Меню

Как увеличить мощность шаговый двигатель

Популярные заблуждения о шаговых электродвигателях и их разъяснения

Даже опытные инженеры часто имеют не совсем верное представление о шаговых электродвигателях и способах управления ими. В данной статье мы разберем лишь несколько основных заблуждений что, надеюсь, поможет и новичкам и бывалым инженерам при выборе драйверов управления. Было бы хорошо разобрать все особенности, но тогда эта статья превратилась бы в книгу.

В этой статье речь пойдет о биполярных шаговых электродвигателях, поскольку они являются наиболее популярными в использовании на сегодняшний день. Униполярные шаговые электродвигатели все еще используются в некоторых устройствах, однако их популярность с каждым годом снижается. Это снижение обуславливается преобладанием относительно недорогих драйверов для биполярных двигателей. Учитывая снижение стоимости управления, почему бы не использовать биполярные шаговые электродвигатели? В конце концов у них есть еще один плюс – больший крутящий момент.

Температура

Многие инженеры ошибочно полагают, что если шаговый электродвигатель имеет небольшой размер, значит, его температура тоже должна быть небольшой. Этот миф легко развеять, взяв документацию на электрическую машину, пирометр, и произвести замер. То, что при касании может показаться «очень горячим», на самом деле не будет даже подходить к максимально допустимой температуре машины. Шаговые электродвигатели обычно имеют повышенную температуру, это связано с внутренними процессами в самой машине. Даже когда они не вращаются они также подвержены потерям. Тем не менее, если вы сомневаетесь – перестрахуйтесь и проверьте температуру. Естественно, если температура превысит предельно допустимую, указанную в паспорте, это может привести к необратимым последствиям (выход из строя или значительное сокращение срока службы).

В случаях, когда есть необходимость снизить потребление электроэнергии в режиме простоя, можно использовать специальные драйверы, в которые данная функция включена. Однако это повлияет не только на значение тока в обмотках, но и на удерживающий момент, что в определенных механизмах тоже важно.

Микрошаговый режим

Микрошаги это не магия. Существуют специальные драйверы для микрошагового управления. Это позволяет увеличить точность позиционирования, однако достигается за счет значительного крутящего момента. Кроме того, наличие драйвера, обеспечивающего шаг 1/32, не значит, что ваш электродвигатель сможет это реализовать. После определенного порога (1/10 и иногда 1/16) требуются высококачественные драйверы и двигатели. Даже если ваш шаговый электродвигатель и драйвер смогут реализовать микрошаг в 1/32, возможно ли это интегрировать в общую систему управления?

Рассмотрим следующий пример. Линейное перемещение с 10 шагами на дюйм ходового винта напрямую соединенного с типичным шаговым двигателем, имеющим 200 шагов на оборот. Каждый полный шаг электрической машины будет переведен в 0,0005 дюйма линейного движения. Казалось бы, что, якобы, та же система микрошагов 1/32 сможет уменьшить линейный шаг до 0,000015. Но в реальности реализации данной системы практически не возможна, так как упругость и силы трения не позволят преобразовать настолько миниатюрные шаги к линейному движению.

Читайте также:  Мощность осадочного слоя земли достигает

Микрошаговый режим реально полезен при проверке системы с шаговой электрической машиной на резонанс. Это дает определенные возможности для избегания резонанса. Как известно, любая механическая система имеет резонансную частоту. Для шаговых электродвигателей достижение этой частоты, как правило, происходит на определенной скорости, после чего двигатель начнет сильно шуметь. Эти шумы могут привести к «пропусканию шагов», что чревато серьезными последствиями для определенных систем. В некоторых случаях это может привести к слишком большим вибрациям. В случаях с режущими машинами, такими как токарные станки, этот звук можно спутать с рабочим звуком обработки поверхности заготовки. Микрошаговый режим уменьшает расстояние пройденное валом между шагами (на появление шумов тратится меньше энергии).

Номинальное напряжение и напряжение питания

Наверное, одним из самых запутанных моментов является несоответствие напряжения на обмотке, указанного в паспорте машины, и реального напряжения источника питания, используемого для питания электрической машины. Если в техпаспорте указывается напряжение обмотки равное 3,4 В, то как получается, что электродвигатель подключается к источнику 48 В постоянного тока? Или иногда и к 80 В.

Номинальное напряжение не настолько критично, обратите внимание на ток.

Такое подключение стало возможным благодаря тому, что большинство современных драйверов имеют встроенное ШИМ управление выходным напряжением. Драйверы контролируют ток обмотки. Когда ток доходит до максимального значения (определяется максимальным током электрической машины), драйвер отключает питание, или снижает значение тока. При этом превышать максимальное напряжение драйвера нельзя.

Рассмотрим небольшой пример на основе шагового электродвигателя с номинальными данными: U н = 12 В, I н = 0,33 А, активное сопротивление обмотки R = 32,6 Ом, реактивное сопротивление обмотки L = 48 мГн.

12 В – это не максимально допустимое напряжение. Это напряжение нормальной работы, при котором в обмотке будет протекать ток равный 0,33 А.

Если вы управляете электрической машиной с помощью очень простого или Н-мостового драйвера, то вам необходимо ограничивать напряжение 12 В для предотвращения превышения номинального тока.

Читайте также:  Германиевые диоды средней мощности

В случае использования драйвера с прерывателем (chopper drive), превышение номинального напряжения не является проблемой. Чем выше будет напряжение – тем быстрее машина достигнет магнитного насыщения. Приведенная ниже формула это иллюстрирует:

Приведенная формула вычисляет ток обмотки электродвигателя за определенный промежуток времени.

Ток, через катушку индуктивности 50 мГн, в течении 1 мс увеличивается пропорционально напряжению.

Если двигатель «перешагнет» прежде, чем сможет достаточно насытиться для развития необходимого момента, он начнет «терять» шаги. Если вы обнаружите, что такое происходит с вашей машиной на большом ходу – рассмотрите вариант повышения напряжения питания.

Источник

Как увеличить обороты электродвигателя в 10 раз

Эта простая доработка электродвигателя повысит его мощность, скорость и понизит напряжение питания. КПД останется неизменным, закон сохранения энергии еще никто не отменял. Возможно, у вас уже была подобная надобность, снизить напряжение питания моторчика для определенных нужд. К примеру, понадобился высокоскоростной двигатель для макета реактивного двигателя. Повысить обороты можно простой перемоткой якоря.

Переделка электромотора своими руками

Перед перемоткой замерим ток холостого хода. Он составил примерно 0,5 А при питании от 3,7 В.

По сторонам корпуса отгибаем металлические фиксаторы, вынимаем щетки коллектора.

Кусачками удаляем все 3 старые обмотки ротора.

Далее берем провод 0,4 мм. Визуально можно сравнить с тем который раньше был намотан.

Видно что он толще в несколько раз. Зачищаем, лудим, припаиваем его к одному контакту коллектора.

Делаем намотку в одну сторону всех обмоток. На каждую сторону уместилось по 20 витков. Закончив одну обмотку, припаиваем ко второму контакту коллектора.

Далее мотаем ворую, припаиваем отвод к третьему контакту. Мотаем третью обмотку и ее конец припаиваем к первому контакту, где уже припаян первый провод.

При повышение мощности возрастет и искрообразование. Чтобы свести его к минимуму нанесем обычную густую смазку. Она не будет препятствовать контакту.

Соберем моторчик и проверим.

При том же напряжении 3,7 В, потребляемый ток вырос до 2,8 А.

Обороты на слух возросли в несколько раз. Чтобы воочию оценить скорость вращения по звуку работы посмотрите видео ниже.

Источник



Как увеличить мощность шаговый двигатель

Группа: Пользователи
Сообщений: 13
Регистрация: 12.11.2009
Пользователь №: 29783

Повышение напруги/тока на обмотке приводит к перегреву ШД.
Что может привести к перегоранию обмоток или расширению деталей и в итоге клин.
Возможна ли прокачка охлаждающей жидкости через полость статор/ротор?

Читайте также:  Генератор постоянного тока параллельного возбуждения мощностью

Рабочей жидкостью может быть, например масло с низкой вязкостью (для швейных машинок).

Вот такие «нехорошие» мысли приходят, пока делаю свой CNC.

С уважением АТМ67!

ATLab

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 621
Регистрация: 7.1.2007
Из: Железногорск
Пользователь №: 53

victtor

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 29
Регистрация: 3.1.2010
Из: г.Тверь
Пользователь №: 30070

Хорошо помогает кулер для маленьких движков.

Для больших кухонный вентилятор.
Я ставлю на асинхронник+частотник до 5,5 Квт. Их сейчас полно разных размеров.
Удобно использовать круглый, для установки в трубу. Только там 220в надо.

retaler

Просмотр профиля

Группа: Пользователи
Сообщений: 122
Регистрация: 15.6.2008
Из: Киев
Пользователь №: 5358

Повышение напруги/тока на обмотке приводит к перегреву ШД.
Что может привести к перегоранию обмоток или расширению деталей и в итоге клин.
Возможна ли прокачка охлаждающей жидкости через полость статор/ротор?

Рабочей жидкостью может быть, например масло с низкой вязкостью (для швейных машинок).

Вот такие «нехорошие» мысли приходят, пока делаю свой CNC.

С уважением АТМ67!

Почти все драйверы (те которые имеются в продаже) используют индуктивность двигателя как элемент фильтра, другими словами на обмотку двигателя подается
импульсная каша с частотами от 4кгц до 50кгц. А китайская сталь в движках при таких частотах имеет внушительные потери.
Даже когда двигатель стоит (зажат), всеравно на двигателе присутствуют импульсы и к оммическим потерям добавляются и (очень большие) динамические.
Посмотрите документацию например на трансформаторы, для таких частот применяется магнитопровод на тонкой стали (0.08мм) а в двигателях это далеко не так.
Я уже не говорю о стали постоянного магнита который стоит в роторе.
Нормальная мощность которая рассеивается на движке на 6а обмотки составляет около 35 вт. (но это с драйверами в которых на выходе стоят фильтры,
в дешевых драйверах обмотка двигателя включена прямо в диагональ моста что обеспечивает протекание импульсной высокочастотной составляющей и соответственно утроение потерь.
И если при повышении питания драйвера увеличивается нагрев движка- это говорит о том что повышается частота модуляции моста драйвера вследствии сокращения времени нарастания тока в индуктивности при подаче более высокого напряжения на индуктивность (использован дешевый метод токовой трубки на 2-х компараторах) например в чипах фирмы allegro.
Выводы делайте сами.

Сообщение отредактировал retaler — 10.2.2010, 3:11

ps1x

Источник