Биполярный двигатель. Биполярные и униполярные шаговые двигатели: полное руководство

Что такое биполярные и униполярные шаговые двигатели. Как они устроены и работают. В чем их основные различия. Какие преимущества и недостатки у каждого типа. Как выбрать оптимальный шаговый двигатель для вашей задачи.

Что такое шаговый двигатель и как он работает

Шаговый двигатель — это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения. При подаче серии импульсов ротор двигателя поворачивается на определенный угол (шаг) за каждый импульс.

Основные компоненты шагового двигателя:

• Статор — неподвижная часть с обмотками
• Ротор — вращающаяся часть с постоянными магнитами или зубцами из магнитомягкого материала
• Вал — передает вращение от ротора
• Корпус — защищает и удерживает компоненты

Принцип работы шагового двигателя основан на электромагнитном взаимодействии между статором и ротором. При подаче тока на обмотки статора создается магнитное поле, которое притягивает ротор в определенное положение. Последовательное переключение обмоток приводит к пошаговому вращению ротора.

Биполярные шаговые двигатели: устройство и принцип действия

Биполярный шаговый двигатель имеет две независимые обмотки, каждая из которых состоит из двух половинок, намотанных в противоположных направлениях. Для управления таким двигателем требуется изменять направление тока в обмотках, что обеспечивает более сложная схема управления — драйвер с H-мостом.

Основные характеристики биполярных шаговых двигателей:

• 4 вывода (2 для каждой обмотки)
• Более высокий крутящий момент при тех же габаритах
• Лучшая эффективность использования обмоток
• Требуют более сложную схему управления

Как работает биполярный шаговый двигатель? При подаче тока на первую обмотку ротор ориентируется вдоль ее магнитного поля. Затем ток подается на вторую обмотку, что вызывает поворот ротора на следующий шаг. Изменение полярности тока в обмотках обеспечивает дальнейшее вращение.

Униполярные шаговые двигатели: конструкция и функционирование

Униполярный шаговый двигатель имеет обмотки с отводом от середины. Это позволяет менять направление магнитного поля путем переключения тока между половинами обмотки, не меняя его направление. Такая конструкция упрощает схему управления двигателем.

Ключевые особенности униполярных шаговых двигателей:

• 5 или 6 выводов (включая общий провод)
• Более простая схема управления
• Меньший крутящий момент по сравнению с биполярными
• Не полное использование обмоток (работает только половина)

Принцип работы униполярного шагового двигателя заключается в последовательном включении половин обмоток. При этом общий провод обычно подключается к положительному полюсу источника питания, а остальные выводы поочередно соединяются с «землей» для создания магнитного поля нужного направления.

Сравнение биполярных и униполярных шаговых двигателей

Выбор между биполярным и униполярным шаговым двигателем зависит от конкретной задачи и требований к системе. Рассмотрим основные различия:

• Крутящий момент: биполярные двигатели обеспечивают больший момент при тех же размерах
• Схема управления: униполярные двигатели требуют более простой драйвер
• Энергоэффективность: биполярные двигатели эффективнее используют обмотки
• Стоимость: униполярные двигатели обычно дешевле из-за более простой конструкции
• Точность: биполярные двигатели могут обеспечить более точное позиционирование

Какой тип выбрать? Если требуется максимальный момент и точность — лучше использовать биполярный двигатель. Если важна простота управления и низкая стоимость — униполярный вариант может быть предпочтительнее.

Режимы работы шаговых двигателей

Шаговые двигатели могут работать в различных режимах, которые влияют на точность позиционирования и плавность вращения:

• Полношаговый режим: ротор поворачивается на один полный шаг за такт
• Полушаговый режим: поворот на половину шага, увеличивает разрешение в 2 раза
• Микрошаговый режим: деление шага на множество микрошагов (до 1/256)

Выбор режима зависит от требований к точности и плавности движения. Микрошаговый режим обеспечивает наиболее плавное вращение, но может снижать максимальный крутящий момент.

Применение биполярных и униполярных шаговых двигателей

Шаговые двигатели широко используются в различных областях, где требуется точное позиционирование или контроль скорости вращения:

• 3D-принтеры и ЧПУ-станки
• Робототехника и автоматизация
• Медицинское оборудование
• Системы позиционирования в оптике и фотографии
• Автомобильная промышленность (регулировка зеркал, фар)

Биполярные двигатели чаще применяются там, где нужен высокий момент и точность, например, в промышленных системах. Униполярные двигатели популярны в любительских проектах и устройствах, где важна простота управления.

Выбор оптимального шагового двигателя для вашего проекта

При выборе шагового двигателя необходимо учитывать следующие факторы:

• Требуемый крутящий момент
• Необходимая точность позиционирования
• Скорость вращения
• Размеры и вес устройства
• Сложность схемы управления
• Бюджет проекта

Для высокоточных промышленных применений биполярный двигатель часто является лучшим выбором. Для простых проектов или обучения работе с шаговыми двигателями униполярная версия может быть более подходящей.

Заключение: особенности выбора и использования шаговых двигателей

Шаговые двигатели — мощный инструмент для решения задач точного позиционирования и контроля движения. Выбор между биполярным и униполярным типом зависит от конкретных требований проекта:

• Биполярные двигатели предпочтительны для задач, требующих высокого момента и точности
• Униполярные двигатели подходят для проектов, где важна простота управления и низкая стоимость
• Режим работы (полный шаг, полушаг, микрошаг) выбирается исходя из требований к плавности движения
• При выборе двигателя учитывайте не только его характеристики, но и возможности вашей системы управления

Понимание принципов работы и особенностей различных типов шаговых двигателей позволит вам сделать оптимальный выбор для вашего проекта и эффективно использовать эти универсальные устройства.

Биполярные и униполярные шаговые двигатели

Биполярный двигатель имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля должна переполюсовывается драйвером. Для такого типа двигателя требуется мостовой драйвер, или полумостовой с двухполярным питанием. Всего биполярный двигатель имеет две обмотки и, соответственно, четыре вывода (рис. а).

Технические характеристики шаговых двигателей (крутящий момент, номинальный ток, габаритные и присоединительные размеры) приведены здесь. цены на биполярные и униполярные шаговые двигатели опубликованя в разделе «Price».

Биполярный двигатель (а), униполярный (б) и четырехобмоточный (в).

Униполярный двигатель также имеет одну обмотку в каждой фазе, но от середины обмотки сделан отвод. Это позволяет изменять направление магнитного поля, создаваемого обмоткой, простым переключением половинок обмотки. При этом существенно упрощается схема драйвера. Драйвер должен иметь только 4 простых ключа. Таким образом, в униполярном двигателе используется другой способ изменения направления магнитного поля. Средние выводы обмоток могут быть объединены внутри двигателя, поэтому такой двигатель может иметь 5 или 6 выводов (рис. б) . Иногда униполярные двигатели имеют раздельные 4 обмотки, по этой причине их ошибочно называют 4-х фазными двигателями. Каждая обмотка имеет отдельные выводы, поэтому всего выводов 8 (рис. в). При соответствующем соединении обмоток такой двигатель можно использовать как униполярный или как биполярный. Униполярный двигатель с двумя обмоткими и отводами тоже можно использовать в биполярном режиме, если отводы оставить неподключенными. В любом случае ток обмоток следует выбирать так, чтобы не превысить максимальной рассеиваемой мощности.

Если сравнивать между собой биполярный и униполярный двигатели, то биполярный имеет более высокую удельную мощность. При одних и тех же размерах биполярные двигатели обеспечивают больший момент.

Момент, создаваемый шаговым двигателем, пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора. Путь для повышения магнитного поля – это увеличение тока или числа витков обмоток. Естественным ограничением при повышении тока обмоток является опасность насыщения железного сердечника. Однако на практике это ограничение действует редко. Гораздо более существенным является ограничение по нагреву двигателя вследствии омических потерь в обмотках. Как раз этот факт и демонстрирует одно из преимуществ биполярных двигателей. В униполярном двигателе в каждый момент времени используется лишь половина обмоток. Другая половина просто занимает место в окне сердечника, что вынуждает делать обмотки проводом меньшего диаметра. В то же время в биполярном двигателе всегда работают все обмотки, т.е. их использование оптимально. В таком двигателе сечение отдельных обмоток вдвое больше, а омическое сопротивление – соответственно вдвое меньше. Это позволяет увеличить ток в корень из двух раз при тех же потерях, что дает выигрыш в моменте примерно 40%. Если же повышенного момента не требуется, униполярный двигатель позволяет уменьшить габариты или просто работать с меньшими потерями. На практике все же часто применяют униполярные двигатели, так как они требуют значительно более простых схем управления обмотками.

