Шаговые двигатели

Шаговые двигатели

Шаговым двигателем называют электромеханическое устройство, преобразующее электрические сигналы в дискретные угловые перемещения вала. Применение шаговых двигателей позволяет рабочим органам машин совершать строго дозированные перемещения с фиксацией своего положения в конце движения.

Шаговые двигатели являются приводными исполнительными механизмами, обеспечивающими фиксированные угловые перемещения (шаги). Каждое изменение угла поворота ротора — это реакция шагового двигателя на входной импульс.

Дискретный электропривод с шаговым двигателем естественным образом сочетается с цифровыми управляющими устройствами, что позволяет успешно использовать его в станках с числовым программным управлением, в промышленных роботах и манипуляторах, в часовых механизмах.

Дискретный электропривод может быть реализован также с помощью серийных асинхронных электродвигателей, которые за счет специального управления могут работать в шаговом режиме.

Шаговые двигатели применяются в электроприводах мощностью от долей ватта до нескольких киловатт. Расширение шкалы мощности дискретного электропривода может быть достигнуто при использовании серийных асинхронных электродвигателей, которые за счет соответствующего управления могут работать в шаговом режиме.

Принцип действия шаговых двигателей всех типов состоит в следующем. С помощью электронного коммутатора вырабатываются импульсы напряжения, которые подаются на обмотки управления, расположенные на статоре шагового двигателя.

В зависимости от последовательности возбуждения обмоток управления происходит то или иное дискретное изменение магнитного поля в рабочем зазоре двигателя. При угловом перемещении оси магнитного поля обмоток управления шагового двигателя его ротор дискретно поворачивается вслед за магнитным полем. Закон поворота ротора определяется последовательностью, скважностью и частотой управляющих импульсов, а также типом и конструктивными параметрами шагового двигателя.

Принцип действия шагового двигателя (получение дискретного перемещения ротора) рассмотрим на примере простейшей схемы двухфазного шагового двигателя (рис. 1).

Рис. 1. Упрощенная схема шагового двигателя с активным ротором

Шаговый двигатель имеет на статоре две пары явно выраженных полюсов, на которых Находятся обмотки возбуждения (управления): обмотка 3 с выводами 1Н — 1К и обмотка 2 с выводами 2Н — 2К. Каждая обмотка состоит из двух частей, находящихся на противоположных полюсах статора 1 ШД.

Ротор в рассматриваемой схеме представляет собой двухполюсный постоянный магнит. Обмотки питаются импульсами от устройства управления, которое преобразует одноканальную последовательность входных импульсов управления f упр, в многоканальную (по числу фаз шагового двигателя).

Рассмотрим работу шагового двигателя, предположив, что в начальный момент напряжение подано на обмотку 3. Ток в этой обмотке вызовет намагничивание вертикально расположенных полюсов N и 8. В результате взаимодействия магнитного поля с постоянным магнитом ротора последний займет равновесное положение, в котором оси магнитных полей статора и ротора совпадают.

Положение будет устойчивым, поскольку на ротор действует синхронизирующий момент, стремящийся возвратить ротор в положение равновесия: М = М m ах х sin α ,

где М m ах — максимальный момент, α — угол между осями магнитных полей статора и ротора.

При переключении блоком управления напряжения с обмотки 3 на обмотку 2 образуется магнитное поле с горизонтальными полюсами, т.е. магнитное поле статора совершает дискретный поворот на четверть окружности статора. При этом между осями статора и ротора появится угол рассогласования α = 90° и на ротор будет действовать максимальный вращающий момент Мшах. Ротор повернется на угол α = 90° и займет новое устойчивое положение. Таким образом, вслед за шаговым перемещением поля статора совершает шаговое перемещение ротор двигателя.

Основной режим работы шагового двигателя — динамический. Шаговые двигатели в отличие от синхронных рассчитаны на вхождение в синхронизм из состояния покоя и принудительное электрическое торможение. Благодаря этому в шаговом электроприводе обеспечивается пуск, торможение, реверс и переход с одной частоты управляющих импульсов на другую.

