Обзор современных шаговых двигателей

 
Шаговый двигатель состоит из статора и ротора. Если мы посмотрим на статор увидим несколько полюсов сразу забегу вперед это у нас двигатель двухфазный с главным шагом 1.8 также ротор на нем мы видим также зубцы.
Принцип работы шагового двигателя.
Здесь важно обратить внимание на то как зубцы ротора притягивается к соответствующим осям статора и тем самым создается вращении ротора. Наибольшее распространение получили высоко моментные двухфазные гибридные шаговые двигатели с угловым перемещением 1.8 градусов вот если мы посмотрим на обозначение двигателя мы увидим буквы АЖ с буквы с как раз означает что данный двигатель с угловымс углом поворота 1.8.Также встречаются наиболее часто двигатели с угловым шагом 0.9 то есть 400 шагов. Точность выставления шага двигателя главным образом зависит от точности исполнения механических частей двигателя. Современный  двигатель производитель заявляет что выполняется с точностью до 5 процентов погрешность шага. У шаговые двигателей есть одна
особенность они движутся не плавно а дискретно то есть поворачиваться на некоторые оборот
вот дискретный шага создает существенные вибрации которые в ряде случаев могут приводить к снижению крутящего момента и возбуждение механических резонансов в системе. Снизить вибрации удается при использовании дробления шага или увеличение количества фаз но как я уже говорил мы сейчас рассматриваем наиболее распространенные двухфазные двигатели поэтому в нашем варианте мы будем делить. Пользоваться деление микрошага ,так называемый режим микро шага на любом драйвере такой режим предусмотрен. Необходимо выставить соответствующий переключатель
в нужные положения. Режим дробление шага или так называемый режим некраш реализуется при
независимом управлении током обмоток шагового двигателя управляются отношением токов в обмотках. Можно зафиксировать ротор в промежуточном положении между шагами и тем самым
повысить плавность вращения ротора и добиться высокой точности позиционирования. Качество изготовления современных шаговых двигателей позволяет добиться повышения точности в 10-20 раз.
Подобрать себе качественный шаговый двигатель с необходимыми характеристиками вы можете перейдя по ссылочке
Теперь давайте выясним какие же двигатели бывают и где их как правило применяют. Шаговые двигатели стандартизированы национальной ассоциации производителей оборудования по посадочным размерам. Габаритные размеры начиная с двигателя так называемых nemo 8 и заканчивая nemo 110. Цифры это дюймовая система если мы перемножим  получим сантиметр то в частности вот м8 это 20 на 20 габарит. Соответственно в любой линейке , скажем вот nemo 21-м a34 могу представить два двигателя 78 и 156 насколько я помню самый большой двигатель в одном ряду. Каждый из двигателей из линейки размеров подходит для соответствующих механизмов и применяется в различных местах. Шаговый двигатель дает сравнительно высокий момент при низких скоростях вращения момент существенно падает при увеличении скорости вращения. Однако динамические характеристики могут быть существенно улучшены при использовать драйверов со стабилизацией тока на основе шим.
Они все имеют стабилизацию шин выполняется в различных конфигурациях. Это плата с уже встроенными драйверами частности уже она подключается в компьютеру имеет ряд драйверов сменных на случай если что-то  вышло из строя по какой-то причине либо как самостоятельное устройство.
        Двигатели могут применяться начнем с самых маленьких на м8 в данной конструкции значит особенность вот конкретно этих двигатели то что они имеют сквозной вал то есть вал с отверстием через
которые можно подавать воздух или напротив создать вакуум ну давайте посмотрим как это работает. Данные двигателя то есть столь маленькие двигатели они применяются как правило  для действий с небольшим моментом и вот тут же мы видим двигатель серии nema 23 который без каких-либо редукторов применяется для ременной передачи.
Давайте разберемся как же подключается двигатель.
Мы рассматриваем шаговый двигатель двухфазный соответственно все подключения нужно начинать того что определить где же у нас эти две фазы находятся. В документации к любому шагу двигателю
можно найти рисунок с расположением этих фаз если нас этого рисунка нет можно принципе найти эти фазы и опытным путем. Для этого воспользуемся воспользуюсь мультиметром включим его на
прозвонку убедимся что работает и начнем перебирать попарно любые провода начнем с красного и желтого сигнала нет значит эти два провода относятся к разным фазам. Представляем красный берем синий опять не угадали красный оставляем берем зеленый есть контакт и так мы определили
что красный и зеленый провод это у нас одна из вас на давайте завяжем узелочек чтобы нам не перепутать и на всякий случай проверим другие два провода. Сигнал есть вторая фаза также завяжем узелочек. И так мы определил и провода отвечающие нашим фазам возьмем любой драйвер либо на самом драйвере либо его описание мы можем найти данные обозначение а плюс k минус b плюс и минус как увидеть здесьесть изображение обмотки соответственно два провода мы подключаем одной обмотки
но прикручивать не будем и два других провода подключаем другой обмотки. Все шаговый двигатель мы подключили однако мы помним что обмотки мы нашли а вот где расположен начало и конец обмоток мы определить не смогли но в принципе это не имеет решающего значения если мы ошиблись с подключением непосредственно а плюс и они нас перепутали две фазы просто начнет вращаться в другую сторону. Если мы хотим чтобы вращался в правильную сторону можно поменять провода одной из фаз местами либо попарно поменять местами две фазы.
