Питание и управление шаговыми двигателями

Шаговые двигатели применяются для привода высокоточных систем в промышленности. Если обычный электромотор может работать от трехфазной сети, через минимальный комплект защитных устройств, то для шагового обязательно требуется контроллер. Промышленностью выпускаются готовые варианты таких контроллеров. Диапазон мощности — от нескольких милливатт, то нескольких киловатт. Самый ходовые варианты находятся в пределах 10 – 1000 Вт.

Схема питания

Общий принцип работы шагового двигателя не отличается от обычного трехфазного мотора. Методом управления фазами (с задержкой относительно друг друга и изменением амплитуды) можно управлять скоростью и мощностью в широких пределах. По такой же схеме работает и шаговый двигатель, только для повышения точности число полюсов у него увеличено. Контроллер ШД должен выдавать выходной ток в соответствии с числом фаз мотора. Три, это минимальное число, но при нем точность угловой установки ротора будет небольшой. Интересно, что понижающие редукторы ее увеличивают кратно своему передаточному числу.

Аппаратная реализация контроллеров

Контроллер шагового двигателя представляет собой доработанный частотный преобразователь, который используется для питания обычных трехфазных моторов. Его основная схема и компоновка такая же, плюс имеется система обратной связи.

Датчики для обратной связи

1. Для оценки нагрузки на мотор применяется муфта с динамометрическим датчиком.
2. Для углового положения вала и скорости вращения — энкодер (механический или оптический).
3. Для оценки температуры работы — полупроводниковый термодатчик.

Этих трех типов датчиков вполне хватает для того, чтобы система питания имела все данные о том, в каких условиях и под какой нагрузкой эксплуатируется электродвигатель. Если на обычный мотор напряжение подается постоянно, вне зависимости от его нагрузки, то на шаговый двигатель — только столько, сколько требуется для преодоления имеющейся в данный момент нагрузки.

Технически контроллер имеет унифицированную микросхему частотного преобразователя с выходными транзисторными каскадами. Мощность зависит напрямую о них. Значительный прогресс в этой области появился только после того, как появились высокоэффективные сильноточные МОП-транзисторы. С ними можно достичь миниатюрности устройства и высокого ПКД. Контроллер часто выполняется как интегрированный драйвер питания, который ставится непосредственно на корпусе мотора.