Наиболее заметными характеристиками производительности шагового двигателя являются точное позиционирование, хороший крутящий момент удержания и хорошие характеристики крутящего момента на низкой скорости. Но в некоторых случаях параметры применения требуют создания высокого крутящего момента на высоких скоростях, в то время как конструктивные или управляющие ограничения диктуют использование шагового двигателя. Хотя шаговые двигатели не отличаются способностью создавать высокий крутящий момент на высокой скорости, в некоторых случаях возможно достичь и того, и другого.
Вместе эти два свойства определяют электрическую постоянную времени двигателя (te), которая представляет собой время, необходимое для того, чтобы ток в обмотке достиг 63 процентов от его номинального (максимального) значения.
Когда частота импульсов напряжения, подаваемых на обмотки (и, следовательно, частота вращения двигателя), низкая, обмотки имеют достаточно времени для достижения номинального тока, и двигатель может генерировать свой номинальный крутящий момент. Но когда частота импульсов напряжения (частота вращения двигателя) высока, ток в обмотках не успевает достичь своего номинального значения, и выработка крутящего момента ставится под угрозу.
Другим фактором, ограничивающим создание крутящего момента шагового двигателя на высокой скорости, является скорость нарастания тока в обмотках (dI/dt), которая прямо пропорциональна приложенному напряжению (V) и обратно пропорциональна индуктивности двигателя (L).
Для повышения скорости нарастания тока необходимо либо снизить индуктивность обмоток (L), либо увеличить приложенное напряжение (В).
Снижение индуктивности обмотки требует изменения конструкции двигателя и/или методов его изготовления. Действительно, некоторые производители внесли изменения в конструкцию и производственные процессы своих двигателей и теперь предлагают шаговые двигатели с более высокими характеристиками крутящего момента по сравнению с традиционными конструкциями. Примеры этих изменений включают усовершенствованные магнитные конструкции, которые увеличивают поток между ротором и статором, увеличивают количество пар полюсов в двигателе и увеличивают плотность обмотки.
Но для машиностроителей и конечных пользователей производство крутящего момента для данного шагового двигателя часто может быть улучшено с помощью привода измельчителя.
Уменьшение напряжения привода обеспечивает лучшие характеристики крутящего момента и скорости
Производительность шагового двигателя
Обеспечение более высокого напряжения на обмотках двигателя эффективно выталкивает кривую крутящего момента “наружу”, что приводит к увеличению крутящего момента при более высоких скоростях.
Кредит изображения: PBC Linear
Приводы измельчителей подают на двигатель высокое напряжение (часто в восемь раз превышающее номинальное напряжение), что, согласно закону Ома (ток = напряжение ÷ сопротивление), приводит к увеличению тока через обмотки.
производительность шагового двигателя
Когда привод обнаруживает, что ток достиг заданного значения, источник напряжения отключается или “отключается”. И когда ток падает ниже определенного уровня, источник высокого напряжения снова включается.
Этот метод отключения напряжения также улучшает скорость нарастания тока (dI/dt). Таким образом, увеличивая управляющее напряжение, обмотки могут достигать более высокого уровня тока — даже при высокой частоте импульсов, что означает, что при более высокой скорости создается больший крутящий момент.
Приводы измельчителей иногда называют приводами постоянного тока, потому что они производят (относительно) постоянный ток в обмотках, а не традиционный способ подачи постоянного напряжения на двигатель. Этот метод “прерывания” тока также позволяет осуществлять микрошаговое управление шаговыми двигателями.
Производительность шагового двигателя
Кривая крутящего момента на валу двигателя показывает максимум, который может быть получен в диапазоне рабочих скоростей. Если двигатель работает вне (выше) кривой максимального крутящего момента синхронной машины, он может уйти в срыв
Почему у шаговых двигателей возникают проблемы с созданием высокого крутящего момента на высоких скоростях?
Для данной конструкции шагового двигателя создание крутящего момента в первую очередь зависит от тока, проходящего через обмотки двигателя — чем выше ток, тем больший крутящий момент производит двигатель. Но обмотки двигателя обладают двумя свойствами, которые ограничивают ток и, следовательно, выработку крутящего момента. Первая-это индуктивность (L), которая заставляет обмотку сопротивляться любому изменению тока, проходящего через нее. Другим является сопротивление (R), которое ограничивает максимальное количество тока, которое может передаваться обмоткой.Вместе эти два свойства определяют электрическую постоянную времени двигателя (te), которая представляет собой время, необходимое для того, чтобы ток в обмотке достиг 63 процентов от его номинального (максимального) значения.
Когда частота импульсов напряжения, подаваемых на обмотки (и, следовательно, частота вращения двигателя), низкая, обмотки имеют достаточно времени для достижения номинального тока, и двигатель может генерировать свой номинальный крутящий момент. Но когда частота импульсов напряжения (частота вращения двигателя) высока, ток в обмотках не успевает достичь своего номинального значения, и выработка крутящего момента ставится под угрозу.
Другим фактором, ограничивающим создание крутящего момента шагового двигателя на высокой скорости, является скорость нарастания тока в обмотках (dI/dt), которая прямо пропорциональна приложенному напряжению (V) и обратно пропорциональна индуктивности двигателя (L).
Для повышения скорости нарастания тока необходимо либо снизить индуктивность обмоток (L), либо увеличить приложенное напряжение (В).
Снижение индуктивности обмотки требует изменения конструкции двигателя и/или методов его изготовления. Действительно, некоторые производители внесли изменения в конструкцию и производственные процессы своих двигателей и теперь предлагают шаговые двигатели с более высокими характеристиками крутящего момента по сравнению с традиционными конструкциями. Примеры этих изменений включают усовершенствованные магнитные конструкции, которые увеличивают поток между ротором и статором, увеличивают количество пар полюсов в двигателе и увеличивают плотность обмотки.
Но для машиностроителей и конечных пользователей производство крутящего момента для данного шагового двигателя часто может быть улучшено с помощью привода измельчителя.
Уменьшение напряжения привода обеспечивает лучшие характеристики крутящего момента и скорости
Производительность шагового двигателя
Обеспечение более высокого напряжения на обмотках двигателя эффективно выталкивает кривую крутящего момента “наружу”, что приводит к увеличению крутящего момента при более высоких скоростях.
Кредит изображения: PBC Linear
Приводы измельчителей подают на двигатель высокое напряжение (часто в восемь раз превышающее номинальное напряжение), что, согласно закону Ома (ток = напряжение ÷ сопротивление), приводит к увеличению тока через обмотки.
производительность шагового двигателя
Когда привод обнаруживает, что ток достиг заданного значения, источник напряжения отключается или “отключается”. И когда ток падает ниже определенного уровня, источник высокого напряжения снова включается.
Этот метод отключения напряжения также улучшает скорость нарастания тока (dI/dt). Таким образом, увеличивая управляющее напряжение, обмотки могут достигать более высокого уровня тока — даже при высокой частоте импульсов, что означает, что при более высокой скорости создается больший крутящий момент.
Приводы измельчителей иногда называют приводами постоянного тока, потому что они производят (относительно) постоянный ток в обмотках, а не традиционный способ подачи постоянного напряжения на двигатель. Этот метод “прерывания” тока также позволяет осуществлять микрошаговое управление шаговыми двигателями.