Как подобрать шаговый двигатель.
В соответствии с теми моментами и тяговыми миссиями которыми которые как мы предполагаем будут возникать в нашей конструкции в нашем станке я подготовил небольшой пример расчета тяговых усилий. На примере расчета для двигатель а57 hs 112 4004 вид передачи ввп 1605 значит давайте разбираться что у нас здесь есть первое без чего мы не можем обойтись это момент шага вот момент шага 2 где тот момент который способна создавать наш двигатель в данном случае двигатель 112
у него момент 3030 это ньютоны на сантиметр нам необходимо перевести их в единую систему измерения систему си то есть привести их килограмм на метр соответственно мы делим на 100 тем самым и сантиметр переводим метры и делим еще на 10 чтобы ньютон и перевести в килограммы
и получаем три сотых килограмма на метр то есть 30 грамм на метр. Казалось бы двигатель не очень мощный но давайте посмотрим что из этого получится дальше. Как вы понимаете очень важен
шаг винта в данном случае нашего тест нас 0.5 то есть шаг 5 миллиметров опять же переводим систему си получаем 5 тысячных метров в этот шаг винта ну и не забываем что у любой передаче есть кпд несмотря на то что шарика винтовая передача обладает достаточно высокими кпд как таковыми но в это число входит еще трение в подшипниках качения трения в подшипниках самого двигателя опять же трение самой передачи ввп она варьируется где-то от 0.8 до 0.95. Будем считать что у нас конструкции далеко не одни идеальная вот я думаю что 0.9 это вполне достаточно и подставляю все значениях в формулу то есть тяговые усилия у нас будет равняться моменту создаваемых шаговым двигателем умножаем на пир умножаем на кпд и делим на шаг винта то есть для данного двигателя с данным винтом мы получаем почти 7 граммов тяговое усилие. Здесь важно помнить что данное число 30 ньютона сантиметр это это момент удержание двигателем это не рабочий момент то есть
во время вращения двигатель будет создавать меньше момент причем момент двигателя будет в значительной степени падать при увеличении скорости. При скорости вращения 500 оборотов в минуту
момент падает более чем вдвое причем даже при 200 оборотов в минуту уже наблюдается значительное падение момента это нужно не было обязательно учитывать при построении системы.
Почему же при большой скорости оборотов двигателя он теряет момент. Давайте рассмотрим
статор двигателя здесь мы видим несколько обмоток для того чтобы двигать вращался быстро эти
обмотки нужно очень быстро перемагничивание подавать напряжение на 1 на 2 3 4. Чем быстрее.мы это будем делать тем быстрее вращается двигатель однако на перемагничивание обмоток требуется некоторое время. Попробую объяснить это простыми словами представим трубу по которой нас течет
вода но поток жидкости нам требуется менять сначала он будет течь в одну сторону потом изменять свое направление так вот скорость изменения направления потока жидкости напрямую зависит от
мощности того двигателя того насоса который прикреплен к этой трубе другими словами переходя на
электрический язык чем больше напряжения мы подаем на двигатель тем быстрее он успевает перемагничиваться снова тем быстрее вращается ротор. Другими словами если мы хотим чтобы вращался быстро нам нужно увеличивать напряжение. Боятся что двигатель сгорит нет никаких оснований потому что так у нас ограничивает шаг драйвер шагового двигателя вот ну а подобные изоляции эмалированные провод выдерживает очень большие напряжения то есть по напряжению он у нас никогда не дали в документации вы никогда не найдете параметра связанного с напряжением подавали на шаговый двигатель она просто нет. Никак не регламентируется не говорю не регулируются.
Мы выяснили что напряжение блока питания который мы используем для питания двигателей напрямую влияет на скорость его вращения соответственно возникает вопрос а как же подобрать блок питания для нашего шагового двигателя опять же я здесь подготовил небольшой пример о котором
используется ну очень простенькая формула получено она эмпирическим путем она не очень точная но ей вполне возможно пользоваться потому что в блоке питания все равно выпускается на определенные напряжения и подобрать его очень очень точно не представляется возможным. В этом нет никакой
необходимости. И так давайте рассмотрим что опять же у нас здесь есть индуктивность двигателя 2 и 3 мили генри она не требует перевода систему си и поставляется формулу уже втаком вот значение ну и собственно сама формула напряжение блока питания должно равняться 32 умножить на корень
квадратный из индуктивности но при таких значениях мы получаем 48 и 53 вольта соответственно. Мы знаем что на есть  блок питания с напряжением 48 вольт стандартное напряжение соответственно мы будем брать его однако опять же здесь не обойтись без нюансов мы помним обязательно при расчетах что данная формула является рекомендательный но ни в ком не в коем случае не какой-то окончательный.