Пуск шагового двигателя осуществляется скачкообразным или постепенным увеличением частоты входного сигнала от нуля до рабочей, торможение — снижением ее до нуля, а реверс — изменением последовательности коммутации обмоток шагового двигателя.

Шаговые двигатели характеризуются следующими параметрами: число фаз (обмоток управления) и схема их соединения, тип шагового двигателя (с активным или пассивным ротором), одиночный шаг ротора (угол поворота ротора при единичном импульсе), номинальное напряжение питания, максимальный статический хронизирующий момент, номинальный вращающий момент, момент инерции ротора, частота приемистости.

Шаговые двигатели бывают однофазными, двухфазными и многофазными с активным или пассивным ротором. Управление шаговым двигателем обеспечивается электронным блоком управления. Пример схемы управления шаговым двигателем приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Функциональная схема разомкнутого электропривода с шаговым двигателем

Сигнал управления f упр в виде импульсов напряжения поступает на вход блока 1, преобразующего последовательность импульсов, например в четырехфазную систему однополярных импульсов (в соответствии с числом фаз шагового двигателя).

Блок 2 формирует эти импульсы по длительности и амплитуде, необходимым для нормальной работы коммутатора 3, к выходам которого подключены обмотки шагового двигателя 4. Коммутатор и остальные блоки питаются от источника постоянного тока 5.

При повышенных требованиях к качеству дискретного привода применяют замкнутую схему шагового электропривода (рис. 3), которая кроме шагового двигателя включает преобразователь П, коммутатор К и датчик шага ДШ. В таком дискретном приводе информация о действительном положении вала рабочего механизма РМ и скорости шагового двигателя поступает на вход автоматического регулятора, который обеспечивает заданный характер движения привода.

Рис. 3. Функциональная схема замкнутого дискретного привода

В современных системах дискретного привода применяются микропроцессорные средства управления. Область применения приводов с шаговыми двигателями постоянно расширяется. Их использование перспективно в сварочных автоматах, приборах времени, лентопротяжных и регистрирующих механизмах, системах управления топливоподачей двигателей внутреннего сгорания.

Преимущества шаговых двигателей:

высокая точность, даже в разомкнутой структуре управления, т. е. без датчика угла поворота;

естественная интеграция с приложениями цифрового управления;

отсутствие механических коммутаторов, которые часто создают проблемы в двигателях других типов.

Недостатки шаговых двигателей:

малый вращающий момент но сравнению с двигателями приводов непрерывного типа;

высокий уровень вибрации из-за скачкообразного движения;

большие ошибки и колебания при потере импульсов в системах с разомкнутым контуром управления.

Преимущества шаговых двигателей намного превосходят их недостатки, поэтому они часто применяются в тех случаях, когда достаточно небольшой мощности приводных устройств.

В статье использованы материалы книги Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Некорректная работа шагового двигателя

#1 OFFLINE kollega

• Из:novoros sity

Собственно китайский шаговик нема 34 — 120 кг*см обороты 100-120 в мин нормально крутится , при увеличении появляется шум потом вообще вал останавливается появляется вибрация мотор прыгает по столу, поставщик сказал что это нормально , мотор с таким удерживающим моментом быстро не должен крутиться. Так ли это?

• Наверх

#2 OFFLINE Elnurko

• Пол: Мужчина
• Город: Баку
• Интересы: Чпу , IT, Архитектура, Астрофизика.
• Из:Азербайджанская Республика

• Наверх

#3 OFFLINE DEDAlex

• Пол: Мужчина
• Город: Северодонецк/Москва
• Интересы: Любознательный дилетант широкого профиля
• Из:Украина/Московия

Шаговый двигатель не сам по себе крутится, есть еще такая штука, как драйвер. И, зачастую, проблемы кроются именно в нем, а не в примитивной железяке под названием ШД, коль скоро в нем (драйвере) не приняты, скажем, меры для борьбы с резонансом — очень похоже по симптомам. Почитать: http://electroprivod.ru/resonans.htm

Попробуйте изменить режим драйвера на микрошаговый.

