Меню Закрити

Біполярний кроковий двигун загальні відомості, принцип роботи мотора

Принцип роботи та різновиди біполярного крокової двигуна

Практично всі електричні прилади функціонують за допомогою приводних механізмів. Вони можуть мати різну будову і принцип роботи, а також особливості настроювання. Існують різні типи таких пристроїв. Одним з найбільш затребуваних і доступних за ціною вважається біполярний кроковий двигун, завдяки якому можна забезпечити реалізацію систем точного позиціонування.

Загальні відомості

Існує два різновиди пристосування: уніполярний кроковий двигун і біполярний. Пристрій являє собою синхронний Бесщеточний електродвигун, який має одну або кілька обмоток. Струм, який подається на обмотки статора, викликає фіксацію ротора, завдяки чому здійснюються його дискретні кутові переміщення або кроки.

Перші моделі таких пристроїв з'явилися ще в 30-ті роки XIX століття і представляли собою своєрідний магніт, який приводить до руху храпове колесо. Під час включення воно переміщалося на величину зубцевого кроку. Раніше механізм використовувався на кораблях військового флоту Великобританії з метою переміщення торпед в потрібну сторону.

Через кілька років і армія США перейняла це пристосування і стала активно застосовувати його в своїх військових кораблях та інших механізмах. У 1919 році шотландець Уолкер отримав патент на двигун з ротором.

В даний час подібні механізми затребувані і часто застосовуються. Кроковий мотор використовується для забезпечення безперебійного функціонування шліфувального і фрезерного верстатів, різних побутових приладів, виробничих механізмів і транспорту, а також жорстких дисків персональних комп'ютерів. Саме тому він так затребуваний. Пристрій складається з декількох частин:

  • контролер, призначений для регулювання роботи крокового приводу;
  • спеціальні магнітні частини;
  • обмотки;
  • панель, що виконує роль блоку управління;
  • сигналізатори і передавачі, завдяки яким робота пристрою налагоджена і безперебійна.

Біполярні двигуни мають тільки одну обмотку в одній фазі, тоді як уніполярні містять дві. Перші вважаються більш складними в управлінні, але забезпечують плавну роботу пристрою.

Принцип роботи

Кроковий двигун працює за простими принципами. Перший етап – додаток напруги до клем. Завдяки цьому щітки на самому пристрої починають постійно рухатися. Двигун холостого ходу має властивість перетворювати вхідні імпульси.

Ці імпульси мають прямокутну спрямованість і перетворення йде в заздалегідь певне положення провідного вала, який до нього додається. Внаслідок цього вал переміщається під певним кутом. Оснащені подібним редуктором пристосування досить ефективні і надійні за умови наявності декількох електромагнітів. Перебувати вони повинні навколо центральної деталі із заліза, що має зубчасту форму.

Зовнішня ланцюг, що відповідає за управління, подає сигнал до магніту. При виникненні необхідності повернути вал в ту чи іншу сторону той електромагніт, на який був посланий імпульс, починає швидко притягувати до себе зуби колеса. Вони поступово вирівнюються з цим елементом, але зміщуються по відношенню до інших магнітним частинам пристосування.

Після виключення першого електромагніту включається другий і починається безперервний рух шестерні. Завдяки цьому деталь вирівнюється з попереднім колесом. Такий цикл повторюється необхідну кількість разів. Кожен з них і називається постійним кроком. Саме тому двигун отримав таку назву. Обчислити швидкість його роботи можна за допомогою підрахунку кроків, які необхідні для забезпечення повного циклу.

Контролювати роботу пристосування можна за допомогою спеціального драйвера.Зазвичай це необхідно в разі настроювання верстата або вітрогенератора.

Основні режими

Виріб функціонує в декількох режимах, які попередньо налаштовуються в залежності від потреб людини. Найбільш поширеними вважаються наступні:

  • Хвильовий режим передбачає протікання електричного струму тільки через одну обмотку. Сьогодні він використовується рідко, для того щоб знизити навантаження на двигун і кількість споживаної електроенергії.
  • Полношаговий – використовується набагато частіше і вважається стандартним режимом для цього типу двигуна. Напруга на обмотці при такій роботі однаково і пристосуванню вимагає максимальна напруга для коректного функціонування.
  • Полушаговий режим – один з оригінальних способів змінити роботу пристосування і при цьому не зачіпати блок управління. Полягає в одночасному запітиванія всіх пар обмоток, що призводить до повороту ротора на половину свого звичайного кроку. Використовуючи цей метод, можна отримати двигун з подвійною потужністю при мінімальних витратах електроенергії. Він буде менше зношуватися і прослужить довше, ніж той, що постійно працює в полношаговом режимі.
  • Мікрошаговий режим сьогодні вважається найбільш часто застосовуються при використанні крокової двигуна. Принцип дії полягає в подачі на обмотку НЕ імпульсу, а сигналу, що нагадує синусоїду за формою. Такий режим робить роботу двигуна більш плавною, а перехід від одного кроку до іншого непомітним. Завдяки цьому зменшуються ривки і скачки пристосування, воно може функціонувати як звичайний двигун постійного струму.

Останній режим має перевагу, оскільки являє собою скоріше метод підживлення двигуна, а не управління обмотками. Саме тому може використовуватися при хвильовому або полношаговом способі роботи пристосування. Якщо розглянути схему функціонування приладу в мікрошаговий режимі, може здатися, що кроки стають більше. Насправді це не так, але процес все одно стає плавним і відсутні ривки.

різновиди пристосування

Залежно від деяких деталей розрізняють кілька типів крокових двигунів. Кожен з них має деякі особливості функціонування.

Двигун з постійним магнітом вважається найбільш популярним, Відрізняється простотою настройки і експлуатації. Пристрій несе в собі магніт круглої форми, що нагадує диск і має різні полюси. Обмотки статора при включенні приладу притягують і відштовхують магніт на роторі, що і забезпечує кручення механізму.

При використанні такого типу двигуна величина кроку вимірюється, і показник коливається в межах 45-90 градусів. Простота застосування пристосування робить його затребуваним, а тривалий термін служби дозволяє не думати про частої заміни.

Прилад зі змінними магнітами

Такі пристосування не мають на роторі спеціального магніту. Ця деталь виготовлена ​​з магнітного, м'якого металу, має форму зубчастого диска, що нагадує шестірню. На статорі розташовано більше чотирьох різних обмоток. Живляться вони в протилежних парах і притягують до себе ротор.

Варто зазначити, що величина крутний момент дещо знижується, оскільки в пристрої відсутній постійний магніт. Це вважається недоліком, але є і гідність, оскільки при роботі пристосування немає моменту стопора.

Стопорить момент полягає в обертанні, Створюваному розташованими на роторі постійними магнітами. Вони притягуються до статора, а саме до його арматурі при відсутності в обмотках електричного струму. Зафіксувати цей момент просто – необхідно спробувати рукою повернути двигун у відключеному стані. При цьому зазвичай чути клацання на кожному кроці. Діапазон кроку в такому двигуні коливається в межах 5-15 градусів.

гібридні моделі

Назву свою цей тип пристосувань отримав через особливості роботи, яка передбачає поєднання принципів крокової двигуна з постійними і змінними магнітами. Володіє хорошими утримують і динамічними крутять моментами. Перевагою приладу вважається мінімальна величина кроку, яка не перевищує показник в 5 градусів. Саме завдяки цьому забезпечується максимальна точність.

Механічні частини пристосування обертаються набагато швидше, ніж в інших моделях з подібним принципом роботи. Часто використовуються в верстатах для виробництва. Головним недоліком такого двигуна вважається його висока вартість.

Відомо, що звичайний мотор з 8 обмотками матиме по 50 позитивних і негативних полюсів, але зробити такий магніт неможливо. Саме тому пристрій гібридного двигуна включає в себе 2 магнітних диска, кожен має 50 зубців, а також постійний магніт циліндричної форми.

Диски в процесі виготовлення приладу приварюються до різних полюсів цього циліндричного магніту і виходить, що один з них на кожному зі своїх зубів має позитивний полюс, а інший – негативний. Якщо дивитися на конструкцію зверху, вона виглядає як один диск, який має 100 зубів.

На один оборот такого двигуна припадає 75 кроків, кожен з яких має показник не більше, ніж 1,5 градуса.

двофазні мотори

Двофазний кроковий двигун дуже простий у використанні, встановити його і налаштувати може навіть людина без досвіду і відповідних навичок. Пристосування має два типи обмотки для котушок:

  1. Уніполярна полягає в установці однієї обмотки, а також спеціального магнітного крана в центрі, що впливає на будь-яку фазу. Кожна секція включається для забезпечення необхідного напрямку магнітного поля. Перевагою цієї конструкції вважається можливість функціонування без спеціального перемикання. На кожну обмотку знадобиться один транзистор, тому установка приладу полегшується. На одну фазу доводиться три дроти, а на вихідний сигнал необхідно шість проводів. Підключати обмотки можна також за допомогою приєднання проводів з постійними магнітами. Варто пам'ятати, що повернути вал буде непросто при дотику клем. Це пов'язано з тим, що загальний провід по довжині трохи більше, ніж та частина, яка використовується для приєднання котушок.
  2. Біполярні типи моторів мають тільки одну обмотку. Електричний струм в неї надходить особливим переломним методом за допомогою полюса, забезпеченого магнітом. На будь-яку фазу доводиться два різних дроти. Пристрій трохи складніше, ніж в уніполярних моделях, але ефективність вище.

Існують також трифазні двигуни, які мають вузьку область використання: дисководи, різні фрезерні верстати, принтери і деякі автомобілі, де використовується незвичайна заслінка.

Інші типи пристроїв

Головна особливість реактивних пристосувань – маленький крок, який досягає не більше 1 градуса, а також розташування зубців, що знаходяться на полюсах статора. Недолік такого мотора – відсутність синхронізуючого моменту в разі знеструмлення обмоток.

Для виготовлення такого приладу знадобиться спеціальний комутатор, тому вартість його висока. Самостійне створення також виключається через складність конструкції.

Синхронні лінійні крокові мотори використовуються в разі, коли необхідно автоматизувати виробничий процес. Для цього слід забезпечити переміщення об'єктів в площині. З цією метою застосовується спеціальний перетворювач, який змінює обертальний рух на поступальний. Досягти цього можна шляхом використання кінематики.

Саме з цією метою і застосовується лінійний двигун, що перетворює імпульси в переміщення по одній лінії. Крім автоматизації процесу, пристосування спростить кінематичну схему проводів.У такому приладі статор виготовлений з м'якого магнітного металу, а також є постійний магніт. Стабільна робота двигуна здійснюється за умови постійної подачі імпульсів на обмотки.

Крокові мотори – універсальні пристрої, що забезпечують безперебійне функціонування безлічі електричних приладів і виробничого обладнання.