Шаговые двигатели (подробный разбор 4 типов)
Общие сведения:
Шаговый двигатель — это бесколлекторный двигатель, ротор которого вращается не плавно, а шагами (дискретно). Полный оборот ротора состоит из нескольких шагов. Меняя форму сигнала, количество импульсов, их длительность и фазовый сдвиг, можно задавать скорость вращения, направление вращения и количество оборотов ротора двигателя.
Шаговые двигатели состоят из ротора (подвижная часть) и статора (неподвижная часть). На статоре устанавливают электромагниты, а части ротора взаимодействующие с электромагнитами выполняются из магнитотвердого (двигатель с постоянными магнитами) или магнитомягкого (реактивный двигатель) материала.
Виды шаговых двигателей по типу ротора:
По типу ротора, шаговые двигатели делятся на: двигатели с постоянными магнитами, реактивные двигатели и гибридные двигатели.
- Двигатель с постоянными магнитами (ротор из магнитотвердого материала). На роторе установлен один, или несколько, постоянных магнитов. Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества постоянных магнитов на роторе, и количества электромагнитов на статоре. Обычно в одном обороте от 4 до 48 шагов (один шаг от 7,5° до 90° ).
- Реактивный двигатель (ротор из магнитомягкого материала). Еще такие двигатели называют двигателями с переменным магнитным сопротивлением. Ротор не имеет постоянных магнитов, он выполнен из магнитомягкого материала в виде многоконечной звезды. Данные двигатели встречаются редко, так как у них наименьший крутящий момент, по сравнению с остальными, при тех же размерах. Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества зубцов на звезде ротора, и количества электромагнитов на статоре. Обычно в одном обороте от 24 до 72 шагов (один шаг от 5° до 15°.)
- Гибридный двигатель (совмещает технологии двух предыдущих двигателей). Ротор выполнен из магнитотвердого материала (как у двигателя с постоянными магнитами), но имеет форму многоконечной звезды (как у реактивного двигателя). Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества постоянных магнитов на звезде ротора, и количества электромагнитов на статоре. Количество шагов в одном обороте таких двигателей может доходить до 400 (один шаг от 0,9°).
Какой тип шагового двигателя у меня?
Если вручную покрутить ротор отключённого двигателя, то можно заметить, что он движется не плавно, а шагами. После того, как Вы покрутили ротор, замкните все провода двигателя и покрутите ротор повторно. Если ротор крутится также, значит у Вас реактивный двигатель. Если для вращения ротора требуется прикладывать больше усилий, значит у вас двигатель с постоянными магнитами или гибридный. Отличить двигатель с постоянными магнитами от гибридного можно подсчитав количество шагов в одном обороте. Для этого не обязательно считать все шаги, достаточно примерно понять, их меньше 50 или больше. Если меньше, значит у Вас двигатель с постоянными магнитами, а если больше, значит у Вас гибридный двигатель.
Виды шаговых двигателей по типу соединения электромагнитов статора:
По типу соединения электромагнитов, шаговые двигатели делятся на: униполярные и биполярные.
На рисунке представлено упрощённое, схематическое, представление обмоток.
На самом деле, каждая обмотка состоит из нескольких обмоток электромагнитов, соединённых последовательно или параллельно
- Биполярный двигатель имеет 4 вывода. Выводы A и A питают обмотку AA, выводы B и B питают обмотку BB. Для включения электромагнита, на выводы обмотки необходимо подать разность потенциалов (два разных уровня), поэтому двигатель называется биполярным. Направление магнитного поля зависит от полярности потенциалов на выводах.
- Униполярный двигатель имеет 5 выводов. Центральные точки его обмоток соединены между собой и являются общим (пятым) выводом, который, обычно, подключают к GND. Для включения электромагнита, достаточно подать положительный потенциал на один из выводов обмотки, поэтому двигатель называется униполярным. Направление магнитного поля зависит от того, на какой именно вывод обмотки подан положительный потенциал.
- 6-выводной двигатель имеет ответвление от центральных точек обмоток, но обмотка AA не соединена с обмоткой BB. Если не использовать выводы центральных точек обмоток, то двигатель будет биполярным, а если эти выводы соединить и подключить к GND, то двигатель будет униполярным.
- 8-выводной двигатель является наиболее гибким в плане подключения электромагнитов. Данный двигатель можно не только использовать как биполярный или униполярный, но и самим определять, как соединить электромагниты обмоток, последовательно или параллельно.
Какой тип шагового двигателя у меня?
Если у Вашего двигателя 4 вывода, значит он биполярный. Если у Вашего двигателя 5 выводов, значит он униполярный. Но если у Вашего двигателя 6 и более выводов, то это не значит что некоторые из них являются центральными выводами катушек электромагнитов. Дело в том, что есть двигатели, некоторые выводы которых (обычно крайние), электрически замкнуты, так биполярный двигатель может иметь 6 выводов. Точно определить тип соединений, для двигателей с 6 и более выводами, можно только измеряя сопротивление между выводами.
Режимы работы шаговых двигателей:
- Для работы шагового двигателя (вне зависимости от его вида) можно выбрать один из трех режимов работы:
- Полношаговый режим — ротор поворачивается на 1 шаг за 1 такт.
- Полушаговый режим — ротор поворачивается на ½ шага за 1 такт.
- Микрошаговый режим — ротор поворачивается на ¼, ⅛ и т.д. шагов за 1 такт.
Ниже рассмотрены режимы работы, на примере биполярного двигателя с постоянным магнитом и полным шагом 90°.
Полношаговый режим (одна фаза на полный шаг). Номинальные значения шагового двигателя указываются именно для этого режима.
Полношаговый режим (две фазы на полный шаг). Этот режим позволяет увеличить крутящий момент почти в половину от номинального.
Полушаговый режим. Этот режим позволяет увеличить количество шагов в полном обороте в два раза, при незначительном уменьшении крутящего момента.
Микрошаговый режим. Этот режим является наиболее распространённым, он позволяет увеличить количество шагов в полном обороте в четыре раза, благодаря неравномерному распределению токов в обмотках. Снижение токов можно достичь снижением напряжения (как показано на картинке) или подавать полное напряжение через подключаемую внешнюю нагрузку.
Если подавать уровни не «0» — «½» — «1» (как на картинке), а «0» — «¼» — «½» — «¾» — «1», то количество шагов в полном обороте увеличится не в 4 раза, а в 8 раз. Можно увеличить количество шагов в 16, 32, 64 раза и т.д., а если заменить дискретные уровни сигналов на синусоиды, то мотор будет вращаться плавно (без шагов).
Режимы пониженного энергопотребления — доступны только для 8-выводных двигателей. Эти режимы отличаются от обычных тем, что используют только половину фазы (половину электромагнитов). Данные режимы используются редко, так как они значительно снижают крутящий момент двигателя.
Пример работы шаговых двигателей с разными видами роторов:
Подключение шаговых двигателей к Arduino:
Электромоторы нельзя подключать к выводам Arduino напрямую, так как они потребляют значительные токи, шаговые двигатели не являются исключением, поэтому их подключают через драйверы.
Большинство драйверов работают либо с биполярными двигателями, либо с униполярными.
- Биполярный двигатель можно подключить только к драйверу биполярных двигателей.
- 6-выводной двигатель можно подключить к любому драйверу. Если не использовать выводы центральных точек обмоток, то двигатель будет биполярным, а если эти выводы соединить и подключить к GND, то двигатель будет униполярным.
- 8-выводной двигатель является наиболее гибким в плане подключения. Данный двигатель можно не только использовать как биполярный или униполярный, но и самим определять, как соединить электромагниты обмоток внутри двигателя, последовательно или параллельно.
- Униполярный двигатель, при необходимости, можно подключить и к драйверу биполярного двигателя по простой схеме из нескольких диодов (лучше использовать диоды Шоттки), но такое подключение гарантирует корректность работы униполярного двигателя только в полношаговом режиме.
замена вала шагового двигателя
Тема раздела Общие вопросы в категории Станки ЧПУ, Hobby CNC, инструмент; сложилась такая ситуация (см. вложение) Что можно сделать? Возможно ли заменить вал или отремонтировать этот.
Опции темы
замена вала шагового двигателя
сложилась такая ситуация (см. вложение)
Что можно сделать? Возможно ли заменить вал или отремонтировать этот?
Вы бы разобрали ШД и вытащили ротор, там все было бы видно, вам то все равно терять с данным ШД нечего. Заодно все бы посмотрели качество и как сделано, также было бы интересно узнать маркировку данного ШД.
мотор PL57H76-3.0-4, брал в пурелоджике. Читал где-то что если разобрать и собрать шаговый двигатель, то он после этого работать не будет.
Так ли это на самом деле? Здесь кто-то уже разбирал, но вот что-то не нашел информации, работает ли он после этого
Разбирали, точили выходной конец вала на токарном, собирали. Работает долго и без проблем.
Там вроде засада с маленьким зазором между ротором и статором, но все решаемо.
наблюдал такое однажды, НО НЕ ПОЙМУ КАК, ТАКОЕ МОЖЕТ ПРОИЗОЙТИ
Решаемо. Нужно только точно выдержать зазор по всей окружности якоря.
Правда. после разборки восточного движка, у которого на якоре обнаружилось с пол кило железиевых опилок, появилось сомнение, а стоит ли мучится. 
Жесткое крепление к несоосному валу. Усталость металла. Лечится установкой муфты.
муфта стояла, станок отпахал всего лишь часа три и ослабли гайки крепления двигателя. пошло биение. Подкрутил гайки, да видать перетянул какую-то сторону. дальше сильная вибрация при включении и кирдык валу. я сначала подумал, что муфта прокручивается, пробовал посильней затягивать, а когда открутил двигатель, то.
разобрал. все чисто и сухо.
Как лучше сделать? Выточить полностью новый вал или просто наростить этот. Попробовал выбивать вал, по-тихоньку выходит, но вот получится ли потом обратно запрессовать как стояло?
Последний раз редактировалось 1_pilot; 17.12.2011 в 20:16 .
Пипец.. вал свернуть у этого двигателя просто невозможно
Да , двигатель разбирать можно, я даже пробовал обмотку перематывать
оказывается возможно
Этот оставить как пособие, купить новый.
Именно на пурековских движках 76 валы сворачиваются на раз. сам пару раз сталкивался. Там вал по моему восьмерка но проточен на выходе до 6.35 и вот там где начинается проточка (на выходе из подшипника) его и срезает. почему не знаю. у меня резало на вполне соосных винтах и эластичными муфтами.
По теме — я разбирал, сверлил отверстие на токарке и торцевал, потом поставил шкиф и притянул болтом — валяется в коробе если надо будет экспериментировать с ремнями воспользуюсь .
Вообще мотор не такой дорогой — лучше просто поменять.
Проточка -концентратор напряжённости. Вот и рвёт
Вал должен быть из немагнитного материла. Нержавейка(не всякая) например.
Родной вал немного магнитится
На проточке происходит скачок напряжения.
выточил вал из нержавейки. поставил на место. Всё работает как и прежде. Всем спасибо
А можно поподробнее рассказать о том, как новый вал запресовывали (кстати. а якорь не из нескольких частей состоит??)
все делал в домашних условиях. Выбивал вал молотком, выходит легко. Сначала мне выточили вал из ст-45 (из того что было), но он прилипает к якорю и как следствие я его развалил, состоит он из таких вот частей, они держаться по-моему засчет магнетизма, а чтобы не было смещения, то стоят маленькие такие направляющие (два отверстия — это отсутствие их выпали вследствии всех этих манипуляций), странно почему не сделали длинные шпильки и на них все это собрать?
после пошёл искать нержавейку, нашел и отдал токарю. С нержавейкой никаких проблем, проблемы были с совмещением этих деталек друг к другу.
Если придётся вдруг менять вал, то я бы посоветовал, выбив вал сразу же ставить новый не меняя положения якоря, я же его катал в машине несколько дней, прилипает к нему всё железное, так что оторвать трудно.