Сообщение отредактировал DEDAlex: 23 Ноябрь 2013 — 05:35

• 1

• Наверх

#4 OFFLINE kollega

• Из:novoros sity

• Наверх

#5 OFFLINE Lodochnik

• Пол: Мужчина
• Из:Королев

• 1

• Наверх

#6 OFFLINE kollega

• Из:novoros sity

Сообщение отредактировал kollega: 23 Ноябрь 2013 — 22:32

• Наверх

#7 ONLINE lkbyysq

• Пол: Мужчина
• Город: Санкт-Петербург
• Из:Санкт-Петербург

Сообщение отредактировал lkbyysq: 23 Ноябрь 2013 — 22:56

• Наверх

#8 OFFLINE Lodochnik

• Пол: Мужчина
• Из:Королев

• Наверх

#9 OFFLINE kollega

• Из:novoros sity

понял попробую, всем спасибо

Как и предполагал — индуктивность большая напряжение БП низкое. Меняйте БП на 70-80 вольтовый, тогда и скорость вращения будет выше.

• Наверх

#10 ONLINE lkbyysq

• Пол: Мужчина
• Город: Санкт-Петербург
• Из:Санкт-Петербург

Сообщение отредактировал lkbyysq: 24 Ноябрь 2013 — 00:50

• Наверх

#11 OFFLINE kollega

• Из:novoros sity

Сообщение отредактировал kollega: 24 Ноябрь 2013 — 00:53

• Наверх

#12 OFFLINE 3D-BiG

• Пол: Мужчина
• Город: Ареал обитания — вся страна, но обычно встречаюсь в Новосибирске.
• Интересы: Полежать на диване, пофлудить на форуме.
• Из:СССР

Сообщение отредактировал 3D-BiG: 24 Ноябрь 2013 — 07:33

Лужу, паяю, станки ЧПУ починяю.
G01 придумали трусы. Реальные пацаны фрезеруют на G00.

Отверстия с точностью ниже 14 квалитета называются дырками.

Шаговый двигатель в станке с ЧПУ: виды, плюсы, минусы, альтернативы

Одно из главных отличий современного станка с ЧПУ от «классических» моделей с ручным управлением – отсутствие кинематической связи между механизмами, отвечающими за перемещение рабочих органов и вращение шпинделя. Раздельный привод позволяет отказаться от использования многоступенчатых коробок передач, механических делительных головок, доверить сложные расчеты компьютеру. Но чтобы перемещения были точными, а станок всегда понимал, в какой точке находится режущий инструмент в текущий момент времени, привод должен иметь вполне определенные параметры. В механизмах станка с ЧПУ лучше всего с этими задачами справляются шаговые двигатели: компактные «послушные» в управлении и сравнительно недорогие.

В этой статье мы расскажем о работе этих устройств, постараемся найти их недостатки и подобрать альтернативные варианты.

Как работает шаговый двигатель?

Наиболее важная конструктивная особенность шагового двигателя – явно выраженные магнитные полюса. На статоре их роль играют сердечники обмоток. Ротор выглядит как зубчатое колесо: выступы на его поверхности – это тоже полюса (постоянных магнитов). Благодаря такой конструкции шаговый двигатель способен совершать дискретные угловые перемещения с остановкой в определенном положении. Связанный с ним через передачу винт-гайка узел станка совершает заданное линейное перемещение.

Управляющий сигнал для шагового двигателя представляет собой последовательность импульсов. Их количество кратно числу шагов, которые совершает ротор. Система управления станка знает, сколько импульсов было послано на двигатель, и может посчитать текущее положение исполнительного механизма.

Достоинства и недостатки

У шаговых двигателей обширный перечень преимуществ. Самые важные из них:

• Доступная стоимость. Такие приводы применяются не только в промышленных станках, но и в бытовой технике. Например, на маломощные самодельные станки часто устанавливают шаговые двигатели, снятые с принтеров.
• Надежность. Благодаря отсутствию щеток и применению подшипников с избыточным рабочим ресурсом вывести из строя шаговый двигатель достаточно сложно. Перегрузки приводят к пропуску шагов, но не повреждают двигатель.
• Высокая скорость отклика на управляющий сигнал. Старт, торможение и реверсирование происходят практически мгновенно из-за того, что максимальный момент двигатель развивает при скоростях, близких к нулю.

