Шаговые двигатели и их применение в лазерных машинах с числовым программным управлением - Реферат

Реферат на тему: «Шаговые двигатели и их применение в лазерных машинах с ЧПУ»Шаговый двигатель (stepper motors или stepping motors) - это электрический двигатель, преобразующий цифровой электрический входной сигнал в механическое движение; одна из разновидностей бесщеточных (бесколлекторных) двигателей постоянного тока. Шаговый двигатель позволяет осуществлять позиционирование ротора с точностью до долей градуса, что абсолютно недостижимо для других типов двигателей. Кроме того, ротор такого двигателя можно жестко зафиксировать в нужном положении без применения электромагнитных или механических тормозных и удерживающих систем, например электромагнитных муфт. История возникновения ШД гласит, что в 1927 году было опубликовано описание ШД, используемого Великобританией для дистанционного управления индикатором направления торпедных аппаратов и орудий на военных кораблях.Шаговый двигатель состоит из ротора - вращающейся части, - и статора - неподвижной части (рисунок 1). Статор шагового двигателя имеет сердечник с явно выраженными полюсами, который обычно делается из ламинированных штампованных листов электротехнической стали для уменьшения вихревых токов и уменьшения нагрева. Статор обычно имеет от двух до пяти фаз. Шаговые двигатели надежны и недороги, так как ротор не имеет контактных колец и коллектора: он имеет либо явно выраженные полюса, либо тонкие зубья и является одним целым с валом.В шаговом двигателе с переменным магнитным сопротивлением вращающий момент создается магнитными потоками статора и ротора, которые соответствующим образом ориентированы друг относительно друга. Полюса каждой пары расположены напротив друг друга и имеют независимые одноименные обмотки.Двигатели с постоянными магнитами состоят из статора, который имеет обмотки, и ротора, содержащего постоянные магниты (рисунок 3). Благодаря намагниченности ротора в таких двигателях обеспечивается больший магнитный поток и, как следствие, больший момент, чем у двигателей с переменным магнитным сопротивлением.Гибридные двигатели дороже, чем двигатели с постоянными магнитами, зато они обеспечивают меньшую величину шага, бoльший момент и большую скорость. Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами. Ротор гибридного шагового двигателя представляет из себя цилиндрический постоянный магнит, намагниченный вдоль продольной оси с радиальными зубьями из магнитомягкого материала и имеет зубцы, расположенные в осевом направлении (рисунок 3).Для преобразования электрических импульсов в угловые перемещения якоря соленоидного электромагнита соединяется с выходным валом посредством храпового или анкерного механизма (рисунок 5). Устройство этого типа шаговых двигателей образуют широкий класс шаговых двигателей с жесткой механической связью с валом. Шаговые двигатели, использующие электромагниты поворотного типа, не нуждаются в кинематической цепи, имея гибкую электромагнитную связь с валом. До сих пор важное место в технике связи занимают шаговые двигатели с клапанным якорем, на основе которого разработаны различного типа шаговые искатели. Шаговые двигатели с жесткой связью с валом не вносят собственной ошибки в работу системы.Как и все моторы, шаговые двигатели состоят из статора и ротора. На роторе расположен постоянный магнит или, для случаев с переменным магнитным сопротивлением, зубчатый блок из магнитомягкого материала, а в состав статора входят катушки (обмотки). Обмотки шагового двигателя являются частью статора, и различия в способах подключения обмоток определяют тип подключения шагового двигателя.Момент, создаваемый шаговым двигателем, зависит от скорости, тока в обмотках и схемы управляющего драйвера. Точки S являются положениями равновесия ротора для двигателя без нагрузки и соответствуют нескольким последовательным шагам (рисунок _, а). Если к валу двигателя приложить внешний момент меньше момента удержания, то угловое положение ротора изменится на некоторый угол ?: , где ? - угловое смещение, N - количество шагов двигателя на оборот, Ta - внешний приложенный момент, Th - момент удержания. Если к валу двигателя приложить момент, превышающий момент удержания, то под действием этого момента вал провернется. На практике всегда имеется приложенный к двигателю внешний момент: двигателю приходится преодолевать трение.Шаговые двигатели используется там, где необходимо более точное позиционирование и скорость перемещения. По сравнению с другими приборами, которые могут выполнять эти же или подобные функции, система управления, используемая в шаговых двигателях, обладает существенными преимуществами: может быть обеспечено очень точное перемещение на заданный угол без обратной связи - поворот ротора зависит от числа поданных импульсов на устройство управления. В ситуациях, когда нагрузка превышает максимальный вращающий момент двигателя, шаговый двигатель будет пропускать шаги - это предохранит его от сгорания.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. КОНСТРУКЦИЯ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1 Двигатели с переменным магнитным сопротивлением

1.2 Двигатели с постоянными магнитами

1.3 Гибридные двигатели

1.4 Классификация по связи с валом

2. ПРИНЦИП РАБОТЫ

2.1 Влияние нагрузки

3. ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

4. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

4.1 Использование шагового двигателя в лазерных установках

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