Биполярный шаговый двигатель для ЧПУ станка

Биполярный шаговый двигатель

2016-09-02

Биполярный шаговый двигатель (ШД) относятся к виду/классу бесколлекторных двигателей непрерывного (постоянного) тока. Как любые бесколлекторные двигатели – ШД имеют большой срок службы и достаточно высокую надежность, что позволяет использовать их в крайне критичных применениях (например, индустриальных).

Сравнение биполярных шаговых двигателей с традиционным двигателем

Если сравнивать шаговые двигатели с традиционными двигателями постоянного тока, то, безусловно, первые требуют более сложных (причем значительно сложных) схем управления, которые в свою очередь должны выполнять, совершенно все коммутации обмоток во время работы двигателя. Кроме того, сам ШД достаточно дорогостоящее устройство, поэтому, где чрезмерно точное позиционирование не требуется, обычные коллекторные двигатели в таких случаях имеют заметное и явное преимущество. Следует отметить, что для управления коллекторными двигателями в последнее время все чаще и чаще применяют специальные контроллеры, практически не уступающие по сложности и восприятию контроллерам ШД.

Преимущества шагового двигателя фрезерного станка с ЧПУ

Одним из основных существенных преимуществ шаговых двигателей, безусловно, является возможность реализовывать точное позиционирование и соответственно регулировку скорости, причем без датчика обратной связи. Данный факт очень важен, потому как эти датчики могут в разы превышать себестоимость самого двигателя. Но это подходит исключительно для систем, работающих при малом ускорении и к тому, же с относительно постоянной нагрузкой. Однако в это же время системы, обладающие обратной связью вполне способны работать с достаточно большими ускорениями, причем, при переменном характере нагрузок. Если нагрузки шагового двигателя превысят его момент, то соответственно информация о положении его ротора теряется, а система требует обязательного базирования с помощью, к примеру, либо концевого выключателя, либо же другого датчика. Таким образом, системы с обратной связью абсолютно не имеют подобного недостатка.

Что выбрать сервомотор или шаговый двигатель

Во время проектирования конкретных систем приходится выбирать между сервомотором и непосредственно шаговым двигателем. Когда требуется точное управление скоростью и прецизионное позиционирование, а скорость и требуемый момент не выходят за дозволенные пределы, то здесь наиболее экономичным решением является, конечно же, ШД. Как и для традиционно-обычных двигателей, для повышения требуемого момента может быть применен понижающий редуктор. Однако в некоторых случаях для шаговых двигателей такой редуктор не всегда приемлем.
В отличие от коллекторных двигателей, у которых момент растет с постоянным увеличением скорости, шаговый двигатель обладает большим моментом на низких скоростях. При этом шаговые двигатели имеют существенно меньшую максимальную скорость, если сравнивать их с коллекторными, что, безусловно, ограничивает максимальное передаточное число и, конечно же, увеличение момента при помощи редуктора.

Использование и применение шагового двигателя

Готовые ШД с редукторами, хотя в настоящее время и существуют, но на сегодняшний день – являются экзотикой. Еще одним значимым фактором, ограничивающим применение редуктора, выражается в присущему ему люфту. Вероятность получения низкой частоты вращения достаточно часто является основной причиной того, что сами разработчики не в силах спроектировать качественный редуктор, используют шаговые двигатели НЕоправданно часто. При этом коллекторный двигатель обладает более высокой удельной мощностью, весьма низкой стоимостью и достаточно простой схемой управления. А одновременно с одноступенчатым червячным редуктором коллекторный двигатель способен обеспечить такой же диапазон скоростей, как и непосредственно – шаговый двигатель. Ко всему прочему, при всем этом обеспечивается существенно больший момент.
Приводы на основании коллекторных двигателей весьма и весьма часто используются в технике военного предназначения, что косвенно доказывает их отличные параметры качества и высокую надежность. В современных автомобилях, бытовой технике, промышленном оборудовании коллекторные двигатели достаточно сильно распространены. Но, тем не менее, шаговые двигатели имеют свою хоть и довольно узкую, но эффективно впечатляющую сферу применения, где они – просто незаменимы!

Биполярные и униполярные шаговые двигатели

Современные шаговые двигатели, гибридые либо ШД на постоянных магнитах,  как правило, производятся с двумя обмотками (4 вывода), с двумя обмоткми и центральными отводами (6 либо 5 выводов) и с четырьмя обмотками (8-ми выводные ШД). Биполярные двигатели имеют две обмотки и, соответственно, четыре вывода. Униполярные двигатели также имеют две по обмотки, но у каждой из них есть центральный отвод, что позволяет использовать для управления двигателем простой униполярный драйвер (т. е. переключать направление магнитного поля, создаваемого обмотками двигателя переполюсовкой половин обмоток двигателя). Иногда средние отводы могут быть объединены внутри двигателя, такой двигатель может иметь 6 или 5 выводов. В силу простоты униполярной схемы управления эти двигатели находят широкое применение в самых различнх областях промышленности.

Однако большинство драйверов предназначено для управления биполярными двигателями. При тех же габаритах  биполярный шаговый двигатель обеспечивает больший момент по сравнению с униполярным.

Каким образом можно подключить 6-ти или 8-ми выводной мотор к биполярной системе управления и как при этом изменяются электрические характеристики двигателя?

6-ти выводные шаговые двигатели

Для подключения 6-ти выводного шагового двигателя к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из двух способов — униполярное либо биполярное подключение обмоток двигателя.

Униполярное подключение

Если требуется вращать двигатель на средних и высоких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — использовать центральный отвод.

Электрические характеристики двигателя — ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. — в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

Биполярное подключение

Если требуется вращать двигатель на низких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — биполярное.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток — 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — I_{униполяр.}² * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится I_{биполяр.}²  * 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому I_{униполяр.}² * R = I_{биполяр.}² * 2* R, откуда

I_{биполяр.}=  I_{униполяр.} / √2, т.е.

I_{биполяр.}= 0.707 * I_{униполяр.}

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

T_{биполяр.} = 1.4 * T_{униполяр.}

Итак, характеристики ШД будут такими:

Параметр	Значение
Ток обмотки, А	Iбиполяр.= 0.707 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, Ом	Rбиполяр. = 2 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГн	Lбиполяр. = Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×см	Tбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

8-ми выводные шаговые двигатели

Для подключения 8-ми выводного шагового двигателя (то есть двигателя с четырьмя обмотками) к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из трех способов — униполярное, последовательное либо параллельное подключение обмоток двигателя.

Униполярное подключение

 

 

Если требуется вращать двигатель на средних скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — использовать лишь две из четырех обмоток.

Электрические характеристики двигателя — ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. — в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

Биполярное последовательное подключение

Наиболее эффективно для низкоскоростного диапазона рабочих скоростей двигателя.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток — 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — I_{униполяр.}² * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится I_{послед.}²  * 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому I_{униполяр.}² * R = I_{послед.}² * 2* R, откуда

I_{послед.}=  I_{униполяр.} / √2, т.е.

I_{послед.}= 0.707 * I_{униполяр.}

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

T_{послед.} = 1.4 * T_{униполяр.}

Итак, характеристики ШД будут такими:

Параметр	Значение
Ток обмотки, А	Iбиполяр.= 0.707 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, Ом	Rбиполяр. = 2 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГн	Lбиполяр. = Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×см	Tбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

Биполярное параллельное подключение

Наиболее эффективно использование параллельного включения обмоток для высоких скоростей.

При таком типе подключения нужно увеличить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при параллельном включении обмоток требуемый ток — 2.8 А, то есть в 1.4 раза больше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При параллельном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки уменьшаетсяв два раза (0.5 R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — I_{униполяр.}² * R

При параллельнном включении обмоток потребляемая мощность становится 0.5 * I_{биполяр.}² * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому I_{униполяр.}² * R = 0.5 * I_{биполяр.} ² * R, откуда I_{биполяр..}=  I_{униполяр.} /√2, т.е.