Есть у таких приводов и недостатки:

• На обмотках двигателя всегда есть напряжение, то есть он постоянно потребляет энергию.
• Крутящий момент зависит от частоты вращения, и на высоких скоростях он значительно падает.
• Эффект резонанса — падение момента на некоторых частотах вращения. При чем резонансная частота непостоянна и зависит от величины нагрузки.
• При пропуске шагов система ЧПУ не сможет правильно определить положение исполнительного механизма, если шаговый привод работает без обратной связи.

Типы шаговых приводов

Существует два типа шаговых приводов:

• Униполярные. Обмотки статора имеют от 5 до 8 выводов. Двигатель включается в работу посредством их коммутации при помощи простейшего драйвера с четырьмя ключами.
• Биполярные. В таком моторе всего 4 вывода, и для изменения параметров магнитного поля им нужна более сложная система управления.

Биполярные двигатели развивают большие моменты на валу, чем униполярные, при сравнимых массово-габаритных характеристиках, поэтому их в станках с ЧПУ можно увидеть значительно чаще.

Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ станка?

Самостоятельный выбор шагового двигателя для ЧПУ станка привода — работа сложная и требующая точных расчетов. Он должен преодолеть силу трения в ШВП или передаче винт-гайка, инерцию портала и рабочую нагрузку, которая зависит от свойств обрабатываемой детали и режима резания. Также нужно учесть геометрические параметры присоединительного фланца, вала и корпуса. Важный момент – анализ графика зависимости крутящего момента от частоты вращения. Именно здесь ошибки приводят к пропуску шагов.

Тем, кто все же решился собрать станок самостоятельно, мы рекомендуем посмотреть характеристики приводов готовых моделей, близких по размерам и поставленным задачам.

Альтернативные варианты

Единственный конкурент шагового двигателя в ЧПУ станке — сервомотор. Его установка требует реализации более сложной схемы управления с обратной связью (энкодером). Есть у него и другие недостатки. Выбор между сервоприводом и шаговым двигателем для ЧПУ станка вызывает много вопросов у начинающих станочников и споров на форумах. Чтобы определить оптимальный состав привода, нужно учесть следующие факторы:

1. Стоимость. При жестких ограничениях в бюджете широкий выбор отсутствует в принципе, и считается, что шаговый двигатель значительно дешевле сервомотора. Но это справедливо для устройств небольших типоразмеров. Чем больше мощность, тем меньше разница в цене, а у некоторых крупных моделей стоимость моторов обоих типов сопоставима.
2. Массово-габаритные характеристики станка. Чем больше станок, тем большая мощность нужна для перемещения рабочих органов. Склонность к резонансным явлениям сильнее проявляется у мощных шаговых двигателей, что может привести к пропуску шагов и снижению точности обработки. Для фрезерных станков с ЧПУ рекомендуется выбирать серводвигатели, если масса портала превышает 50 кг.
3. Сложность настройки. Схемы приводов с обратной связью требуют точной наладки и высокой квалификации оператора. Если требуется самое простое решение, оптимальным выбором для станка с ЧПУ будет шаговый двигатель.
4. Вероятность перегрузок и заклинивания. Считается, что при заклинивании серводвигатель обязательно выйдет из строя. Это не совсем так. Если станок настроен правильно, драйвер не пошлет сигнал на повторную отработку перемещения, выполнение программы прекратится, и стойка перейдет в режим ожидания до вмешательства оператора или наладчика. Шаговые двигатели при перегрузке могут пропустить несколько шагов. Из-за отсутствия обратной связи СЧПУ не узнает об этом и продолжит отсчитывать шаги дальше. Пропуск нескольких шагов при кратковременном заклинивании – это бракованная деталь на выходе. Потеря шагов также возможна при внешних вибрационных воздействиях и ударах.
5. Скорость перемещения. В массивных ЧПУ станках с шаговыми двигателями скорость движения портала обычно не превышает 9 м/мин. Если материал заготовки и режущий инструмент позволяют назначить режим обработки на более высоких скоростях, то мотор будет «узким местом», ограничивающим производительность. Тот же портал с приводом от серводвигателя аналогичного типоразмера сможет развить скорость до 60 м/мин.
6. Рабочие ускорения. Чрезмерный разгон шагового двигателя неизбежно приведет к пропуску шагов. Если предполагается работа на высоких ускорениях, лучше выбрать сервомотор.
7. Нагрузка на передачу в момент остановки. В тяжелых станках с ЧПУ шаговые двигатели часто устанавливают на механизмы вертикального перемещения шпинделя. Ротор затормаживается магнитными силами после остановки. Сервопривод в остановленном положении совершает колебания, что очень нежелательно. Шаговый двигатель хорошо ведет себя в механизмах поворота заготовки (4-ой оси), кода требуется удерживать ее в стационарном положении.

