Что такое двухфазное управление двигателем

Описание товара

Технические характеристики

• Модель: 51K90RGN-CF 500RPM
• Вес изделия: 4.45+0.21 кг
• Температура эксплуатации: -10°С . +50°С
• Электродвигатель
  • Маркировка: 5M90GN-CF
  • Рабочее напряжение: 220В АС, 50/60 Гц
  • Потребляемый ток: 0.6 А
  • Мощность, макс.: 90 Вт
  • Режим работы: продолжительный
  • Номинальная скорость вращения вала, об/мин: 1400/1700
  • Направление вращения: по/против часовой стрелке (CW/CCW)
  • Пусковой момент: 0.48 N.m
  • Крутящий момент: 0.64 N.m
  • Механизм обратной связи
  • Размер мотора: 90 х 90 х 152 мм (± 1мм)
  • Дина соединительного шнура: 300 мм
• Редуктор
  • Маркировка: 5GN3K
  • Конструкция: цельнометаллический
  • Расположение вала: параллельное
  • Крутящий момент: 1.55 N.m / 50 Гц, 1.35 N.m / 60 Гц
  • Соотношение: 1/3
  • Обороты в минуту: 500 (433-566)
  • Диаметр вала: 12 мм
  • Вылет вала: 27 мм
  • Размер редуктора с валом: 90 х 90 х 92 мм (± 1мм)
• Регулятор оборотов
  • Маркировка: BS-51
  • Рабочее напряжение: 220В АС, 50/60 Гц
  • Диапазон регулировки, об/мин: 0-1400 / 50 Гц; 90-1700 / 60 Гц
  • Максимальная мощность мотора: 90 Вт
  • Размер регулятора: 100 х 60 х 115 мм (± 1мм)
  • Дина соединительного шнура: 650 мм

Промышленный мотор-редуктор 51K90RGN-C 200RPM собран на базе двухфазного асинхронного двигателя, работающего в однофазных сетях переменного напряжения 220В 50/60Гц. На одной стороне двухстороннего вала установлен съёмный цельнометаллический параллельный редуктор, состоящий из нескольких ступеней шестерёнчатых передач с шарикоподшипниковой опорой. Редуктор влияет на изменение соотношений крутящего момента и скорости вращения между валом мотора и валом редуктора, снижая скорость и обеспечивая необходимое усилие на валу редуктора. С второй стороны вала закреплены металлические лопасти вентилятора, выполняющие функцию активного охлаждения корпуса двигателя. Механизм вентилятора накрыт защитным кожухом, в котором присутствует множество широких воздухозаборных отверстий, способствующих максимально свободной циркуляции воздушного потока при разностороннем вращении вала.

Мотор-редуктор 51K90RGN-CF поддерживает схемы подключения, предусматривающие вращение вала по часовой стрелке (прямое направление, CW) или против часовой стрелки (реверсивное направление, CCW). В условиях автоматического или ручного управления, запрещается быстрая смена направления без полной остановки мотора.

Индивидуальное подключение двигателя 5M90GN-CF к силовой сети переменного напряжения

Конструкция статора двигателя 5M90GN-CF содержит две равнозначные обмотки для разгона (фазосдвигающая цепь) и постоянной работы двигателя, использующие метод вращающегося магнитного поля. Обмотки объединены между собой общим проводом — у двигателя выведены наружу три питающих провода. Выравниванием крутящего момента при вращении ротора асинхронного двухфазного электродвигателя должен заниматься пусковой конденсатор номиналом 5мкФ/450В, который необходимо самостоятельно включить в цепь питания. Установка конденсатора между независимыми выводами позволяет создать схему универсального управления, при котором можно переназначать роли для пусковой или рабочей обмоток, и выбирать таким образом направление вращения ротора. Пример подключения выводов обмоток мотора к силовой сети 220В:

Кроме проводов питания двигателя, к 6-контактному разъёму выведены линии обратной связи из пары белых тонких проводов, предназначенные для совместного использования с блоками управления, учитывающие скорость вращения вала.

Блок управления двигателем BS-51, регулировка оборотов

В комплектацию с мотором-редуктором переменного напряжения 5M90GN-CF входит регулятор оборотов BS-51 для двухфазных конденсаторных асинхронных двигателей мощностью не более 90Вт с 3-проводным подключением. Простые и интуитивно понятные элементы управления в виде поворотной ручки и двухпозиционного переключателя позволяют вручную запускать и останавливать двигатель, а также плавно регулировать скорость мотора в сторону ускорения или замедления. Для большей наглядности, на лицевую панель регулятора нанесена процентная шкала скорости мотора. Единственный светодиодный индикатор красного цвета отображает наличие напряжения в цепи питания. За установку направления вращения вала отвечает короткая проводная перемычка, связывающая соответствующие винтовые клеммы COM, CW и CCW. На продольной стороне корпуса регулятора расположено небольшое утопленное отверстие с подстроечным резистором. С его помощью корректируется отклонение фактической скорости от установленной.

Подключение регулятора к мотору-редуктору освобождает от добавления в схему питания пускового конденсатора — он заведомо помещён внутрь корпуса. При соединении 6-контактных штекера регулятора и разъёма мотора, следует соблюдать назначение проводных линий. Производитель изделия настоятельно не рекомендует замыкать и размыкать контакты, находящиеся под рабочим напряжением.

Сравнение двухфазных и трёхфазных микрошаговых двигателей

Шаговые двигатели сегодня применяются в различных сферах: машиностроение, станкостроение, электроника и другие виды деятельности. Шаговый двигатель представляет собой синхронный электродвигатель, основными элементами которого являются статор, ротор и обмотки возбуждения. Приведение ротора в движение, происходит при последовательном запуске обмоток, это приводит к дискретным угловым смещением, определяемым типом и характеристиками микрошагового двигателя.

Режим микрошага осуществляется при управлении током обмоток микрошагового двигателя. Выбирая значения токов в обмотках можно зафиксировать ротор в промежуточном положении между шагами. За счёт этого повышается плавность хода ротора и можно достичь очень высоких значений по точности. На сегодняшний день, миркошаговые двигатели позволяют увеличить точность в десятки раз.

Преимущества микрошаговых двигателей для станков с ЧПУ:

• Микрошаговые двигатели в разы дешевле, чем серводвигатели.
• Простота в коммутации (многие программы написанные для ЧПУ станков — подходят).
• Более простые по конструктиву, в случае поломки, ремонт происходит довольно быстро и дёшево.
• Большой срок службы

К недостаткам применения микрошагового двигателя относятся:

• Может возникать резонансный эффект и проскальзывание шагового двигателя;
• Нет обратной связи с ЧПУ;
• Расходуемая электроэнергия не зависит от наличия или отсутствия нагрузки;
• Сложности управления из-за особенности схемы;

Сравнение двухфазных и трёхфазных шаговых двигателей

Наиболее распространенные шаговые двигатели – двухфазные и трёхфазные. И зачастую, при выборе лазерного станка или фрезерного станка с ЧПУ, встаёт вопрос, с какими шаговыми двигателями взять станок?
Двухфазный шаговый двигатель является более оптимальным вариантом в 90 % случаев и имеют больше. Объясняется это следующими факторами:

• более простая и надёжная схема устройства
• подходит под большинство драйверов для станков с ЧПУ
• двигатели и драйвера к ним стоят меньше, чем трёхфазные

Трёхфазные двигатели имеют большую дискретность шага, но разница минимальна. При выборе станка гораздо большее значение имеет сам конструктив оборудования, так как именно от этого зависит общая точность. Шаговый двигатель влияет на точность только в совокупности с остальными частями лазерного или фрезерного станка. Качество шагового двигателя не определяется углом шага.

Так, например, при рассмотрении двух одинаковых станков с одинаковой кинематикой, простая установка качественного редуктора 1/20 позволяет добиться на двигателе с шагом 1,8 градуса точности в разы большей, чем на двигателе с шагом 0,9 градуса. Качество шагового двигателя определяют такие моменты, как качество сборки, биение на валах, люфт на валах и погрешность на шаг.

Подводя итог – двухфазные двигатели, на сегодняшний день являются более оптимальным выбором, ввиду названных выше факторов.

Управление шаговым двигателем

Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в энергию механическую, а что касается шаговых двигателей, то они преобразуют энергию электрических импульсов во вращательные движения ротора. Движение, порождаемое действием каждого импульса, начинается и повторяется с высокой точностью, благодаря чему шаровые двигатели являются эффективными приводами для устройств, требующих точного позиционирования.

Шаговые двигатели на постоянных магнитах включают в себя: ротор с постоянными магнитами, обмотки и магнитопровод статора. Возбуждаемые обмотки создают магнитные северный и южный полюса, как показано на рисунке. Движущееся магнитное поле статора вынуждает ротор все время выравниваться вслед за ним. Это вращающееся магнитное поле можно настраивать, управляя последовательным возбуждением катушек статора, приводящих ротор во вращение.

На рисунке показана схема типичного способа возбуждения двухфазного мотора. В фазе А две катушки статора возбуждены, и это заставляет ротор магнитно притянуться и зафиксироваться, поскольку противоположные магнитные полюса взаимно притягиваются. Когда обмотки фазы А выключается, включается обмотки фазы В, ротор поворачивается по часовой стрелке (англ. CW — по часовой стрелке, CCW – против часовой стрелки) на 90°.

Далее фаза В отключается, и фаза А включается, но полюса располагаются теперь противоположно тому, как было в самом начале. Это приводит к следующему повороту на 90°. Далее фаза А выключается, включается фаза В в обратной полярности.. Повторение этих действий приводит ротор во вращение по часовой стрелке шагами по 90°.

Шаговое управление, показанное на рисунке, называется управлением с одной активной фазой. Более приемлемый способ шагового управления — управление с двумя активными фазами, когда обе фазы мотора всегда включены, однако полярность в одной из них меняется, как показано на рисунке.

Такое управление приводит к движению ротора шагового двигателя, при котором он выравнивается при каждом шаге в центре образующихся северного и южного полюсов, между выступами магнитопровода. Поскольку обе фазы всегда включены, то данный метод управления дает на 41,4% больший вращающий момент, чем управление с одной активной фазой, но требует вдвое больше электрической мощности.

Шаговый двигатель может быть и «полушаговым», тогда добавляется стадия выключения в процессе перехода между фазами. Это делит угол шага напополам. Например, вместо 90° шаговый мотор может делать повороты по 45° на каждом «полушаге», как показано на рисунке.

Но полушаговый режим вносит потери во вращающий момент на 15-30%, по сравнению с шаговым управлением с двумя активными фазами, поскольку одна из обмоток не активна во время половины шага, и это в итоге потеря электромагнитной силы, действующей на ротор, то есть чистая потеря вращающего момента.

Двухфазное шаговое управление подразумевает наличие двухполюсной обмотки на статоре. Каждая фаза имеет свою обмотку, и при реверсе тока через обмотки меняются и электромагнитные полярности. Выходной каскад типичного двухфазного драйвера изображен на рисунке. Схема управления приведена в таблице. Видно, как просто меняя направление тока через обмотки, можно менять и магнитную полярность в фазах.

Другой типичный вид обмотки — однополюсная обмотка. Здесь обмотки разделены каждая на две части, и когда одна часть обмотки возбуждается — создается северный полюс, когда другая часть возбуждается — возникает южный полюс. Такое решение называется однополюсной обмоткой, так как электрическая полярность ответственная за ток никогда не меняется. Шаги управления показаны на рисунке.

Такой дизайн позволяет использовать более простой электронный блок. Однако, здесь почти 30% вращающего момента теряется, в сравнении с двухполюсной обмоткой, потому что в катушках в два раза меньше провода, чем в двухполюсной обмотке.

Другие углы шага

Для получения меньших углов шага необходимо наличие большего количества полюсов как на роторе, так и нас статоре. Ротор для 7.5° имеет 12 пар полюсов, а магнитопровод статора обладает 12 выступами. Два выступа на катушку, и две обмотки.

Таким образом получается 48 полюсов для каждого шага по 7.5°. На рисунке можно рассмотреть 4 полюсных выступа в разрезе. Конечно, можно комбинировать шаги для достижения больших перемещений, например шесть шагов по 7.5° приведут к повороту ротора на 45°.

Точность шаговых двигателей составляет 6-7% на шаг (без накопления). Шаговый двигатель с шагом в 7.5° будет всегда в пределах 0,5° от теоретически предсказанного положения, независимо от того, сколько шагов уже сделано. Ошибка не будут накапливаться, потому что механически каждые 360° повторяются пошагово. Без нагрузки физическое положение полюсов статора и ротора относительно друг друга все время будет одним и тем же.

Шаговые двигатели обладают собственной резонансной частотой, поскольку являются системами подобными грузу на пружине. Когда частота шагов совпадает с собственной резонансной частотой двигателя, можно слышать изменение шума, создаваемого двигателем, кроме того усиливается вибрация.

Точка резонанса зависит от применения двигателя, от его нагрузки, но обычно резонансная частота лежит в диапазоне от 70 до 120 шагов в секунду. В худшем случае двигатель утратит точность управления, если войдет в резонанс.

Простой способ избежать проблем, связанных с резонансом в системе, — изменить частоту шагов в сторону от точки резонанса. В режиме полушага или микрошага масштаб проблемы резонанса уменьшается, поскольку с увеличением скорости точка резонанса остается все дальше позади.

Вращающий момент шагового двигателя является функцией от: скорости шага, тока обмотки статора, типа двигателя. Мощность конкретного шагового двигателя также связана с этими тремя факторами. Вращающий момент шагового двигателя представляет собой сумму момента трения и момента инерции.

Момент трения в граммах на сантиметр — это сила, необходимая для перемещения груза весом в определенное количество грамм при плече рычага длиной в 1 см. Важно отметить, что с увеличением скорости шага двигателя возрастает противо-ЭДС в моторе, то есть генерируемое двигателем напряжение. Это приводит к ограничению тока в обмотках статора и к снижению вращающего момента.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: