Введение в шаговые двигатели
А шаговый двигатель Это бесщёточный синхронный электродвигатель, предназначенный для деления полного оборота на большое количество равных шагов. строительство обычно включает в себя:Статор: Оснащен несколькими электромагнитными катушками, расположенными по фазам.Ротор: Либо постоянный магнит, либо конструкция с переменным магнитным сопротивлением и мелкозубчатыми полюсами.Схема управления (контроллер): Посылает синхронизированные импульсы на катушки статора, создавая вращающееся магнитное поле.
Каждый входящий импульс поворачивает вал на фиксированный шаговый угол (обычно 1,8° или 0,9°). Управляя числом и частотой этих импульсов, шаговые двигатели достигают точный контроль положения и скорости без необходимости использования датчиков обратной связи в системах с открытым контуром.
Основные преимущества:Точность: Идеально подходит для применений, требующих повторяющихся движений.Простое управление: Положение и скорость прямо пропорциональны входным импульсам;Надежность: Нет щеток = меньше износа и обслуживания.
Типичные области применения: 3D-принтеры, Станки с ЧПУ, Робототехника, Еда Упаковочные машины и этикетировочные машины .И т. д
Короче говоря, шаговые двигатели – это основа современной автоматизации, предлагая экономически эффективный баланс между точность, долговечность и простота управления.
Для чего используется шаговый двигатель?
А шаговый двигатель Бесщёточный двигатель постоянного тока преобразует цифровые импульсные сигналы в точное механическое угловое перемещение. Каждый входной импульс поворачивает вал на фиксированный угол, называемый «шагом». Такое пошаговое движение обеспечивает превосходную точность. точность позиционирования, контроль скорости и повторяемость.
Распространенные применения:
- Упаковочная машина: Машины для упаковки продуктов питания, Мультиголовочный весовой дозатор, Конвейеры ...
- 3D-принтеры: Точное управление перемещением печатающей головки и платформы.
- Станки с ЧПУ: Приводные инструменты для точной резки и резьбы.
- Робототехника: Достижение точного вращения суставов.
- Медицинские машины: Обеспечьте точное позиционирование образцов в анализаторах и сканерах.
Принцип работы шагового двигателя
Принцип действия шагового двигателя основан на электромагнетизм и пошаговое управлениеКаждый раз при получении входного импульсного сигнала двигатель поворачивается на фиксированный угол (известный как «угол шага»).
- Электромагнитное возбуждение: Контроллер подает питание на один набор катушек статора, создавая магнитное поле.
- Выравнивание ротора: Ротор (зубчатый постоянный магнит) выравнивается с находящимися под напряжением зубцами статора.
- Последовательное переключение: Контроллер отключает текущую катушку, а затем включает следующую, смещая поле статора.
- Пошаговое движение: Ротор движется шаг за шагом, следуя за вращающимся магнитным полем.
- Частота пульса = Скорость
- Количество импульсов = Положение
Это делает управление скоростью шагового двигателя и управление положением простое, высокоповторяемое и точное.
Типы шаговых двигателей
1. Стандартные двухфазные / трехфазные / пятифазные шаговые двигатели
- Описание: Основа нашей линейки продуктов. Больше фаз = более плавная работа.
- Лучше всего подходит для: Автоматические пищевые машины, станки с ЧПУ, текстильное и упаковочное оборудование.
2. Шаговый двигатель с замкнутым контуром и контроллером
- Описание: Оснащен высокоточным энкодером для получения обратной связи в реальном времени. Исключает потерю шагов, сохраняя при этом преимущества шаговых двигателей по стоимости.
- Лучше всего подходит для: Приложения, требующие абсолютной надежности и нулевой терпимости к пропущенным шагам.
3. Интегрированные шаговые двигатели (двигатель + контроллер)
- Описание: Объединяет шаговый двигатель и драйвер в одном компактном устройстве. Упрощает подключение, снижает электромагнитные помехи и экономит место.
- Лучше всего подходит для: Распределенные системы управления и компактные конструкции оборудования.
4. Шаговые двигатели специального назначения (полый вал / с тормозом)
- Полый вал: Позволяет прокладывать кабели через двигатель, упрощая компоновку.
- С тормозом: Обеспечивает безопасность при вертикальном движении или в условиях отключения питания.
- Лучше всего подходит для: Робототехника, лифты и уникальные задачи автоматизации.
Шаговый двигатель против серводвигателя
Один из наиболее частых вопросов по управлению движением: В чем разница между серводвигателем и шаговым двигателем?
| Особенность | Шаговый двигатель | Серводвигатель |
|---|---|---|
| Метод контроля | По умолчанию — разомкнутый контур; также может быть замкнутым с энкодером | Всегда замкнутый контур с обратной связью от энкодера |
| Расходы | Более низкая стоимость, простая система | Более высокая стоимость, сложная система |
| Производительность на низкой скорости | Высокий крутящий момент на низкой скорости может привести к вибрации | Очень плавный и стабильный на низкой скорости |
| Высокая скорость работы | Крутящий момент падает на более высоких скоростях | Сохраняет номинальный крутящий момент даже на высокой скорости |
| Перегрузочная способность | Не переносит перегрузок — возможны пропуски шагов | Высокая перегрузочная способность (крутящий момент до 3-кратного номинального) |
| Ответ | Быстрый старт/остановка | Более быстрый динамический отклик |
| Наилучшее использование | Точное позиционирование, постоянная скорость, чувствительность к затратам | Высокодинамичное движение, большая нагрузка, задачи с большим крутящим моментом |
Заключение:
Выберите шаговый двигатель для точное позиционирование и экономическая эффективность.
Выберите серводвигатель для высокоскоростные, высококрутящие или подверженные перегрузкам среды.
Основные технические характеристики
| Параметр | Описание | Почему это важно |
|---|---|---|
| Размер рамы | Размеры фланца двигателя | Определяет совместимость с установкой: большие размеры = больший крутящий момент |
| Удерживающий крутящий момент | Статическая удерживающая сила | Обеспечивает устойчивость груза |
| Угол шага | Угловое перемещение за шаг | Меньший угол = более высокая точность |
| Фазный ток | Ток согласования драйвера | Удары крутящего момента и нагревания |
| Длина тела | Размер корпуса двигателя | Более длинный корпус = больший крутящий момент при том же размере рамы |
| Фазы | 2, 3 или 5 | Больше фаз = более плавная работа |
Внутренняя структура шаговых двигателей
The точное движение шаговых двигателей исходит от их прочная механическая и электромагнитная конструкцияКаждый высококачественный шаговый двигатель изготовлен с кропотливым мастерством и предназначен для преобразования цифровых импульсов в надежное физическое движение. Типичный гибридный шаговый двигатель состоит из трех основных ассамблей, работающих согласованно:
Ротор (вращающийся сердечник):
- Постоянный магнит: Обеспечивает базовое магнитное поле, необходимое для создания крутящего момента.
- Сердечник ротора: Ламинированные листы кремнистой стали с микрозубцами, обработанными методом точной механической обработки. Эти зубцы взаимодействуют с полем статора, создавая шаговое движение.
- Вал: Передает вращательное движение внешней нагрузке.
- Шариковые подшипники: Устанавливается на обоих концах вала, обеспечивая плавное вращение с малым трением даже на высокой скорости.
Статор (неподвижная часть):
- Сердечник статора: Изготовлен из ламинированной кремнистой стали, имеет несколько больших столбов по всей внутренней стенке.
- Обмотки (катушки): Вокруг каждого полюса намотаны провода из высокочистой меди. Последовательная подача напряжения на эти обмотки создаёт вращающееся магнитное поле, которое пошагово приводит в движение ротор.