Какие двигатели применяются в станках MULTICUT?

Надежность конструкции – основной критерий, по которому инженеры компании MULTICUT оценивают комплектующие для станков от сторонних производителей. В выборе двигателей для механизмов перемещения не допускаются компромиссы в качестве.

По умолчанию на все станки устанавливаются шаговые приводы MIGE и контроллеры YAKO. Базовая комплектация выбрана исходя из пожеланий заказчиков и анализа оборудования конкурентов. Приводы демонстрируют высокие крутящие моменты и динамику. Станок стабильно работает на ускорениях до 1,5 м/с 2 . Двигатели работают в микрошаговом режиме с точностью 300 шагов на оборот. В сочетании с редуктором с передаточным отношением 5 аппаратная точность позиционирования составляет 6 мкм. «Шаговость» никак не отражается даже на самых мелких деталях.

В качестве опции заказчику предлагаются сервоприводы DELTA серии ASDA-B2. Эти двигатели отличаются отличной управляемостью: положение, момент и скорость могут регулироваться сигналом задания. По динамическим характеристикам эти моторы значительно превосходят более дорогие аналоги. Разгон от -3000 до + 3000 оборотов в минуту на холстом перемещении составляет около 10 мс. В тех моделях, которые мы устанавливаем на станки, есть тормозной резистор. В энкодер с разрешением 160000 импульсов на оборот встроен цифровой модуль управления, который позволяет оперативно выполнить конфигурирование мотора.

Если станок рассчитан на работу в высоконагруженных режимах, от него требуется хорошая производительность, то мы рекомендуем выбирать сервоприводы ESTUN. Интеллектуальные силовые модули промышленного класса, используемые в конструкции двигателей, позволяют им выдерживать перегрузки по току, развивать высокие моменты во время пуска. Производитель реализовал функцию подавления вибрации, сделал настройку простой и удобной, а двигатель — отзывчивым и точным в работе.

На настольные станки 500-й серии мы устанавливаем привода мощностью 200 Вт (на каждую ось). В базовой комплектации крупногабаритных моделей мощность шаговых двигателей составляет 400 Вт. Для всех серий станков в сервоисполнении мы предлагаем моторы мощностью 0,75 и 1 кВт.

Чтобы получить консультации по вопросам выбора и комплектации станков MULTICUT, позвоните по контактному телефону в вашем регионе.

Гибридные шаговые двигатели серии FL86STH

Назад

Вперед

Описание гибридных шаговых двигателей серии FL86STH

Мощные и динамичные шаговые двигатели FL86STH — наиболее удачное решение для использования в станках с ЧПУ для работы с пластмассой, деревом и алюминиевыми сплавами.

CNC-программы для станков с ЧПУ: DeskCNC, Turbocnc и MACH3. Устройства управления: SMSD‑4.2LAN, SMSD‑8.0LAN, SMD‑4.2DIN, SMD‑8.0DIN.

Технические характеристики

Назад

Вперед

1 Максимальный квазистатический синхронизирующий момент

Габаритные и присоединительные размеры шаговых двигателей FL86STH65

Габаритные и присоединительные размеры шаговых двигателей FL86STH80

Габаритные и присоединительные размеры шаговых двигателей FL86STH118

Габаритные и присоединительные размеры шаговых двигателей FL86STH156

Электрическая схема шаговых двигателей FL86STH

Вопросы и комментарии

07 марта 2019 г.

на всех двигателях этой серии, указан размер вала с выходом в обратную сторону. Пожалуйста поясните, что это означает?

11 марта 2019 г.

Здравствуйте, Владимир.
Пунктирной линией обозначен второй вал для исполнения с выходом вала в две стороны.

13 августа 2019 г.

Добрый день. Подскажите, пожалуйста, исполнение вала со шпонкой делается только на двигателях с осевым размером 118 и 156? На 65 не делают?

16 августа 2019 г.

Здравствуйте, Алексей.
Есть возможность изготовить вал со шпонкой для 65 размера. Пожалуйста, свяжитесь по этому вопросу с отделом продаж.

07 сентября 2019 г.

zdrastvuyte,pdskagite pogalusta cena FL86STH118-4208B iFL86STH156-4208B, 8vixodov,icena MSA15S 500MM relsa S dvumya karetkami

24 сентября 2019 г.

Здравствуйте, Самвел.
О наличии, ценах и сроках поставки обращайтесь в отдел продаж, по телефонам или на почту указанную в разделе контакты.

04 декабря 2019 г.

Здравствуйте. У разных поставщиков двигателя FL86STH156-6204A диаметр вала указан разный: 14 мм, 15 мм и вот этот суперстранный 15,875. В китайском чертеже двигателя указан диаметр вала 15 мм. Так какой все-таки диаметр вала у этого двигателя

05 декабря 2019 г.

Здравствуйте, Ирина.
FL86STH156-6204A — оригинальная маркировка шаговых двигателей производства Fulling Motor. Эта модель в стандартном исполнении поставляется с диаметром вала 15,875.
Существует огромное количество мелких китайских производителей, копирующих данную модель. Характеристики, используемые материалы и даже размеры у них могут отличаться. При этом название модели они оставляют то же самое, так как эта модель известна и распространена.

25 февраля 2020 г.

Здравствуйте! Зависит ли настройка тока в драйвере от типа подключения шд (параллельное или последовательное)? Например для FL86STH65-2808

25 февраля 2020 г.

Здравствуйте, Сергей.
Ответ на этот вопрос зависит от конкретной модели двигателя. Для некоторых моделей зависит, для некоторых — не зависит.
Ток фазы для двигателя FL86STH65-2808 выставляется 2,8А независимо от типа подключения.

16 марта 2020 г.

не могу найти внешнюю характеристику зависимость момента от оборотов шагового двигателя FL86STH156-6204A

16 марта 2020 г.

Здравствуйте, Александр.
Данная характеристика зависит от многих факторов. Основные — используемый блок управления, напряжение питания, режим дробления. При одном и том же напряжении одна и та же модель шагового двигателя будет показывать разную динамику с разными блоками управления.

Добрый день, а какой степени защиты изготавливается двигатель FL86STH118-4208A?

Здравствуйте, Анатолий.
Степень защиты шаговых двигателей FL86STH — IP43. Выбрать шаговый двигатель с высокой степенью защиты IP65 можно здесь: https://electroprivod.ru/sm.htm

15 марта 2015 г.

С этим товаром покупают

Ethernet контроллер шаговых двигателей

Добавить в заказ

Ethernet контроллер шаговых двигателей

Добавить в заказ

Драйвер шагового двигателя

Добавить в заказ

Планетарные прецизионные редукторы

Добавить в заказ

Добавить в заказ

Вперед

Товар добавлен в заказ

Для отправки заказа, заполните форму ниже и наши менеджеры свяжутся с вами

Подпишитесь на наши новости

Получайте первыми актуальную информацию от ООО «Электропривод»

• Продукция
• О компании
• Форум
• Программы
• Блог
• Публикации
• Оплата и доставка
• Новости
• Контакты

Карта сайта

по России звонок бесплатный

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

МОСКВА

Сайт использует файлы cookie. Находясь на сайте, Вы принимаете политику конфиденциальности и соглашаетесь на использование cookie.