотора.
Крок дорівнює інтервалу від 5 до 15 градусів.
Кроковий мотор гібридного типу
Крокові електродвигуни називаються «гібридними», тому що включають в себе різні типи характеристик. Вони мають хороші моменти, малий розмір кроку, що знаходиться в інтервалі від 0,9 до 5 градусів. При цьому він забезпечує високу точність.
Механічна конструкція обертається зі значними швидкостями. Такі види моторів застосовуються у верстатах з програмним управлінням, в роботах. Недоліком є висока ціна. Звичайний двигун разом з вісьмома котушками.
Через неможливість виготовлення магніту, знайшли оригінальне рішення. Взяли два диска із зубами 50 штук, постійний магніт. Приварили диски до полюсів. Вийшло, що два диски мають відповідно кожен полюс.
Оригінальність конструкції в тому, що диски розміщені так, що, дивлячись на них зверху, вони схожі на один диск з 100 зубами. Вершина зуба на одному диску збігається зі западиною. На малюнку зображено дію гібридного мотора 75 кроків на один оборот. Шість обмоток зроблені парами, які мають котушку на протилежних краях. Перша пара - це пара вгорі і внизу обмотки, тоді 2-я пара зміщена на кут 60 + 5 градусів від першої, а 3-я зміщена на 65 градусів від другої.
Різниця кутів дозволяє обертатися валу двигуна. Керуючі режими застосовуються, як хвильові для економії електроенергії.
Коли котушка задіяна, є три позитивних полюса в 5 градусів ззаду, вони притягуються в сторону обертання, і три негативних полюса в 5 градусів попереду, штовхають ротор в сторону обертання валу. Робоча обмотка завжди розташована між негативним і позитивним полюсами.
Схема підключення обмоток
Крокові мотори належать до моторів з декількома фазами. Чим більше фаз, тим робота двигуна м'якше, але і вище вартість. Момент обертання не залежить від числа фаз. Велике застосування одержали двигуни з 2-ма фазами. Двигуни підключають трьома типами схем для 2-фазних крокових моторів. Котушки з'єднані один з одним, застосовано різну кількість проводів для з'єднання двигуна з контролером.
біполярний двигун
Це найпростіша конструкція, застосовується чотири дроти для з'єднання двигуна з контролером. Котушки підключені паралельно або послідовно.
Двигун має 4 контакту. Два жовтих екрану підключають вертикальну котушку, два рожевих - горизонтальну. Проблема в зміні полярності, можна змінити напрямок струму, драйвер стане складніше.
уніполярний двигун
Застосовуючи загальний провід, змінюють полюса магнітів. Якщо з'єднати загальний провід з землею, один і другий висновок котушки до харчування, то полюса зміняться. Схема з'єднання двигуна біполярного типу проста для розуміння, вона зазвичай складається з 2-х транзисторів на одну фазу.
Недолік - застосування половини котушок, як при хвильової керованості електромотором. Момент обертання виходить рівним половині можливого значення. Уніполярні електромотори необхідно виготовляти з подвійним розмірами, для забезпечення порівнянного моменту. 1-полярний електромотор має можливість застосовуватися в якості біполярного мотора. Для цієї мети необхідно провід відключити.
Уніполярні крокові електродвигуни мають кілька варіантів підключення.
Кроковий мотор з 8-ю висновками
Це мотор з гнучким підключенням, обмотки оснащені висновками по обидва боки. Можна підключати двигун з будь-якого методу:
- Уніполярний з 5 або 6 висновками.
- Біполярний з послідовною схемою.
- Біполярний з паралельною схемою.
- Біполярний з малим струмом.
Крокові електродвигуни лавета
Мотори лавета використовуються в електричних годинниках. Їх конструкція зроблена для експлуатації з одним фазовим сигналом. Мотори лавета мають можливість робити їх конструкцію мініатюрної, застосовуються для виконавчої частини годинника ручного носіння. Цей тип моторів винайшов інженер Маріус лавета. За його імені назвали тип крокових двигунів.
Лавет - випускник школи електрики винайшов двигун, який дав йому популярність у всьому світі. Вид статора схожий на статор електромотора з розщепленими полюсами. Є одна обмотка, полюса створені витками з одним проводом з мідної жили товстого перетину, розташовані на магнітному дроті, утворюють необхідну фазу. Токи індукції утворюють необхідний момент обертання.
Магнітне поле поширюється з затримкою, застосовується для зсуву фаз, на прямий кут 90 градусів, щоб імітувати напругу з двох фаз. Конструкція ротора створена у вигляді постійного магніту. Конструкції такого типу мають широку сферу застосування в техніці для побуту (міксерах, блендерах). Мотори лавета відрізняються тим, що через зубців вал стопориться з певним кроком. Результатом цього можливий рух стрілки секунд. Різновид двигуна лавета не призначена для реверсивної роботи, як і більшість крокових моторів.