Реферат на тему шаговые двигатели

Обновлено: 02.07.2024

Целью работы было создать программу управления Шаговым двигателем. Для необходимой цели решить следующие задачи:
1) Изучить что такое шаговый двигатель. Понятие, виды, режимы работы.
2) Исследовать управление шагового двигателя.
3) Написание программы управление шаговым двигателем.

Содержание работы

1. Шаговый двигатель. Понятие, виды, режимы работы……..2
2. Управление шаговым двигателем……………………………11
3. Программа управление шаговым двигателем……………….12

Содержимое работы - 1 файл

Курсовая. Шаговый двигатель..docx

1. Шаговый двигатель. Понятие, виды, режимы работы……..2

2. Управление шаговым двигателем……………………………11

3. Программа управление шаговым двигателем……………….12

Если заглянуть в историю приводной техники, то можно увидеть, что шаговый двигатель (ШД) появился как дешевая альтернатива позиционному приводу. При этом отличительным и наиболее ценным его качеством являлась крайняя простота управления позицией вала - достаточно лишь в правильной последовательности подавать импульсы в обмотки двигателя и вал шагового двигателя начинает вращаться. Именно это достоинство служило основой массового использования ШД в устройствах автоматизации.

По мере расширения областей применения шагового двигателя улучшались и его технические характеристики. Появились новые конструкции ШД с использованием редкоземельных магнитов, так называемые гибридные ШД, которые по стоимости, на сегодняшний день, приблизились к своим предшественникам, а по развиваемой мощности превосходят последних в несколько раз. В результате у ШД появилось дополнительное конкурентное преимущество - это высокий момент на малых оборотах вращения. Например, момент удержания ШД в 2-3 раза выше, чем у синхронного двигателя эквивалентных массогабаритных показателей. Поэтому использование ШД в ряде случаев позволяет исключить редуктор из механической системы и, следовательно, снизить себестоимость автоматической системы в целом.

Целью работы было создать программу управления Шаговым двигателем. Для необходимой цели решить следующие задачи:

Изучить что такое шаговый двигатель. Понятие, виды, режимы работы.
Исследовать управление шагового двигателя.
Написание программы управление шаговым двигателем.

1. Шаговый двигатель.

Шаговый двигатель — это электрический двигатель, преобразующий цифровой электрический входной сигнал в механическое движение. По сравнению с другими приборами, которые могут выполнять эти же или подобные функции, система управления, используемая в ШД, обладает следующими существенными преимуществами: во-первых, у нее нет об ратной связи, обычно необходимой дня управления положением или частотой вращения; во-вторых, не накапливается ошибка положения; в-третьих, ШД совместим с современными цифровыми устройствами.

По этим причинам различные типы и классы ШД используют в перифе рийных устройствах ЭВМ и подобных системах. Конструктивно шаговые электродвигатели состоят из статора , на котором расположены обмотки возбуждения, и ротора, выполненного из магнито-мягкого (ферромагнитного) материала или из магнито-твёрдого (магнитного) материала. Шаговые двигатели с магнитным ротором позволяют получать бо́льший крутящий момент и обеспечивают фиксацию ротора при обесточенных обмотках.

Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами.

Виды шаговых двигателей

Существуют три основных типа шаговых двигателей:

двигатели с переменным магнитным сопротивлением
двигатели с постоянными магнитами
гибридные двигатели

Определить тип двигателя можно даже на ощупь: при вращении вала обесточенного двигателя с постоянными магнитами (или гибридного) чувствуется переменное сопротивление вращению, двигатель вращается как бы щелчками. В то же время вал обесточенного двигателя с переменным магнитным сопротивлением вращается свободно. Гибридные двигатели являются дальнейшим усовершенствованием двигателей с постоянными магнитами и по способу управления ничем от них не отличаются. Определить тип двигателя можно также по конфигурации обмоток. Двигатели с переменным магнитным сопротивлением обычно имеют три (реже четыре) обмотки с одним общим выводом. Двигатели с постоянными магнитами чаще всего имеют две независимые обмотки. Эти обмотки могут иметь отводы от середины. Иногда двигатели с постоянными магнитами имеют 4 раздельных обмотки.