I_{биполяр.}= 1.4 * I_{униполяр.}

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением величины тока, пропускаемого через обмотки. Но так как ток увеличился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

T_{биполяр.} = 1.4 * T_{униполяр.}

Итак, характеристики ШД будут такими:

Параметр	Значение
Ток обмотки, А	Iбиполяр.= 1.4 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, Ом	Rбиполяр.. = 0.5 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГн	Lбиполяр.. = 4 * Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×см	Tбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

Пример: параметры ШД FL60STH86-2008AF для различных подключений

Параметр	униполярное	параллельное	последовательное
Ток/ фаза, А	2	2.8	1.4
Сопротивление обмотки, Ом	1.5	0.75	3
Индуктивность обмотки, мГн	3	1.5	6
Крутящий момент, кг×см	22 кг х см	31 кг х см	31 кг х см
Преимущества / недостатки	Средний момент при среднем энергопотреблении	Высокий момент при высоком потреблении тока	Высокий момент на низких скоростях при низком энергопотреблении
Максимальная эффективность	средний скоростной диапазон	высокоскоростной диапазон	низкоскоростной диапазон

Общий характер изменения динамических характеристик ШД в зависимости от типа подклюяения

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.

Драйверы делятся на две категории:

• Повторяющие форму сигналов. Этот тип драйверов не формирует импульсы, а лишь повторяет их форму для управления двигателем. Формирование импульсов отводится микроконтроллерам (например Arduino). К этой категории относятся такие драйверы как MotorShield на базе чипа L298.
• Формирующие сигналы управления. Используя данный тип драйверов, можно обойтись без микроконтроллеров, так как для их работы достаточно подать меандр и выбрать режимы работы. К этой категории относятся такие драйверы как например A4988.

Биполярные шаговые двигатели

Типичная система шагового двигателя состоит из двигателя и приводного устройства, которое включает в себя блок управления, ступень мощности и источник питания. Блок управления управляет каждой фазой двигателя для получения правильного тока в нужный момент, а ступень мощности подает ток от источника напряжения. Двигатель управляется импульсами возбуждения, а направление сигнала — от индексатора или программируемой системы управления. Они генерируют ряд импульсов, где частота определяет частоту вращения двигателя и количество импульсов положения двигателя.

Шаговый двигатель преобразует цифровые импульсы в последовательный поворот вала двигателя. Количество инкрементных шагов пропорционально генерируемым импульсам, а число оборотов — это функция частоты входных импульсов.

Эти импульсы генерируются просто микропроцессором, логическими схемами или даже реле. Приводная электроника действует как коллектор, где каждый импульс преобразуется в последовательный ток в отдельные обмотки двигателя. Обычно один импульс вращает ротор на один шаг.

 

Обычно простая модель состоит из ротора, который образует постоянный магнит. Магнит имеет северный полюс (N) и южный полюс (S) и вращается в 4-полюсном статоре. Обмотка медной проволоки расположена вокруг каждого полюса статора. Предположим, что N1 и S1 намагничены. Ротор вращается на 90 градусов, чтобы достичь положения 1b. После последовательного намагничивания полюсов статора ротор достигает положений 1c и 1d. Эти режимы являются дискретными и стабильными, и двигатель будет иметь пошаговое вращение.

 

 

Магнитное поле генерируется ступенчатой подачей каждой пары полюсов. Движение шагового ротора прерывисто на низких скоростях, ротор движется между устойчивыми положениями под определенным углом — мы говорим о движении по ступеням. Количество шагов (стабильные положения простоя) определяется числом пар полюсов, а также может влиять на то, как вы им управляете. Управляющая электроника — контроллер шагового двигателя — всегда должна приводиться в движение этим двигателем. Механический контакт минимальный, следовательно истирание не происходит в шаговых двигателях, кроме подшипников. Поэтому они характеризуются большой механической прочностью, долговечностью и практически без обслуживания. Недостатком шаговых двигателей является так называемая ступенчатая потеря, которая возникает при превышении предельной нагрузки и тенденции к механической облитерации, она может привести к нестабильности в движении. Обе эти отрицательные характеристики могут быть исключены путем выбора подходящего двигателя и контроллера с учетом характеристик крутящего момента привода.

 

Контроллер шагового двигателя

Контроллер шагового двигателя представляет собой специальную электронную схему, которая генерирует импульсы в определенной последовательности и длине. Эти импульсы, последовательно через силовую секцию, вращают отдельные витки ротора в точном порядке. Частота, порядок и длительность импульсов от цепи управления контролируют число, скорость вращения ротора и крутящий момент машины.

 

Параметры двигателя

Этап — реакция шагового ротора на управляющий импульс. Ротор перемещается из начального положения (состояние холостого хода) в следующее положение магнитного покоя за один шаг.

 

Угол поворота

Угол наклона представляет собой номинальный угол, который соответствует изменению положения ротора после прибытия одного импульса. На воздействие конструкции двигателя, то есть на количество фаз статора, количество полюсов ротора и управление шаговым двигателем, влияет угол шага. Отношение, действующее для размера шага: где m — количество фаз статора, а N — число зубьев ротора.

Ближайшие зубцы ротора притягиваются к полюсу статора. Если ток до первой пары полюсов прерывается, а другая пара полюсов намагничена, ротор вращается на один шаг. Чтобы повернуть двигатель, последовательность импульсов направляется к парам ротора в противоположном направлении. Двигатель VR может достигать высокой скорости, но с относительно низким крутящим моментом.

 

В 1970-е годы немецкий Berger Lahr получил патент на 5-фазный шаговый двигатель, который был намного лучше всех существующих двухфазных систем. Двигатель был сильнее, не имел резонансных проблем и имел угол тангажа всего 0,72 (примечание 500 шагов и 5 мм шаг болта позволило получить разрешение 0,01 мм). 1992 год патент истек. Berger Lahr, Oriental Motors и Sanyo Denkioriental Motors, Sanyo Denki все еще выпускают крупногабаритные 5-фазные двигатели. Благодаря лучшей электронике привода сегодняшние двухфазные шаговые двигатели имеют почти одинаковые результаты, но по гораздо более низкой цене. Купить сервопривод можно через интернет. Купить серводвигатель несложно, достаточно выбрать подходящую модель и сделать заказ.

 

Тем не менее существует ряд приложений для измерительных приборов или медицинских технологий, где требуется мягкая работа 5-фазного двигателя почти без резонанса. Недостатком является то, что, необходимо дополнение для заключительной стадии, и это делает общее решение дорогостоящим.

 

 

 

Преимущества шагового двигателя:

 

• Полностью цифровой двигатель.

• Легко управляемый из всех систем

• Простые и дешевые

• Отсутствие угловой ошибки, которая будет накапливаться

• Отсутствие обслуживания

• Он полностью отличается на минимальной скорости

• Очень высокий крутящий момент

• Крутящий момент при нулевых оборотах точный

• Он не может быть механически перегружен

• Отсутствие обратной связи

• Вращается в обоих направлениях

• Совместимость с различными производителями.

 

 

 

Недостатки шагового двигателя

 

• Чрезвычайно чувствительный при перегрузке

• Отсутствует резервная информация о фактической позиции

• Не отличается при разных нагрузках

• При перегрузке потеряет позицию без предупреждения

• Макс. вращение редко более 1500 об / мин

• Ограниченная динамика

• Не может дать дополнительный стартовый момент

• Удерживает крутящий момент при нарастающей скорости

• Очень шумно

Переделка шагового двигателя из униполярного в биполярный

С каждым годом аддитивные технологии развиваются все стремительней и входят в массы, и от этого , естественно, 3D печать становится только доступней. Но не для всех, и поэтому самые очумелые ручки решаются на собственное принтеростроение из всего что только попадется под руки. Одной из главных загвоздок такого принтеростроения становятся шаговые двигатели. Легче всего их достать из старых МФУ принтеров. Но зачастую двигатели из них являются униполярными и совсем не подходят для драйверов типа А4988 и drv8825. Сам столкнулся с такой проблемой, много читал про переделку в биполярный шаговый двигатель и теперь хочу поделиться с вами:)

Вот схема соединения катушек униполярного и биполярного шаговых двигателей:

Как видно, разница в том, что у униполярного шаговика середины обмоток соединены.

У самого были вот такие шаговики:

Он имеет стандартный размер Nema 17 и угол поворота на один полный шаг 1.8 градуса.

Для разборки откручиваем 4 болта и снимаем заднюю крышку. Вот что мы должны увидеть:

Первым логичным решением кажется просто перерезать пятую слева дорожку, но в большинстве случаев это не возымеет какого-либо эффекта. Если внимательно приглядеться, то заметно, что к пяточкам первых четырех дорожек припаяно по одному проводу, а к пятой уже по два . Отпаиваем их. Дальше все выводы мысленно нумеруем : И начинаем прозванивать выводы мультиметром. У меня получилось так : 1-8, 2-5, 3-6 и 4-7. Мы нашли четыре необходимых нам обмотки. Осталось определиться с их соединением. Возможно параллельное соединение обмоток, тогда бы мы соединили 1 с 2 выводом, 8 с 5, 3 с 4 и 6 с 7 соответственно, при данном подключении достигается максимальная скорость вращения. Также возможно последовательное соединение, тогда необходимо соединить 8 с 5 выводом и 6 с 7, при данном подключении получаем максимальный вращающий момент, что важно, например, для экструдеров. Ниже привожу схемы: Схему соединения необходимо выбирать в зависимости от конкретных целей и удобства соединения. Конкретно в нашем случае удобней выбрать схему с последовательным соединением, так как выводы 6 и 7 и так находятся рядом, и необходима будет лишь одна перемычка между 5 и 8 выводом и никакой больше мишуры из проводов. Разрезаем пятую дорожку на 3 части, и спаиваем все согласно схеме. Вот что получилось у меня: Также подпоял джамперы для более удобного подключения к плате управления: Подсоединяем к плате управления и наслаждаемся работой!) Вот и все, процесс совсем несложный и занимает совсем немного времени.

Всем спасибо за внимание и хороших будней!))

Управление биполярным шаговым двигателем. Часть 1. Теория. Схема с контроллером PIC12F629 и драйвером LB1838

1. Часть 1. Теория. Схема с PIC12F629 и драйвером LB1838
2. Часть 2. Схема с PIC12F629 и драйвером L293D

Шаговые двигатели интересны тем, что позволяют повернуть вал на определённый угол. Соответственно, с их помощью можно повернуть вал и на определённое число оборотов, потому что N оборотов — это тоже определённый угол, равный 360*N, и, в том числе, на нецелое число оборотов, например на 0.75 оборота, 2.5 оборота, на 3.7 оборота и т.д. Этими возможностями шаговых двигателей определяется и область их применения. В основном они используются для позиционирования различных устройств: считывающих головок в дисководах, печатающих головок в принтерах и плоттерах и т.д.

Естественно такие возможности не могли обойти стороной и радиолюбители. Они с успехом используют шаговики в конструкциях самодельных роботов, самодельных станков с ЧПУ и т.д. Ниже описаны результаты моих опытов с шаговым двигателем, надеюсь, что кому-то это может оказаться полезным.

Итак, что нам понадобится для экспериментов. Во-первых, шаговый двигатель. Я брал 5-ти вольтовый китайский биполярный шаговик с загадочным названием, выдранный из старого 3,5″ дисковода, аналог M20SP-GW15. Во-вторых, поскольку обмотки двигателя потребляют значительный ток (в данном случае до 300 мА), то вполне понятно, что подключить шаговик к контроллеру напрямую не удастся, нужен драйвер.

В качестве драйвера для биполярных шаговых двигателей обычно используют схему так называемого H-моста или специальную микросхему (в которой всё равно встроен H-мост). Можно конечно ваять самому, но я взял готовую микруху (LB1838) из того же старого дисковода. Собственно, кроме всего вышеописанного, для наших экспериментов также понадобятся: PIC-контроллер (был взят PIC12F629, как самый дешёвый) и пара кнопок.

Перед тем, как перейти непосредственно к схеме, давайте немного разберёмся с теорией.

Биполярный шаговый двигатель имеет две обмотки и, соответственно, подключается по четырём проводам. Найти концы обмоток можно простой прозвонкой — концы проводов, относящиеся к одной обмотке, будут между собой звониться, а концы, относящиеся к разным обмоткам, — нет. Концы первой обмотки обозначим буквами «a», «b», а концы второй обмотки буквами «c», «d».

На рассматриваемом экземпляре есть цифровая маркировка контактов возле мотора и цветовая маркировка проводов (бог его знает, может это тоже какой-то стандарт): 1 — красный, 2 — голубой — первая обмотка; 3 — жёлтый, 4 — белый — вторая обмотка.

Для того, чтобы биполярный шаговый двигатель вращался, необходимо запитывать обмотки в порядке, указанном в таблице. Если направление обхода таблицы выбрать сверху вниз по кругу, то двигатель будет вращаться вперёд, если снизу вверх по кругу — двигатель будет вращаться назад:

За один полный цикл двигатель делает четыре шага.

Для правильной работы, должна строго соблюдаться указанная в таблице последовательность коммутаций. То есть, например, после второй комбинации (когда мы подали + на вывод «c» и минус на вывод «d») мы можем подать либо третью комбинацию (отключить вторую обмотку, а на первой подать — на «a» и + на «b»), тогда двигатель повернётся на один шаг вперёд, либо первую комбинацию (двигатель повернётся на один шаг назад).

То, с какой комбинации нужно начинать вращение, определяется тем, какая последняя комбинация подавалась на двигатель перед его выключением (если конечно его руками потом не крутили) и желаемым направлением вращения.

То есть, допустим мы повернули двигатель на 5 шагов вперёд, подавая на него комбинации 2-3-4-1-2, потом обесточили, а потом захотели повернуть ещё на один шаг вперёд. Для этого на обмотки надо подать комбинацию 3. Пусть после этого мы его опять обесточили, а через какое-то время захотели вернуть его на 2 шага назад, тогда нам нужно подать на двигатель комбинации 2-1. И так далее в таком же духе.

Эта таблица, кроме всего прочего, позволяет оценить, что будет происходить с шаговым двигателем, если мы перепутаем порядок подключения обмоток или концы в обмотках.

На этом мы закончим с двигателем и перейдём к драйверу LB1838.

У этой микрухи есть четыре управляющие ноги (IN1, IN2, EN1, EN2), на которые мы как раз и будем подавать сигналы с контроллера, и четыре выходных ноги (Out1, Out2, Out3, Out4), к которым подключаются обмотки двигателя. Обмотки подключаются следующим образом: провод «a» подключается к Out1, провод «b» — к Out2, провод «c» — к Out3, провод «d» — к Out4.

Ниже представлена таблица истинности для микросхемы драйвера (состояние выходов в зависимости от состояния входов):

IN1	EN1	Out1 (a)	Out2(b)	IN2	EN2	Out3(c)	Out4(d)
Low	High	+	—	Low	High	+	—
High	High	—	+	High	High	—	+
X	Low	откл	откл	X	Low	откл	откл

Теперь давайте нарисуем на диаграмме, какую форму должны иметь сигналы IN1, EN1, IN2, EN2 для одного полного цикла вращения (4 шага), т.е. чтобы на выходах появились последовательно все 4 комбинации подключения обмоток:

Если присмотреться к этой диаграмме (слева), то становится очевидно, что сигналы IN1 и IN2 можно сделать абсолютно одинаковыми, то есть на обе этих ноги можно подавать один и тот же сигнал. В этом случае наша диаграмма будет выглядеть так:

Итак, на последней диаграмме нарисовано, какие комбинации уровней сигналов должны быть на управляющих входах драйвера (EN1, EN2, IN1, IN2) для того, чтобы получить соответствующие комбинации подключения обмоток двигателя, а также стрелками указан порядок смены этих комбинаций для обеспечения вращения в нужную сторону.

Вот в общем-то и вся теория. Необходимые комбинации уровней на управляющих входах формируются контроллером (мы будем использовать PIC12F629).

Схема:

Элементы: R1..R2 = 1 кОм. Когда соответствующая кнопка не нажата — резистор подтягивает напряжение на входе контроллера к +5 В (высокий уровень). При нажатии на кнопку напряжение на входе подтягивается к земле (низкий уровень). С1, С2 = 0,1 мкФ — керамические конденсаторы. С3 = 470 мкФ х 16В — электролитический конденсатор.

Готовый девайс:

Программа управления реализует следующий алгоритм: при нажатии кнопки КН1 двигатель поворачивается на один шаг в одну сторону, а при нажатии кнопки КН2 — на один шаг в другую сторону.

Простейшая программа управления (.asm + .hex)

Скачать плату в формате DipTrace 2.0

Собственно говоря, можно прикрутить сюда программный UART и реализовать управление от компьютера (передавать с компа скорость, количество шагов и направление вращения).

продолжение (для драйвера L293D)…

Разница между униполярными и биполярными шаговыми двигателями

Униполярный шаговый двигатель работает с одной обмоткой с центральным отводом на фазу. Каждая секция обмотки включается для каждого направления магнитного поля. Каждая обмотка сделана относительно простой схемой коммутации, это сделано, поскольку устройство имеет магнитный полюс, который можно поменять местами без переключения направления тока. В большинстве случаев, учитывая фазу, общий центральный отвод для каждой обмотки следующий; три вывода на фазу и шесть выводов для обычного двухфазного шагового двигателя.

Обычно вы видите, что обе эти фазы часто соединяются внутри, поэтому у шагового двигателя всего пять выводов. Часто контроллер шагового двигателя используется для активации управляющих транзисторов в правильном порядке. Поскольку этими шаговыми двигателями довольно легко управлять, они часто очень популярны среди любителей и, как правило, являются самым дешевым способом получения точных угловых перемещений.

У биполярных шаговых двигателей имеется только одна обмотка на фазу.Схема управления должна быть более сложной, чтобы перевернуть магнитный полюс, это делается для реверсирования тока в обмотке. Это делается с помощью H-мостовой схемы, однако есть несколько микросхем драйверов, которые могут быть приобретены, чтобы упростить эту задачу. В отличие от униполярного шагового двигателя, биполярный шаговый двигатель имеет два вывода на фазу, ни один из которых не является общим. Эффекты статического трения действительно возникают с H-образным мостом с определенными топологиями привода, однако его можно уменьшить за счет сглаживания сигнала шагового двигателя на более высокой частоте.

Биполярные двигатели обычно лучше униполярных. У них больше крутящего момента и они более эффективны.

Однако управлять ими сложнее, потому что им нужен обратный ток.

Конструктивно биполярные двигатели имеют несколько (не менее двух) независимых обмоток. Проволока выходит из каждого конца обмотки, так что получается по два провода на обмотку.

Униполярные двигатели также имеют несколько обмоток, однако, помимо того, что концы каждой обмотки подключены к проводам, середина также подключается к третьему проводу.

Отсутствие этого третьего провода означает, что биполярные двигатели немного проще изготовить.

Когда дело доходит до управления этими двигателями, для более простого биполярного двигателя требуется более сложный драйвер. Это связано с тем, что для точного управления его движением нам нужно иметь возможность направлять ток в каждую обмотку в обоих направлениях.

С другой стороны, в униполярном двигателе можно обойтись током, который течет только в одном направлении. Это означает, что электронику драйвера можно сделать проще.Компромисс заключается в том, что мы используем только половину каждой катушки обмотки в данный момент времени, и это приводит к снижению крутящего момента и эффективности.

Однако сегодня, благодаря легкому доступу к драйверам двигателей, таким как H-мосты, легко управлять биполярными двигателями с помощью переменного тока. Преимущество униполярных двигателей в том, что они не нуждаются в обратном токе, больше не имеет большого значения.

Биполярный шаговый двигатель

: что это такое? (Схема и последовательность)

Что такое биполярный шаговый двигатель?

Шаговый двигатель — это бесщеточный двигатель постоянного тока, который делит полный оборот на несколько равных шагов.Затем можно указать положение двигателя для перемещения и удержания на одном из этих этапов без какого-либо датчика положения для обратной связи (контроллер с разомкнутым контуром). Биполярные шаговые двигатели представляют собой тип шаговых двигателей с одной обмоткой на фазу и без центрального отвода (в отличие от униполярного шагового двигателя).

Постоянный ток в обмотке должен быть реверсирован, чтобы перевернуть магнитный полюс и дать двигателю возможность работать. Поскольку в биполярном шаговом двигателе нет центрального ответвления, схема управления должна быть более сложной.Обычно используется Н-образный мост.

Шаговые двигатели доступны в трех основных конфигурациях:

1. Универсальный шаговый двигатель — Универсальный шаговый двигатель может быть подключен как биполярный или униполярный шаговый двигатель.
2. Униполярный шаговый двигатель — Униполярный шаговый двигатель может использоваться как униполярный или биполярный шаговый двигатель.
3. Биполярный шаговый двигатель — Биполярный шаговый двигатель может использоваться только как биполярный.

Основы биполярного шагового двигателя

Биполярный шаговый двигатель имеет одну обмотку на каждую фазу статора.Двухфазный биполярный шаговый двигатель будет иметь 4 вывода. В биполярном шаговом двигателе нет общего вывода, как в униполярном шаговом двигателе.

Следовательно, нет естественного изменения направления тока через обмотку.

Биполярный шаговый двигатель имеет простую схему подключения, но его работа несложна. Чтобы управлять биполярным шаговым двигателем, нам нужна микросхема драйвера с внутренней мостовой схемой H.

Это связано с тем, что для изменения полярности полюсов статора необходимо реверсировать ток.Это можно сделать только через H-мост.

Есть две другие причины использовать H-мост IC

1. Ток, потребляемый шаговым двигателем, довольно велик. Вывод микроконтроллера может обеспечить максимум до 15 мА. Шаговому двигателю требуется ток, который примерно в десять раз больше этого значения. ИС внешнего драйвера способна выдерживать такие высокие токи.
2. Еще одна причина, по которой используется H-мост, заключается в том, что катушки статора представляют собой не что иное, как индуктор. Когда ток в катушке меняет направление, возникает всплеск.Нормальный вывод микроконтроллера не может выдержать такие высокие выбросы, не повредив себя. Следовательно, для защиты выводов микроконтроллера необходим Н-мост.

Самая распространенная ИС H Bridge, используемая в большинстве проектов с биполярным шаговым интерфейсом, — это L293D.

Взаимодействие с микроконтроллером

4 контакта микроконтроллера необходимы для управления двигателем. Нам нужно обеспечить L293D питанием 5 В, а также напряжением, при котором двигатель должен работать. Поскольку мы будем использовать оба драйвера микросхемы, мы установим контакт включения для них обоих.

Схема сопряжения цепи драйвера биполярного двигателя

Принципиальная схема биполярного двигателя показана ниже:

Существует три различных способа управления биполярным шаговым двигателем:

1. Только одна из фазных обмоток находится под напряжением. время. То есть либо AB, либо CD находятся под напряжением. Конечно, катушки будут запитаны таким образом, чтобы мы получили правильную полярность. Но запитана только одна фаза. Этот тип ступенчатого переключения даст меньший удерживающий момент, поскольку запитана только одна фаза.
2. В этом методе обе фазы активируются одновременно. Ротор выровняется между двумя полюсами. Эта компоновка даст более высокий удерживающий момент, чем предыдущий метод.
3. Третий метод используется для полушага. Этот метод обычно используется для улучшения угла шага. Здесь на шаге 1 только 1 фаза включена, затем на шаге 2 2 фазы включены, затем снова только одна фаза включена, и последовательность продолжается.
   

Биполярные шаговые приводы

Многие компании начали сборку своих собственных биполярных шаговых приводов.Необходимо следить за тем, чтобы шаговый двигатель был правильно подключен к приводу.

Кроме того, привод должен обеспечивать достаточный ток для вашего шагового двигателя. Микроконтроллер должен подавать на привод только сигнал шага и направления.

Этот метод займет только два вывода микроконтроллера и поможет проектам, которым требуется большое количество выводов микроконтроллера для других функций.

Униполярный шаговый двигатель против биполярного шагового двигателя

В проектах широко используются как униполярный, так и биполярный шаговые двигатели.Однако у них есть свои преимущества и недостатки с точки зрения применения.

Преимущество униполярного двигателя заключается в том, что нам не нужно использовать сложную схему моста H для управления шаговым двигателем.

Только простой драйвер, такой как ULN2003A, удовлетворительно справится с этой задачей. Но у униполярных двигателей есть один недостаток. Крутящий момент, создаваемый ими, намного меньше. Это потому, что ток проходит только через половину обмотки. Следовательно, они используются в приложениях с низким крутящим моментом.

С другой стороны, биполярные шаговые двигатели немного сложны в подключении, поскольку мы должны использовать ИС драйвера H-моста с реверсированием тока, такую ​​как L293D.

Но преимущество в том, что ток будет проходить через всю катушку. Результирующий крутящий момент, создаваемый двигателем, больше по сравнению с униполярным двигателем.

Биполярные и униполярные приводы для шаговых двигателей: сравнение

Шаговый двигатель — это тип бесщеточного двигателя постоянного тока, состоящий из соединенных катушек, называемых «фазами».Эти электромеханические устройства обычно приводятся в действие в разомкнутом контуре без датчика обратной связи, с током, подаваемым на фазы, без знания положения ротора. Ротор выравнивается за счет магнитного потока статора, создаваемого током, протекающим по фазам. При каждом импульсе ток может подаваться на следующую фазу, позволяя увеличивать вращательные движения или шаги.

Рис. 1. Четырехступенчатый шаговый двигатель.

Есть два метода подачи тока в катушки: биполярный и униполярный.В этой статье объясняются различия между биполярными и униполярными двигателями, способы их управления, а также преимущества и ограничения.

На рисунке 1 показан четырехступенчатый шаговый двигатель с постоянными магнитами. Ротор состоит из однополюсного магнита, а статор состоит из двух фаз: фазы A и фазы B. В униполярном методе ток всегда течет в одном направлении. Каждая катушка предназначена для одного направления тока, поэтому питание подается на катушку A + или A-; катушки A + или A- никогда не запитываются вместе.В биполярном методе ток может течь в обоих направлениях во всех катушках. Фазы A + и A- запитываются вместе. Биполярный двигатель требует минимум одной катушки на фазу, а униполярный двигатель требует минимум две катушки на фазу. Вот подробный обзор обоих вариантов:

Конструкция униполярного двигателя

В униполярной конфигурации каждая фаза двигателя состоит из двух обмоток катушки. В двухфазном двигателе, состоящем из фаз A и B, двигатель имеет четыре обмотки катушки, как показано на рисунке 2.

• Фаза A состоит из A +, A-

• Фаза B состоит из B +, B-

Рисунок 2. Униполярный двигатель и конструкция привода.

Ток в каждой катушке может течь только в одном направлении, что делает ее однополярной. В приводе напряжения система управления проста, с одним переключателем или транзистором на катушку. Когда транзистор закрыт, катушка запитана. Для коммутации двигателя транзисторы поочередно закрываются и открываются.

Рисунок 3.Электроника униполярного привода. (Слева) A + Q1 закрыто и (справа) Q2 открыто.

На рисунке 3 транзисторы Q1 и Q2 не могут быть закрыты одновременно. Чтобы запитать фазу A, вы должны закрыть транзистор Q1 или Q2, в зависимости от того, в каком направлении вам нужен ток. При униполярном управлении одновременно подается питание только на половину фазы, поэтому ток использует только половину объема меди. В приводах напряжения обычно применяются последовательные сопротивления для уменьшения электрической постоянной времени. Этот сценарий будет объяснен позже в статье.

Конструкция биполярного двигателя

Для биполярных двигателей требуется только одна обмотка катушки на фазу, и ток может течь в обоих направлениях на катушку. Для управления биполярными двигателями требуется восемь транзисторов с двумя Н-мостами, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4. Биполярный двигатель и конструкция привода.

На рисунке 5 транзисторы поочередно закрываются и открываются для обеспечения коммутации. Преимущество биполярных приводов состоит в том, что на каждой фазе используется вся медь. Эти биполярные приводы используются либо в приводе напряжения двигателя, либо в источнике тока.Для источника тока ток в каждой фазе регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Для ШИМ используются два метода: медленное затухание или быстрое затухание, в зависимости от того, должен ли ток уменьшаться медленно или быстро через фазу двигателя в течение времени «выключения» ШИМ.

Рис. 5. Электроника биполярного привода. (Слева) A +, Q2, Q3 закрыты; Q1, Q4 открылись. (Справа) A-, Q1, Q4 закрыты; Q2, Q3 открылись.

Преимущества и ограничения

Привод напряжения. Простая схема с четырьмя транзисторами обеспечивает экономичное униполярное управление.Привод напряжения для биполярных двигателей требует двух H-мостов (восемь транзисторов).

Токовый привод. Биполярный режим предпочтительнее для современных приводов, потому что однополярная технология требует более сложной электроники для достижения меньшей производительности двигателя.

Меры предосторожности при подаче напряжения. Из-за эффекта индуктивности току в катушке требуется некоторое время, чтобы подняться. Для однополярных или биполярных приводов вы можете добавить последовательное сопротивление, чтобы уменьшить электрическую постоянную времени (L / R).При добавлении внешнего сопротивления ток уменьшается (i = U / (R + r)).

Таким образом, добавление сопротивления при той же подаваемой мощности приводит к более низкому крутящему моменту на низкой скорости. Сила тока ниже из-за рассеиваемой во внешнем сопротивлении джоулевой мощности. Поскольку крутящий момент пропорционален току, двигатель будет обеспечивать меньший крутящий момент. На высокой скорости это приводит к более высокому крутящему моменту. Даже если некоторая мощность в джоулях рассеивается на внешнем сопротивлении, двигатель сможет обеспечить больший крутящий момент благодаря более низкой электрической постоянной времени.Это позволяет току в катушке быстрее нарастать. (Примечание: с увеличением напряжения питания вы можете компенсировать более низкий ток; однако общая энергоэффективность будет ниже. Крутящий момент увеличивается на высокой скорости и поддерживается на низкой скорости.)

Удерживающий момент

Удерживающий момент это максимальный крутящий момент, который может выдержать двигатель. Удерживающий момент пропорционален постоянному крутящему моменту и току в фазе.

T _{макс. Удержание} = k * i

где

• T _{макс. Удержание} — удерживающий момент (Нм)

• k — постоянный крутящий момент Нм / А)

• i — ток в фазе (А)

Более высокий крутящий момент может быть создан за счет увеличения количества витков катушки или увеличения тока.Увеличение тока вызвало дополнительное тепло из-за потерь джоулей ( P _джоуль = R * i ² ). Подача тока ограничена тепловыми характеристиками катушки. Температура змеевика обычно может достигать максимально допустимой температуры змеевика — обычно 100 ° C или 150 ° C, в зависимости от типа двигателя.

Давайте посмотрим на джоулевые потери в обеих комбинациях (рисунок 6 ниже), учитывая одну фазу ВКЛ:

Принимая во внимание, что каждая отдельная катушка имеет собственное сопротивление, индуктивность и постоянную крутящего момента, и если джоулевые потери равны одинаково для обоих случаев, P _{джоуль bi} = P _{джоуль uni} = P ₀ , мы будем иметь:

Рисунок 6.Расчет потерь джоуля.

При тех же рассеиваемых потерях джоулей биполярный двигатель может создавать на √2 (≈40%) больше крутящего момента, чем униполярный привод. И при той же мощности биполярный привод дает лучшие результаты, чем однополярный.

Динамический режим

Предыдущая демонстрация показывает, что при одинаковой рассеиваемой мощности биполярный двигатель может выдавать на 40% больше крутящего момента. Однако при высокой скорости привода напряжения униполярный двигатель может обеспечивать более высокий крутящий момент, чем биполярный двигатель, потому что ток может течь в катушке быстрее.Рисунок 7 представляет собой пример.

Рис. 7. Вытягивающий момент в зависимости от скорости.

Провода и подключение двигателя

Биполярный двигатель обычно имеет четыре провода, тогда как униполярный двигатель имеет восемь проводов, если средняя точка не подключена (Рисунок 8).

Рисунок 8. Подключение проводов.

Восемь проводов

Если униполярный двигатель имеет восемь проводов, его можно преобразовать в биполярный, соединив половинные фазы. Катушки можно подключать последовательно или параллельно. Оба варианта имеют одинаковую регулировку двигателя (R / k ² ) и одинаковые характеристики крутящего момента при одинаковой электрической мощности.

Рисунок 9. Различия между последовательным и параллельным подключением катушек.

Сопротивление последовательной сборки в четыре раза выше, чем у параллельной сборки. Для последовательного соединения требуется вдвое больший ток и половина напряжения, чем при параллельном соединении. Последовательное или параллельное соединение будет соответствовать источнику питания.

Рис. 10. Сравнение униполярных и биполярных сборок.

Проведите сравнение

В таблице на Рисунке 10 представлены преимущества униполярных и биполярных сборок.В прошлом было популярно униполярное управление, но биполярное в текущем приводе стало более распространенным благодаря снижению затрат. Для привода по напряжению униполярное управление по-прежнему является экономически эффективным вариантом.

Эта статья написана Клеменсом Муроном, инженером по приложениям в Portescap, West Chester, PA. Для получения дополнительной информации посетите здесь .

---

Motion Design Magazine

Эта статья впервые появилась в августовском номере журнала Motion Design за август 2021 года.

Читать статьи в этом выпуске здесь.

Другие статьи из архивов читайте здесь.

ПОДПИСАТЬСЯ

Биполярный шаговый двигатель

Шаговый двигатель (или шаговый двигатель) — это бесщеточный электродвигатель постоянного тока, который делит полный оборот на ряд равных шагов. Затем можно дать команду двигателю двигаться и удерживаться на одном из этих этапов без какого-либо датчика обратной связи (контроллер с разомкнутым контуром).

Биполярные двигатели имеют по одной обмотке на фазу.Ток в обмотке необходимо реверсировать, чтобы перевернуть магнитный полюс, поэтому схема управления должна быть более сложной, обычно с Н-мостовой схемой (однако есть несколько готовых микросхем драйверов, чтобы сделать это простое дело). На каждую фазу приходится два вывода, ни одного общего.

Обмотки используются лучше, поэтому они более мощные, чем униполярный двигатель того же веса. Это связано с физическим пространством, занимаемым обмотками. У униполярного двигателя вдвое больше проводов в том же пространстве, но в любой момент времени используется только половина, следовательно, его КПД составляет 50% (или примерно 70% доступного крутящего момента).Хотя биполярный шаговый двигатель сложнее управлять, обилие микросхем драйверов означает, что этого гораздо проще достичь.

Этот надежный шаговый двигатель имеет высокую скорость и высокий крутящий момент, поэтому шаговый двигатель больше всего подходит для роботов, которым требуется высокая скорость и крутящий момент.

Характеристики

• Очень высокий крутящий момент
• Биполярный 4-проводный
• Угол шага: 1,8 градуса

Соединения двигателя

Цвет провода	Соединение
зеленый	Катушка А (-)
Черный	Катушка A (+)
Синий	Катушка B (-)
Красный	Катушка B (+)

Для этого продукта нет проекта.

Биполярный шаговый двигатель

— обзор

•

зона нечувствительности : зона между вращением по часовой стрелке и против часовой стрелки, в которой ротор SM с возбужденным двигателем может остановиться

•

перерегулирование : is максимальная величина превышения положения ступеньки

•

фаза : часть обмотки между линией питания и точкой отвода (униполярного SM) или между двумя линиями питания (в случае биполярный шаговый двигатель)

•

удерживающий момент : максимальный крутящий момент, который может быть приложен к валу ротора без его непрерывного вращения при включенном двигателе и управлении нулевым шагом

•

фиксирующий момент : (остаточный крутящий момент) максимальный крутящий момент обесточенного двигателя, который может быть приложен к валу без того, чтобы он начал непрерывно вращаться

•

время установления : общее время между подачей сигнала ступенчатого изменения и временем, которое требуется валу двигателя для стабилизации на этом новом значении шага

•

максимальная скорость нарастания : максимальная схема переключения, при которой ненагруженный SM может оставаться синхронным

•

режим : определенная схема включения различных фаз двигателя

•

момент втягивания : максимальный момент нагрузки, с которым SM может запускаться или останавливаться с определенной частотой управления и моментом инерции без потери шага

•

крутящий момент отрыва (момент остановки): момент нагрузки, для которого SM теряет синхронизацию при движении определенного инерция при заданном количестве шагов

•

скорость вытягивания : количество шагов (= управляющая частота), при котором t SM теряет синхронизацию при данной инерционной нагрузке.

•

Угол шага : угол, под которым вал SM вращается для каждого управляющего импульса, когда последовательные фазы активируются одна за другой.Большинство SM имеют угол шага от 0,45 ° до 90 °.

•

точность шага : (допуск угла шага) указывает максимальную ошибку углового положения, которая может возникнуть. Ошибка не суммируется и выражается в процентах от угла шага

•

имя шагового двигателя : SM именуется в соответствии с: количеством фаз статора, методом переключения, типом ротора. Пример: двухфазный биполярный PM-SM (рис.22-21).

Шаговый двигатель: биполярный, 200 шагов / оборот, 28 × 32 мм, 3,8 В, 0,67 А / фаза

Ответ на этот вопрос зависит от типа вашего шагового двигателя. При работе с шаговыми двигателями вы обычно встретите два типа: униполярные шаговые двигатели и биполярные шаговые двигатели. Униполярные двигатели имеют две обмотки на фазу, что позволяет реверсировать магнитное поле без изменения направления тока в катушке, что упрощает управление униполярными двигателями по сравнению с биполярными шаговыми двигателями.Недостатком является то, что только половина фазы проходит ток в любой момент времени, что снижает крутящий момент, который вы можете получить от шагового двигателя. Однако, если у вас есть соответствующая схема управления, вы можете увеличить крутящий момент шагового двигателя, используя униполярный шаговый двигатель в качестве биполярного шагового двигателя (примечание: это возможно только с 6- или 8-выводными униполярными шаговыми двигателями, но не с 5- свинцовые униполярные шаговые двигатели). Униполярные шаговые двигатели обычно имеют пять, шесть или восемь выводов.

Биполярные шаговые двигатели имеют по одной катушке на фазу и требуют более сложной схемы управления (обычно H-мост для каждой фазы).A4988 имеет схему, необходимую для управления биполярным шаговым двигателем. Биполярные шаговые двигатели обычно имеют четыре вывода, по два на каждую катушку.

Двухфазный биполярный шаговый двигатель с четырьмя выводами.

На приведенной выше диаграмме показан стандартный биполярный шаговый двигатель. Чтобы управлять этим с помощью A4988, подключите шаговые выводы A и C к выходам платы 1A и 1B соответственно, а шаговые выводы B и D к выходам платы 2A и 2B , соответственно.Обратите внимание, что если вам случится поменять местами провода, подключенные к какой-либо катушке, шаговый двигатель будет вращаться в противоположном направлении, и если вы случайно соедините провода от разных катушек, двигатель будет заметно нестабильным, когда вы попытаетесь ступить. это, если оно вообще движется. Дополнительную информацию см. В таблице данных A4988.

Если у вас однополярный шаговый двигатель с шестью выводами, как показано на схеме ниже:

Двухфазный униполярный шаговый двигатель с шестью выводами.

, вы можете подключить его к A4988 в качестве биполярного шагового двигателя, выполнив биполярные соединения, описанные в разделе выше, и оставив выводы шагового двигателя A ’ и B’ отсоединенными. Эти выводы являются центральными отводами к двум катушкам и не используются для биполярного режима.

Если у вас восьмиполюсный униполярный шаговый двигатель, как показано на схеме ниже:

Двухфазный униполярный шаговый двигатель с восемью выводами.

у вас есть несколько вариантов подключения. У восьмиполюсного униполярного шагового двигателя по две катушки на фазу, и он дает вам доступ ко всем выводам катушки (в шестиконтактном униполярном двигателе вывод A ‘внутренне подключен к C’, а вывод B ‘внутренне подключен к D ‘). При работе с биполярным шаговым двигателем у вас есть возможность использовать две катушки для каждой фазы параллельно или последовательно. При их параллельном использовании вы уменьшаете индуктивность катушки, что может привести к повышению производительности, если у вас есть возможность подавать больший ток.Однако, поскольку A4988 активно ограничивает выходной ток по фазе, вы получите только половину фазного тока, протекающего через каждую из двух параллельных катушек. При их последовательном использовании это похоже на одну катушку на фазу (например, в биполярных шаговых двигателях с четырьмя выводами или однополярных шаговых двигателях с шестью выводами, используемых в качестве биполярных шаговых двигателей). Мы рекомендуем использовать последовательное соединение.

Для параллельного соединения фазных катушек подключите выводы шагового двигателя A, и C ‘ к выходу платы 1A , выводы шагового двигателя A’ и C к выводу платы 1B , выводы шагового двигателя B и D ‘ к выходу платы 2A , а шаговые выводы B’ и D к выходу платы 2B .

Для последовательного соединения фазных катушек подключите шаговый вывод A ’ к C’ и шаговый вывод B ’ к D’ . Выводы шагового двигателя A, , C, , B, и D должны быть подключены к приводу шагового двигателя как обычно для биполярного шагового двигателя (см. Соединения биполярного шагового двигателя выше).

Разница между биполярными приводами и униполярными приводами для шаговых двигателей

Работа над моторизованной конструкцией требует некоторых знаний о двигателях и контроллерах.эта статья Основное внимание уделяется шаговым двигателям, которые представляют собой бесщеточные двигатели постоянного тока с большим количеством полюсов. Этот технология, как правило, работает в разомкнутом контуре без какого-либо датчика обратной связи, что означает, что ток обычно подается на фазы, не зная положения ротора. Ротор перемещается для совмещения с магнитным потоком статора, затем ток может подаваться на следующую фазу.

Мы рассмотрим два способа подачи тока в катушку: биполярный и униполярный. В этой статье мы объясним различия биполярных и униполярных двигателей и способов управления ими.Мы покажем преимущества и ограничения обеих технологий.

Рассмотрим пример четырехступенчатого шагового двигателя с постоянными магнитами. (см. рисунок 1). Ротор выполнен с однополюсным магнитом, а статор состоит из двух фаз: фазы A и фазы B.

• В униполярном режиме: ток всегда течет в одном направлении. Каждый катушка предназначена для одного направления тока, что означает, что катушка A + или катушка A- запитана. Катушки A + и A- никогда не питаются вместе.
• В биполярном режиме: ток может течь в обоих направлениях во всех катушках. В фазы A + и A- запитываются вместе.

Для биполярного двигателя требуется минимум одна катушка на фазу, а для униполярного двигателя требуется минимум две катушки на фазу. Давайте рассмотрим оба варианта более подробно.

КОНСТРУКЦИЯ ДВИГАТЕЛЯ

УНИПОЛЯРНЫЙ

В униполярной конфигурации каждая фаза двигателя состоит из двух обмоток катушки. С двухфазным двигатель состоит из фаз A и B, двигатель имеет четыре обмотки катушки (см. рисунок 2).

• Фаза A состоит из A +, A-
• Фаза B состоит из B +, B-

Для каждой катушки ток может течь только по одной направление. Вот почему мы называем это однополярным.

В случае привода напряжения система управления очень легко, потому что на катушку приходится один транзистор (переключатель). Когда транзистор закрыт, катушка запитана. Смягчить, транзисторы поочередно закрываются и открываются.

Транзисторы Q1 и Q2 не могут быть закрыты одновременно. время.Для питания фазы A замыкаем либо транзистор Q1, либо Q2, в зависимости от текущего направления, в котором мы хотим работать (см. рисунок 3).

При униполярном управлении только половина фазы питание за один раз, что означает, что ток использует только половину объема котла. Обычно с последовательным приводом напряжения применяются сопротивления для уменьшения электрического времени постоянная (подробнее см. ниже).

БИПОЛЯРНЫЙ

Для биполярных двигателей требуется только одна обмотка катушки на фазу. Мы назовите это биполярным, потому что ток может идти в обоих направлениях на катушку.Для управления используются восемь транзисторов с двумя Н-мостами. требуется (см. рисунок 4).

Для коммутации транзисторы альтернативно закрывается и открывается, как показано ниже (см. рисунок 5).

Преимущество биполярного привода в том, что вся медь на фаза используется.

Такие биполярные приводы используются либо в приводах напряжения, либо в Источник тока. В случае источника тока, обычно ток в каждая фаза контролируется с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM) .

ПРЕИМУЩЕСТВА И ОГРАНИЧЕНИЯ

ПРИВОД НАПРЯЖЕНИЯ

В случае привода напряжения управлять униполярными двигателями очень просто, поскольку для этого требуется простая электроника с четырьмя транзисторами.Это очень экономичное решение. Инженеры интересовались этим типом решений много лет назад, когда электронные компоненты были дороже, чем сегодня.

Биполярные двигатели могут приводиться в движение от источника напряжения; для этого требуются мосты 2H.

ТОК ПРИВОДА

Для текущего привода мы рекомендуем выбрать биполярный режим. Для работы в текущем приводе с униполярной технологией требуется более сложное электронное решение для более низких характеристик двигателя, чем с биполярным драйвером.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ПРИВОДЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Из-за эффекта индуктивности току в катушке требуется некоторое время, чтобы подняться. Либо с униполярным, либо с биполярным, вы можете добавьте последовательное сопротивление, чтобы уменьшить электрическую постоянную времени (L / R).

При добавлении внешнего сопротивления ток уменьшается (i = U / (R + r)). Таким образом, с дополнительным сопротивлением для такую ​​же поставленную мощность у нас будет:

• На малых оборотах меньший крутящий момент. Ток ниже из-за рассеиваемой во внешнем сопротивлении джоулевой мощности, так как крутящий момент пропорционален току, двигатель будет обеспечивать меньший крутящий момент.
• На высоких оборотах больше крутящий момент. Даже если некоторая мощность в джоулях будет рассеиваться на внешнем сопротивлении, двигатель сможет для обеспечения большего крутящего момента благодаря более низкой электрической постоянной времени, позволяющей быстрее нарастать току в катушке.

Примечание: если мы увеличим напряжение питания, мы сможем компенсировать более низкий ток, но общая энергоэффективность будет быть уменьшенным. Крутящий момент увеличивается на высокой скорости и сохраняется таким же на низкой.

УДЕРЖИВАЮЩИЙ МОМЕНТ

Удерживающий момент — это максимальный крутящий момент, который двигатель может удерживать при остановке.Удерживающий момент пропорционален постоянному крутящему моменту. и ток в фазе.

Создание более высокого крутящего момента может быть достигнуто за счет увеличения количество витков катушки или увеличивая текущий поток.

Увеличение тока, выделяемого лишним теплом из-за диссипация джоулевых потерь (P _джоуль = R × i ² ). В подача тока ограничена термической способностью катушка. Температура змеевика обычно может достигать максимальная, допустимая температура змеевика, обычно 100 ° C или 130 ° C, в зависимости от типа двигателя.

Теперь давайте посмотрим на потери в джоулях в обеих комбинациях (см. Рисунок 6), учитывая 1 фазу ВКЛ:

Учитывая, что каждая отдельная катушка имеет собственное сопротивление, индуктивность и постоянную крутящего момента, и если потери в джоулях одинаковы для обоих случаев P _{джоулей uni} = P _{joule uni} = P ₀
… тогда мы будем иметь:

При тех же рассеиваемых потерях джоулей биполярный двигатель может производить на √2 (≈40%) больше крутящего момента, чем униполярный привод.

При той же электрической мощности биполярный привод дает лучшие результаты, чем однополярный.

ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

Как показано выше, при той же рассеиваемой мощности биполярный режим может обеспечить на 40% больше крутящего момента. Однако при высоком скорость в приводе напряжения униполярный двигатель может обеспечить более высокий крутящий момент, чем биполярный двигатель, поскольку ток может идти быстрее в катушка. Вы можете увидеть пример ниже (см. Рисунок 7).

ПРОВОДА / ПОДКЛЮЧЕНИЕ ДВИГАТЕЛЯ

Биполярный двигатель обычно имеет четыре провода.