Принцип действия и особенности конструкции шаговых двигателей

Встретить шаговый двигатель можно не только в настенных часах или станке ЧПУ. Этот тип электромоторов давно и успешно используется в различных системах точного позиционирования. А ещё в дисководах, сканерах и принтерах, которые стоят в библиотеках, кабинетах и офисах по всему миру.

Но как он работает? В чём его принципиальное отличие от аналогичных агрегатов? И что нужно учесть, если вы планируете собрать токарный или фрезерный станок на основе шагового механизма?

Как работает шаговый двигатель?

Принцип действия этого устройства довольно прост. Электрическая энергия преобразуется в механическую с помощью вращения ротора. Процесс запускается после подачи напряжения в одну из обмоток статора. Последовательная активация элементов обеспечивает движение роторной конструкции, но не непрерывное, а фиксированное (шаговое). Один шаг — часть полного оборота вокруг оси.

Схему работы шагового двигателя определяет контроллер шд. Он отвечает за точность позиционирования вала, а также его скорость и направление движения. Контроллеры могут быть как программируемыми, настроенными на работу по заложенному заранее алгоритму, так и ручными. В последнем случае управление осуществляется с помощью протоколов обмена промышленных интерфейсов RS-232, RS-485 и т. д.

Виды шаговых двигателей

Классификация шаговых механизмов производится с учётом конструкционных особенностей различных модификаций агрегатов. Выделяют три основных типа:

• на постоянных магнитах. Ротор производится из магнитотвёрдых материалов. Двигатель отличается низкой ценой, простотой и надёжностью;
• реактивные. Производятся на роторах из магнитомягкого материала. Могут редуцировать роторную частоту, благодаря чему значительно сокращается градус одного шага;
• гибридные. Сочетают в себе достоинства реактивных моторов и устройств на постоянных магнитах. Для настройки и управления используется интегрируемый драйвер.

Главное преимущество шаговых агрегатов — высокая точность. Ротор поворачивается строго на определённое количество градусов, после чего фиксируется в новом положении. Причём стоят такие двигатели в 1,5–2 раза дешевле, чем сервоприводы. Если не превышать уровень нагрузок на вал, установленный производителем, можно минимизировать вероятность проскальзывания. И использовать шаговые устройства в качестве доступной по цене альтернативы сервоприводных систем.