В шаговом двигателе вращающий момент создается магнитными потоками статора и ротора, которые соответствующим образом ориентированы друг относительно друга. Статор изготовлен из материала с высокой магнитной проницаемостью и имеет несколько полюсов. Полюс можно определить как некоторую область намагниченного тела, где магнитное поле сконцентрировано. Полюса имеют как статор, так и ротор. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы собраны из отдельных пластин, подобно сердечнику трансформатора. Вращающий момент пропорционален величине магнитного поля, которая пропорциональна току в обмотке и количеству витков. Таким образом, момент зависит от параметров обмоток. Если хотя бы одна обмотка шагового двигателя запитана, ротор принимает определенное положение. Он будет находится в этом положении до тех пор, пока внешний приложенный момент не превысит некоторого значения, называемого моментом удержания. После этого ротор повернется и будет стараться принять одно из следующих положений равновесия.

Двигатели с переменным магнитным сопротивлением

Шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением имеют несколько полюсов на статоре и ротор зубчатой формы из магнитомягкого материала (рис. 1). Намагниченность ротора отсутствует. Для простоты на рисунке ротор имеет 4 зубца, а статор имеет 6 полюсов. Двигатель имеет 3 независимые обмотки, каждая из которых намотана на двух противоположных полюсах статора. Такой двигатель имет шаг 30 град.

Рис. 1. Двигатель с переменным магнитным сопротивлением.

При включение тока в одной из катушек, ротор стремится занять положение, когда магнитный поток замкнут, т.е. зубцы ротора будут находиться напротив тех полюсов, на которых находится запитанная обмотка. Если затем выключить эту обмотку и включить следующую, то ротор поменяет положение, снова замкнув своими зубцами магнитный поток. Таким образом, чтобы осуществить непрерывное вращение, нужно включать фазы попеременно. Двигатель не чувствителен к направлению тока в обмотках. Реальный двигатель может иметь большее количество полюсов статора и большее количество зубцов ротора, что соответствует большему количеству шагов на оборот. Иногда поверхность каждого полюса статора выполняют зубчатой, что вместе с соответствующими зубцами ротора обеспечивает очень маленькое значения угла шага, порядка нескольких градусов. Двигатели с переменным магнитным сопротивлением довольно редко используют в индустриальных применениях.

Двигатели с постоянными магнитами

Двигатели с постоянными магнитами состоят из статора, который имеет обмотки, и ротора, содержащего постоянные магниты (рис. 2). Чередующиеся полюса ротора имеют прямолинейную форму и расположены параллельно оси двигателя. Благодаря намагниченности ротора в таких двигателях обеспечивается больший магнитный поток и, как следствие, больший момент, чем у двигателей с переменным магнитным сопротивлением.

Рис. 2. Двигатель с постоянными магнитами.

Показанный на рисунке двигатель имеет 3 пары полюсов ротора и 2 пары полюсов статора. Двигатель имеет 2 независимые обмотки, каждая из которых намотана на двух противоположных полюсах статора. Такой двигатель, как и рассмотренный ранее двигатель с переменным магнитным сопротивлением, имеет величину шага 30 град. При включение тока в одной из катушек, ротор стремится занять такое положение, когда разноименные полюса ротора и статора находятся друг напротив друга. Для осуществления непрерывного вращения нужно включать фазы попеременно. На практике двигатели с постоянными магнитами обычно имеют 48 – 24 шага на оборот (угол шага 7.5 – 15 град).

Разрез реального шагового двигателя с постоянными магнитами показан на рис. 3.

Рис. 3. Разрез шагового двигателя с постоянными магнитами.