Торцевые заглушки (корпус):
- Передние и задние заглушки: Обычно они изготавливаются из высокопрочного алюминиевого сплава или стали, точно охватывают ротор и статор, удерживая подшипники на месте.
- Передняя торцевая крышка (монтажный фланец): Определяет стандартный размер рамы двигателя.
- Характеристики шагового двигателя
- Управление скоростью шагового двигателя
- Проводка шагового двигателя
| Электрические характеристики | Механические характеристики | ||
|---|---|---|---|
| Точность угла шага | ±5% | Электрическая прочность диэлектрика | 500 В переменного тока, 1 минута |
| Температура окружающей среды | -20℃ ~ +50℃ (не замерзает) | Сопротивление изоляции | 100 МОм мин. при 500 В постоянного тока |
| Другие характеристики | Радиальная игра | 0,02 мм макс. (нагрузка 500 г) | |
| Макс. допустимая температура | 80℃ | Осевой люфт | 0,08 мм макс. (нагрузка 500 г) |
| Класс изоляции | Класс Б |
Объяснение терминов:
- Точность угла шага: Допуск на угол шага двигателя (например, 1,8° ±5%).
- Макс. допустимая температура: Максимальная безопасная температура корпуса двигателя во время работы.
- Температура окружающей среды: Допустимый диапазон температуры окружающего воздуха, в котором работает двигатель.
- Класс изоляции: Классификация (распространён класс B), определяющая теплостойкость системы изоляции двигателя.
- Диэлектрическая прочность (испытание высоким напряжением): Способность изоляции выдерживать высокий потенциал напряжения между обмотками и корпусом двигателя без разрушения.
- Сопротивление изоляции: Мера сопротивления изоляции между обмотками и корпусом двигателя.
- Радиальный люфт: Максимально допустимое перемещение (люфт) вала при приложении силы, перпендикулярной оси вала.
- Осевой люфт: Максимально допустимое перемещение (люфт) вала при приложении силы вдоль оси вала.
Шаговые двигатели вращаются со скоростью пропорционально частоте входных импульсов. Для плавного ускорения и замедления вам понадобится контроллер с возможностью точной регулировки частоты импульсов.
Наши водители поддерживают микрошаг до 256 подразделов, что обеспечивает сверхплавное движение даже на очень низких скоростях.
Правильный проводка имеет решающее значение для производительности.
Биполярная проводка (4 провода): Обеспечивает более высокий крутящий момент, требует более сложных драйверов.
Униполярная проводка (5 или 6 проводов): Проще в управлении, немного менее эффективен по крутящему моменту.
Мы предоставляем понятные схемы электропроводки и техническая поддержка для обеспечения бесперебойной интеграции.
Сопутствующий продукт
Готовы ли вы реализовать свой следующий проект?
Наша команда инженеров готова оказать поддержку вашему проекту от выбора двигателя до полной интеграции.
📞 Техническая горячая линия: +0086-13536680274
📧 Электронная почта: [email protected]
💬 Онлайн-форма: https://fill-package.com/contact-us/
Давайте принесем точное и мощное движение в вашу систему.
.
Шаговые двигатели Устройства с питанием от постоянного тока. Они не могут работать напрямую от источника постоянного тока, а требуют контроллер/драйвер шагового двигателя, который преобразует входные импульсы в точные последовательности возбуждения катушек.
Большинство систем работают на основе регулируемый источник постоянного тока, как правило 24 В - 48 В, хотя промышленные модели могут поддерживать более широкие диапазоны.
Это наиболее распространенный вопрос при отборе.
Метод контроля: Шаговые двигатели обычно работают в управление с разомкнутым контуром (без обратной связи), что упрощает и удешевляет систему. Серводвигатели должны быть замкнутый контур с обратной связью от энкодера, что делает их более сложными и дорогими.
Производительность: Шаговые двигатели обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях, но крутящий момент падает на более высоких скоростях, и они не могут справиться с перегрузкой. Серводвигатели поддерживают стабильный крутящий момент во всем диапазоне скоростей и обладают высокой перегрузочной способностью.
Приложение: Выберите шаговый двигатель если ваше приложение требует Экономически эффективное, точное позиционирование со стабильными грузами. Выберите серводвигатель если ваш проект требует очень высокая динамическая реакция, скорость или управление крутящим моментом.
Наше решение: Наш серия шаговых двигателей с замкнутым контуром сочетает в себе преимущества обоих вариантов — надежность, сравнимую с надежностью сервопривода, при значительно меньших затратах.
Удерживающий момент — это максимальный крутящий момент, который двигатель может обеспечить, когда он под напряжением, но не вращается. ключевой показатель эффективности от того, какую «силу» может выдержать двигатель.
- Больший удерживающий момент лучше, но только в разумных пределах.
- Завышение крутящего момента приведет к увеличению стоимость, размер и энергопотребление без необходимости.
- Лучший способ — рассчитать максимальный крутящий момент, необходимый для вашего применения, и выбрать двигатель с Запас прочности 30–50%.
- Открытый контур: Контроллер только посылает импульсные команды, не проверяя, достиг ли двигатель заданного положения. Простой и экономичный, подходит для большинства базовых применений.
- Замкнутый цикл: Двигатель имеет кодер Это обеспечивает обратную связь в режиме реального времени. Водитель сравнивает заданное положение с фактическим, немедленно исправляя любые ошибки. Это значительно улучшает точность и надежность, особенно при больших нагрузках
- Двухфазный: Самый распространённый и экономичный, подходит для общей автоматизации.
- Трехфазный: Обеспечивает более плавное движение и меньшую вибрацию по сравнению с двухфазным.
- Пятифазный: Обеспечивает самая плавная и тихая работа, с пониженным резонансом, идеально подходит для высокоточных применений.
- Скорость: Определяется частотой импульсов (количество импульсов в секунду). Чем выше частота, тем выше скорость.
- Направление: Управляется линией сигнала направления (контакт DIR, высокий/низкий уровень).
- Угол: Определяется общим числом импульсов. Больше импульсов = больше угол поворота.
Микрошаговый метод представляет собой технологию привода, при которой полный шаг двигателя (например, 1,8°) делится на множество меньших шагов.
Более высокое разрешение: Обеспечивает гораздо более точное позиционирование.
Более плавное движение: Снижает вибрацию и шум на низких скоростях.
Наши водители поддерживают до 256 микрошагов на шаг для сверхплавной работы.
Да-наличие водителя обязательноШаговый двигатель не может работать при прямом подключении к источнику постоянного тока. Драйвер преобразует управляющие сигналы (импульсы и направление) в правильные сигналы синхронизации и тока для обмоток двигателя.
Да, нагрев — это нормально. Шаговые двигатели продолжают потреблять ток даже в состоянии покоя, поддерживая удерживающий момент.
Безопасная эксплуатация возможна до температура поверхности 80°C.
Чрезмерное тепло может указывать на настройки перегрузки по току на водителе.
Наш замкнутые и интегрированные шаговые двигатели включать интеллектуальное управление током, уменьшая ненужный нагрев и повышая эффективность.
Потеря шага происходит, когда двигатель не может реагировать на входные команды. Наиболее распространённые причины:
- Крутящий момент нагрузки превышает мощность двигателя.
- Слишком агрессивные настройки скорости ускорения/замедления.
- Слишком низкий ток драйвера.
- Механическое заклинивание в системе трансмиссии.
- Слишком низкое напряжение питания, особенно на высокой скорости.
Одним из главных преимуществ шаговых двигателей является низкие эксплуатационные расходы:
- Нет щеток → минимальный износ.
- Просто убедитесь, чистые поверхности и хорошая вентиляция.
- Регулярно проверяйте проводку и разъемы.
- Следите за подшипниками на предмет необычного шума после длительного использования.
- Избегайте агрессивных и экстремальных сред.