Для удешевления конструкции двигателя магнитопровод статора выполнен в виде штампованного стакана. Внутри находятся полюсные наконечники в виде ламелей. Обмотки фаз размещены на двух разных магнитопроводах, которые установлены друг на друге. Ротор представляет собой цилиндрический многополюсный постоянный магнит.

Двигатели с постоянными магнитами подвержены влиянию обратной ЭДС со стороны ротора, которая ограничивает максимальную скорость. Для работы на высоких скоростях используются двигатели с переменным магнитным сопротивлением.

Гибридные двигатели

Гибридные двигатели являются более дорогими, чем двигатели с постоянными магнитами, зато они обеспечивают меньшую величину шага, больший момент и большую скорость. Типичное число шагов на оборот для гибридных двигателей составляет от 100 до 400 (угол шага 3.6 – 0.9 град.). Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами. Ротор гибридного двигателя имеет зубцы, расположенные в осевом направлении (рис. 4).

Рис. 4. Гибридный двигатель.

Основные параметры и характеристики шаговых двигателей.

Специфика конструкции шаговых двигателей и многообразие режимов их работы вызывают необходимость оценивать эти двигатели по следующим параметрам:

частота собственных круговых колебаний
электромагнитная постоянная времени
коэффициент внутреннего демпфирования
предельная механическая характеристика
предельная динамическая характеристика

Частота собственных круговых колебаний – это угловая частота колебаний ротора около устойчивого положения при отсутствии момента нагрузки. Она является обобщенным параметром, зависящим от момента инерции J, амплитуды максимального синхронизирующего момента Mmax, числа пар полюсов p. Период собственных круговых колебаний, равный 1/w0, может служить внутренним эталоном времени. Действительно, момент инерции J определяет инерционность двигателя и механизма, амплитуда максимального синхронизирующего момента Mmax дает характеристику шагового двигателя как преобразователю энергии, число пар полюсов p определяет степень электромеханической редукции угла поворота и скорости вращения. Отношение Mmax/J дает теоретически предельное ускорение ротора шагового двигателя.

Электромагнитная постоянная времени обмоток управления Tэм = L/R характеризует скорость протекания электромагнитных переходных процессов. Часто для уменьшения Тэм последовательно с обмоткой управления включают добавочное сопротивление. Уменьшать постоянную времени необходимо потому, что чем она больше, тем до меньшего значения нарастает ток за время импульса напряжения, меньше становится синхронизирующий момент, а, следовательно, и допустимый момент сопротивления.

Коэффициент внутреннего демпфирования определяется отношением амплитуды потокосцепления ротора с фазой обмотки статора к ее активному сопротивлению. Этот параметр относится только к шаговым двигателям с активным ротором, поскольку его физический смысл заключается в образовании электромагнитного тормозного момента, вызванного взаимодействием поля ротора с током статора, наведенным этим полем и замыкающимся по цепи статор-источник тока. При этом механическая энергия колеблющегося ротора превращается в электрическую энергию с последующим рассеиванием ее в теплоту в активных сопротивлениях обмоток статора.

Предельная механическая характеристика – это зависимость допустимого момента сопротивления от частоты управляющих импульсов в установившемся режиме работы. С ростом частоты сказывается запаздывание в нарастании тока, обусловленное индуктивностью обмоток. При некоторой предельной частоте момент двигателя становится равным нулю.

Предельная динамическая характеристика – зависимость частоты приемистости от момента сопротивления и момента инерции нагрузки.

Шаговые двигатели уже давно и успешно применяются в самых разнообразных устройствах. Их можно встретить в принтерах, автоматических инструментах, приводах дисководов, автомобильных приборных панелях и других приложениях, требующих высокой точности позиционирования. В настоящее время выпускаетсямножество различных типов шаговых двигателей. Цель данной работы – систематизировать сведения об устройстве шаговых двигателей, способах управления ими. В качестве примера приведена практическая реализация простого и дешевого драйвера шагового двигателя на основе микроконтроллера семейства AVR.

Шаговый двигатель – это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы вдискретные механические перемещения. Внешне шаговый двигатель практически ничем не отличается от двигателей других типов. Чаще всего это круглый корпус, вал и несколько выводов.

Рис. 1. Внешний вид шаговых двигателей семейства ДШИ-200.
Однако шаговые двигатели обладают некоторыми уникальными свойствами, что делает порой их исключительно удобными для применения или даже незаменимыми.1.Типы шаговых двигателей

Существуют три основных типа шаговых двигателей:

1) двигатели с переменным магнитным сопротивлением;

2) двигатели с постоянными магнитами;

3) гибридные двигатели;

Определить тип двигателя можно даже на ощупь: при вращении вала обесточенного двигателя с постоянными магнитами (или гибридного) чувствуется переменное сопротивление вращению, двигательвращается как бы щелчками. В то же время вал обесточенного двигателя с переменным магнитным сопротивлением вращается свободно. Гибридные двигатели являются дальнейшим усовершенствованием двигателей с постоянными магнитами и по способу управления ничем от них не отличаются. Определить тип двигателя можно также по конфигурации обмоток. Двигатели с переменным магнитным сопротивлением обычно имеют три(реже четыре) обмотки с одним общим выводом. Двигатели с постоянными магнитами чаще всего имеют две независимые обмотки. Эти обмотки могут иметь отводы от середины. Иногда двигатели с постоянными магнитами имеют 4 раздельных обмотки.

В шаговом двигателе вращающий момент создается магнитными потоками статора и ротора, которые соответствующим образом ориентированы друг относительно друга. Статоризготовлен из материала с высокой магнитной проницаемостью и имеет несколько полюсов. Полюс можно определить как некоторую область намагниченного тела, где магнитное поле сконцентрировано. Полюса имеют как статор, так и ротор. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы собраны из отдельных пластин, подобно сердечнику трансформатора. Вращающий момент пропорционален величине магнитногополя, которая пропорциональна току в обмотке и количеству витков. Таким образом, момент зависит от параметров обмоток. Если хотя бы одна обмотка шагового двигателя запитана, ротор принимает определенное положение. Он будет находиться в этом положении до тех пор, пока внешний приложенный момент не превысит некоторого значения, называемого моментом удержания. После этого ротор повернется и примет одно изположений равновесия.

1.1.Двигатели с переменным магнитным сопротивлением

Шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением имеют несколько полюсов на статоре и ротор зубчатой формы из магнитомягкого материала (рис. 2). Намагниченность ротора отсутствует. Для простоты на рисунке ротор имеет 4 зубца, а статор имеет 6 полюсов. Двигатель имеет 3 независимые обмотки.

Шаговые двигатели – это электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи.
В настоящее время промышленностью выпускается множество различных типов шаговых двигателей.
Актуальность темы реферата заключается в том, что в современных системах управления широко используются устройства, с цифровой обработкой сигналов. Цифровые системы управления привели к созданию нового типа исполнительных механизмов – шаговых двигателей.
Цель работы – более полное изучение шаговых электродвигателей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить несколько задач: рассмотреть устройство и принцип работы шаговых электродвигателей, их характеритсики, типы шаговых двигателей, их применение, а также достоинства, недостатки и другие моменты.
Структура реферата включает в себя несколько частей: введение, основную часть (три главы), заключение и библиографический список, состоящий из пяти источников литературы.

1. Устройство и работа шаговых двигателей
1.1 Устройство и принцип работы
Шаговые электрические двигатели нашли довольно широкое применение в шлифовальных и фрезерных станках, транспортных средствах, бытовой технике, приборах и других механизмах и машинах.
Устройство (Рисунок 1.1) представляет собой движок постоянного тока, один оборот которого разделен на несколько одинаковых шагов (это обеспечивается благодаря контроллеру). Главное его отличие от моторов других типов – отсутствие щеточного механизма.1
Шаговый электрический двигатель оснащен сигнализаторами, передатчиками и приборной панелью.

Рисунок 1.1 - Состав шагового двигателя

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

Рисунок 1.1 - Состав шагового двигателя

2. Типы шаговых двигателей
2.1 Двигатели с переменным магнитным сопротивлением
Шаговые электрические двигатели с переменным магнитным сопротивлением включают в себя из магнитомягкого материала ротор зубчатой формы и на статоре несколько полюсов. Намагниченность ротора отсутствует. Для простоты изложения на Рисунке 2.1 ротор имеет 4 зубца, а статор имеет 6 полюсов. Шаговый электрический двигатель с переменным магнитным сопротивлением имеет три независимые обмотки. Каждая из указанных обмоток намотана на противоположных полюсах статора электродвигателя. Такой двигатель имеет шаг 30°.

Рисунок 2.1 - Двигатель с переменным магнитным сопротивлением

При включении тока в одной из катушек, ротор стремится занять положение, когда магнитный поток замкнут, т.е. зубцы ротора будут находиться напротив тех полюсов, на которых находится запитанная обмотка. Ротор двигателя поменяет свое положение, если выключить данную обмотку и включить следующую, здесь ротор замыкает магнитный поток своими зубцами.3
Двигатели с переменным магнитным сопротивлением довольно редко используют в индустриальных применениях.
2.2 Двигатели с постоянными магнитами
У шаговых двигателей этого вида ротор содержит постоянные магниты

Существуют многочисленные типы систем управления движения, основанные на коллекторных двигателях постоянного тока, серводвигателях, шаговых двигателях и пр. Рассмотрим управление движением при помощи шаговых двигателей.

Прикрепленные файлы: 1 файл

шаговые двигатели.docx

Типы шаговых двигателей

Теоретически, шаговый двигатель очень прост. В нем нет щеток или контактных колец. В целом - это синхронный двигатель, в котором магнитное поле статора вращаются с помощью электроники, а в роторе находятся постоянные магниты. Шаговый двигатель превращает управляющие импульсы в механическое вращение ротора. Преимущество шаговых двигателей - низкая стоимость, высокая надежность, высокий крутящий момент в области низких скоростей и простой конструкции, которая функционирует практически в любой окружающей среде. Главные неудобства в использовании шаговых двигателей - эффект резонанса, часто проявляющийся на низких скоростях и падение крутящего момента на высоких скоростях.

Система управления, основанная на использовании шагового двигателя:

Система управления, основанная на использовании шагового двигателя

Indexer, он же контроллер - микропроцессор, генерирующий импульс "ШАГ" и "НАПРАВЛЕНИЕ", по сигналам, получаемым от пользователя. Обычно существует множество других сложных функций, возлагаемых на микропроцессор.

Driver, он же силовая часть - преобразователь сигналов контроллера в силовые управляющие импульсы, необходимые для вращения ротора. Есть много различных типов драйверов с различными величинами силы тока и формами управляющих импульсов. Не все драйверы являются подходящими, для различных двигателей. Правильный выбор драйвера является очень важным при проектировании системы управления.

Существуют три типа шаговых двигателей:

- с переменным магнитным сопротивлением

- с постоянными магнитами

В двигателях с переменным магнитным сопротивлением не используются постоянные магниты.

Двигатель с переменным магнитным сопротивлением

Как следствие, у двигателя отсутствует так называемый "detent torque" - стопорный момент. Этот тип конструкции не обеспечивает высокого крутящего момента.

У двигателей с постоянными магнитами величина шага редко бывает менее 7,5°, что связано с конструктивными особенностями его ротора.

Двигатель с постоянными магнитами

Главным достоинством двигателей с постоянными магнитами является их низкая цена, а недостатком - низкие скорости вращения.

В гибридных двигателях многополюсный статор и ротор с постоянными магнитами позволяют, получить значительный крутящий момент (до 300 кгс*см) и малую величину шага (1,8° и менее).

Стопорный момент гибридных шаговых двигателей обычно составляет 10% от величины статического синхронизирующего момента.

По способу питания шаговые двигатели можно разделить на униполярные и биполярные.

Схемы обмоток шаговых двигателей

Приведенные на рисунке схемы можно использовать как биполярные, так и как униполярные. В случае если отводы от средних точек обмоток соединены между собой внутри двигателя и пользователю доступны только пять выводов, что бывает очень редко, двигатель можно использовать только как униполярный.

Применение шаговых двигателей

Ранее уже были приведены некоторые примеры применения ШД. Здесь же рассмотрим это более подробно для различных областей техники.

8.1. Использование шаговых двигателей в периферийных устройствах вычислительных машин.

Эта область считается основной для применения ШД. Существует большое разнообразие периферийных устройств вычислительных машин, остановимся на основных, использующих ШД.

8.1.1. Серийное печатающее устройство.

Серийное печатающее устройство является автоматическим, печатающим в каждый такт времени по одному символу. Внешний вид и его механизм приведены на рис. 8.1.

Рис 8.1. Внешний вид и механизм серийного печатающего устройства.

Конструкции печатающих устройств различных фирм мало отличаются друг от друга. Схема печатания может быть рассмотрена по рис. 8.2.

Рис. 8.2. Конструкция серийного печатающего устройства: 1 - бумага; 2 - символьный диск; 3 - молоточек; 4 - шаговый двигатель для движения бумаги; 5 - редуктор; 6 - серводвигатель постоянного тока; 7 - шаговый двигатель для подачи ленты; 8 - шаговый двигатель или серводвигатель постоянного тока для передвижения каретки; 9 - направляющие; 10 — проволочный тросик.

Символьный диск крепится непосредственно к двигателю, помещенному на каретке. Используются различные виды символьных дисков: лепестковый (см. рис. 2.7); символьный типа "волан для бадминтона" (рис. 8.3,а) и двойной лепестковый (рис. 8.3,б).

Рис. 8.3. Символьные диски: а - типа "волан для бадминтона"; б - двойной лепестковый.

Все они изготавливаются из легких материалов. Количество символов может быть 64, 96, 128 или 132. Два последних числа используют в символьных дисках, работающих с латинским и японским алфавитами. В основном ШД применяют для поворотов символьного диска в схеме управления без обратной связи при скорости печатания порядка 30 символов в секунду. Для высоких скоростей берут серводвигатели постоянного тока с управлением по схеме с обратной связью, однако вполне пригодны ШД, управляемые по схеме с обратной связью. Шаговый или серводвигатель постоянного тока используют для перемещения каретки. Шаговый двигатель с постоянным магнитом с углом шага 45 или 90° применяют для продвижения ленты, а также валика прогона бумаги.

8.1.2. Применение в печатающих устройствах линейных двигателей.

Принцип использования линейного реактивного ШД [1] для перемещения каретки в серийном печатающем устройстве был показан на рис. 1.13. Реальная конструкция, основанная на этом принципе, показана на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Реактивный линейный ШД, сконструированный для перемещения каретки в серийном печатающем устройстве.

Каретка, снабженная трехфазной обмоткой, работает как двигатель-ползунок. Направляющая или стационарная основа изготовлена из слоистой кремнийсодержащей стали и зубцы имеют тот же зубцовый шаг, что и у каретки.

На рис. 8.5 [2] показан другой линейный реактивный двигатель для перемещения каретки.

Рис. 8.5. Линейный реактивный ШД, используемый в печатающем устройстве: I - задняя часть статора; 2 - ползунок; 3 - передняя часть статора.

Однако в этом устройстве ползунок не имеет обмоток, в то время как на статоре расположено большое количество катушек.

8.1.3. Двухкоординатный XY- графопостроитель.

В гл 1 были описаны ШД, которые используют для передвижения пера в графопостроителе, который служит для получения графического изображения результатов вычислений. На рис. 8.6 изображен XY-графопостроитель, а на рис. 8.7 — система управления пером в этом графопостроителе для одной оси [3].

Рис. 8.6. Графопостроитель НР9872В фирмы Hewlett-Packard.

Рис. 8. 7. Механизм управления XY-графопостроителя, использующий два ШД: 1 - блок шкивов на каретке пера; 2 - огибающая Y; 3 — стальной гибкий кабель в нейлоновой оплетке; 4 - демпфер; 5 -пластиковый шкив на шаровом подшипнике; 6 -поворотный шкив; 7 — шаговый двигатель.

Рис. 8.8. Структура гибкого диска и механизма дисковода: 1 - конверт; 2 - диск; 3 - окно для головки; 4 - зажимная втулка; 5 — втулка шпинделя.

В графопостроителе, показанном на рис. 1.12, для передачи движения от вала двигателя перу используются шестерни. В графопостроителе, изображенном на рис. 8.7, используется стальной тросик, покрытый нейлоновой оболочкой. Он имеет преимущество в том, что отсутствуют механические зазоры и уровень шума ниже. Для получения более высокого качества и степени разрешения в графопостроителе на рис. 8.6 используется система управления с малым шагом, которая была рассмотрена в 2.3.6 [4].

8.1.4. Системы управления гибкими флоппи-дисками.

Гибкие диски используются как вспомогательная память для всех классов ЭВМ. Они также используются как устройство памяти для интеллектуальных терминалов. Флоппи-диск или дискета - это тонкий диск, у которого одна или обе стороны покрыты магнитным материалом для занесения данных. Как показано на рис. 8,8, он вложен в пластиковый конверт и устанавливается на устройство (дисковод) с частотой вращения 300 или 360 об/мин. При установке диска на дисковод с вращающим механизмом связан только диск, а конверт остается неподвижным. В качестве двигателей электропривода диска используют различные типы синхронных и вентильных двигателей, а ШД применяют для передвижения магнитной головки. Известно также, что ШД можно использовать для вращения диска.

Диск имеет память от 250 до 1000 кбайт. Чтение и запись данных производятся одной или двумя магнитными головками. Расстояние между дорожками (их 77 или больше в больших дисках и 35 или больше в малых) 0,5 мм. Диаметр большого диска составляет 203 см, а малого 133 см. На рис. 8.9 показан механизм вращения одностороннего флоппи-диска. Головка перемещается между дорожками с помощью ШД и ведущего винта.

Рис. 8.9. Механизм управления головкой для гибкого диска: 1 - ведущий винт; 2 - головка; 3 -каретка головки; 4 - шаговый двигатель.

Наиболее часто в системе с большим диском используют четырехфазный реактивный двигатель с углом шага 15° (рис. 8.10).

Рис. 8. 10. Реактивный ШД для управления головкой дисковода для гибкого диска.

Головка передвигается на одну дорожку при повороте двигателя на 15°. Ранее для перемещения двух головок в дисководе с двусторонним флоппи-диском, в котором головки передвигались лентой из нержавеющей стали, использовали гибридный двигатель с углом шага 1,8°. Шаговые двигатели с когтеобразными полюсами широко используют в системах с малыми флоппи-дисками.

8.2. Использование шаговых двигателей в станках с числовым программным управлением.

Другую большую область применения ШД нашли в управлении инструментами и деталями в станках с числовым программным управлением и т.д.

8.2.1 XY-столы и вращающиеся столы.

Устройство для управления положением на плоскости, использующее два ШД для управления движением по направлениям X и Y, называется XY -столом. Конструктивная схема этого устройства показана на рис. 8.11,а. Вращающимся столом с цифровым управлением также можно управлять с помощью ШД (рис. 8.11, б). В этих устройствах механическая обработка выполняется после позиционирования или вращения.

Рис. 8.11. XY-стол (а) и вращающийся стол (б) с числовым программным управлением.

8.2.2. Фрезерные станки.

Движением детали по трем осям во фрезерных станках с числовым программным управлением можно управлять с помощью трех ШД. На рис. 8.12 изображены два двигателя для управления движением по осям X и Y, а третий, управляющий движением по оси Z и расположенный под столом, не показан.

Рис. 8. 12. Принцип работы фрезерного станка с числовым программным управлением, использующего три ШД: 1 — вращающий двигатель фрезы; 2 — деталь; 3 — фреза; 4 — шаговый двигатель.

Во фрезерных станках с числовым программным управлением обработка режущим инструментом выполняется во время работы двигателя. Как было показано в гл. 4, момент, создаваемый ШД, имеет колебательную форму, поэтому поверхность детали после окончания обработки имеет более низкую чистоту поверхности, чем в станках с использованием серводвигателей постоянного тока.

8.2.3. Чертежные автоматы, управляемые линейными двигателями.

Шаговые двигатели используют для управления чертежной головкой чертежных автоматов. Принцип работы автоматов похож на принцип работы XY-графопостроителя, но размер плоскости больше, чем у последних. Чертежными автоматами обычно управляют встроенные мини-компьютеры. Здесь рассмотрен чертежный автомат, в котором перо управляется плоскостным (планерным) двигателем, состоящим из двух линейных ШД.

Базисная конструкция и принципы работы ШД были рассмотрены в 2.2.7. Используя комбинацию двух линейных двигателей, как показано на рис. 8.13 [15], можно построить двигатель, который передвигается на неподвижном основании в любом направлении; один используется для создания усилия в направлении X, другой — в направлении Y.

Рис. 8.13. Планерный двигатель, основанный на принципе Cobuepa: 1 - зубцы; 2 – борозды.

Изображения чертежного автомата и головки приведены соответственно на рис. 8.14 и 8.15.

Рис. 8.14. Чертежный автомат.

Рис. 8.15. Чертежная головка.

Каждый линейный двигатель, вмонтированный в головку, имеет конструкцию, изображенную на рис. 2.50 с шагом зубцов 0,96 мм.

Неподвижное основание разбито бородками на эквидистантные квадраты в виде вафли. Бороздки заполнены немагнитным материалом для создания зубчатой поверхности, так что двигатель может плавать над или под поверхностью неподвижного основания на стабильной воздушной подушке.

Как показано на рис. 8.14, чертежная головка, масса которой 1,5 кг, прижимается к неподвижному основанию магнитной силой, но свободно перемещается из-за тонкой воздушной пленки толщиной 10 мкм. Воздух к поверхности подводится через четыре отверстия. Управление двигателем осуществляется по схеме с малым шагом; возбуждающий ток представляет собой 96-шаговую синусоидальную волну. Соответственно разрешение равно 960/96 = = 10 мкм. Эта схема без обратной связи, по положению ротора максимальные частота вращения и ускорение, которые можно достичь, равны соответственно 1 и 9,8 м/с2.

Для исключения эффектов осцилляции при управлении без обратной связи по положению ротора в головку встраивают три акселерометра. Они служат для обнаружения колебаний и ввода обратной связи на усилители инвертора (коммутатора) ШД для подавления нежелательных перемещений. Два акселерометра используют для определения ускорений в направлениях осей X и Y, а третий необходим для определения вращательных колебаний.

8.2.4. Перфоратор и считыватель ленты.

Использование ШД для управления звездочкой в перфораторе и считывателе ленты (рис. 8.16) упоминалось в гл. 2.

Рис 8.16. Устройство считывания с перфоленты.

В перфораторах со скоростью 100—200 линий в секунду для управления звездочками применяют ШД. Для низкоскоростных устройств используют храповой механизм. Скорость считывания с ленты изменяется в пределах от 200 до 500 линий в секунду.

Читайте также: