Шаговые двигатели (подробный разбор 4 типов)

Общие сведения:

Шаговый двигатель — это бесколлекторный двигатель, ротор которого вращается не плавно, а шагами (дискретно). Полный оборот ротора состоит из нескольких шагов. Меняя форму сигнала, количество импульсов, их длительность и фазовый сдвиг, можно задавать скорость вращения, направление вращения и количество оборотов ротора двигателя.

Шаговые двигатели состоят из ротора (подвижная часть) и статора (неподвижная часть). На статоре устанавливают электромагниты, а части ротора взаимодействующие с электромагнитами выполняются из магнитотвердого (двигатель с постоянными магнитами) или магнитомягкого (реактивный двигатель) материала.

Виды шаговых двигателей по типу ротора:

По типу ротора, шаговые двигатели делятся на: двигатели с постоянными магнитами, реактивные двигатели и гибридные двигатели.

• Двигатель с постоянными магнитами (ротор из магнитотвердого материала). На роторе установлен один, или несколько, постоянных магнитов. Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества постоянных магнитов на роторе, и количества электромагнитов на статоре. Обычно в одном обороте от 4 до 48 шагов (один шаг от 7,5° до 90°).
• Реактивный двигатель (ротор из магнитомягкого материала). Еще такие двигатели называют двигателями с переменным магнитным сопротивлением. Ротор не имеет постоянных магнитов, он выполнен из магнитомягкого материала в виде многоконечной звезды. Данные двигатели встречаются редко, так как у них наименьший крутящий момент, по сравнению с остальными, при тех же размерах. Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества зубцов на звезде ротора, и количества электромагнитов на статоре. Обычно в одном обороте от 24 до 72 шагов (один шаг от 5° до 15°.)
• Гибридный двигатель (совмещает технологии двух предыдущих двигателей). Ротор выполнен из магнитотвердого материала (как у двигателя с постоянными магнитами), но имеет форму многоконечной звезды (как у реактивного двигателя).
  Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества постоянных магнитов на звезде ротора, и количества электромагнитов на статоре. Количество шагов в одном обороте таких двигателей может доходить до 400 (один шаг от 0,9°).

Какой тип шагового двигателя у меня?

Если вручную покрутить ротор отключённого двигателя, то можно заметить, что он движется не плавно, а шагами. После того, как Вы покрутили ротор, замкните все провода двигателя и покрутите ротор повторно. Если ротор крутится также, значит у Вас реактивный двигатель. Если для вращения ротора требуется прикладывать больше усилий, значит у вас двигатель с постоянными магнитами или гибридный. Отличить двигатель с постоянными магнитами от гибридного можно подсчитав количество шагов в одном обороте. Для этого не обязательно считать все шаги, достаточно примерно понять, их меньше 50 или больше. Если меньше, значит у Вас двигатель с постоянными магнитами, а если больше, значит у Вас гибридный двигатель.

Виды шаговых двигателей по типу соединения электромагнитов статора:

По типу соединения электромагнитов, шаговые двигатели делятся на: униполярные и биполярные.

На рисунке представлено упрощённое, схематическое, представление обмоток.
На самом деле, каждая обмотка состоит из нескольких обмоток электромагнитов, соединённых последовательно или параллельно

• Биполярный двигатель имеет 4 вывода. Выводы A и A питают обмотку AA, выводы B и B питают обмотку BB. Для включения электромагнита, на выводы обмотки необходимо подать разность потенциалов (два разных уровня), поэтому двигатель называется биполярным. Направление магнитного поля зависит от полярности потенциалов на выводах.
• Униполярный двигатель имеет 5 выводов. Центральные точки его обмоток соединены между собой и являются общим (пятым) выводом, который, обычно, подключают к GND. Для включения электромагнита, достаточно подать положительный потенциал на один из выводов обмотки, поэтому двигатель называется униполярным. Направление магнитного поля зависит от того, на какой именно вывод обмотки подан положительный потенциал.
• 6-выводной двигатель имеет ответвление от центральных точек обмоток, но обмотка AA не соединена с обмоткой BB. Если не использовать выводы центральных точек обмоток, то двигатель будет биполярным, а если эти выводы соединить и подключить к GND, то двигатель будет униполярным.
• 8-выводной двигатель является наиболее гибким в плане подключения электромагнитов. Данный двигатель можно не только использовать как биполярный или униполярный, но и самим определять, как соединить электромагниты обмоток, последовательно или параллельно.

Какой тип шагового двигателя у меня?

Если у Вашего двигателя 4 вывода, значит он биполярный. Если у Вашего двигателя 5 выводов, значит он униполярный. Но если у Вашего двигателя 6 и более выводов, то это не значит что некоторые из них являются центральными выводами катушек электромагнитов. Дело в том, что есть двигатели, некоторые выводы которых (обычно крайние), электрически замкнуты, так биполярный двигатель может иметь 6 выводов. Точно определить тип соединений, для двигателей с 6 и более выводами, можно только измеряя сопротивление между выводами.

Режимы работы шаговых двигателей:

Для работы шагового двигателя (вне зависимости от его вида) можно выбрать один из трех режимов работы:
• Полношаговый режим — ротор поворачивается на 1 шаг за 1 такт.
• Полушаговый режим — ротор поворачивается на ½ шага за 1 такт.
• Микрошаговый режим — ротор поворачивается на ¼, ⅛ и т.д. шагов за 1 такт.

Ниже рассмотрены режимы работы, на примере биполярного двигателя с постоянным магнитом и полным шагом 90°.

Полношаговый режим (одна фаза на полный шаг). Номинальные значения шагового двигателя указываются именно для этого режима.

Полношаговый режим (две фазы на полный шаг). Этот режим позволяет увеличить крутящий момент почти в половину от номинального.

Полушаговый режим. Этот режим позволяет увеличить количество шагов в полном обороте в два раза, при незначительном уменьшении крутящего момента.

Микрошаговый режим. Этот режим является наиболее распространённым, он позволяет увеличить количество шагов в полном обороте в четыре раза, благодаря неравномерному распределению токов в обмотках. Снижение токов можно достичь снижением напряжения (как показано на картинке) или подавать полное напряжение через подключаемую внешнюю нагрузку.

Если подавать уровни не «0» — «½» — «1» (как на картинке), а «0» — «¼» — «½» — «¾» — «1», то количество шагов в полном обороте увеличится не в 4 раза, а в 8 раз. Можно увеличить количество шагов в 16, 32, 64 раза и т.д., а если заменить дискретные уровни сигналов на синусоиды, то мотор будет вращаться плавно (без шагов).

Режимы пониженного энергопотребления — доступны только для 8-выводных двигателей. Эти режимы отличаются от обычных тем, что используют только половину фазы (половину электромагнитов). Данные режимы используются редко, так как они значительно снижают крутящий момент двигателя.

Пример работы шаговых двигателей с разными видами роторов:

Подключение шаговых двигателей к Arduino:

Электромоторы нельзя подключать к выводам Arduino напрямую, так как они потребляют значительные токи, шаговые двигатели не являются исключением, поэтому их подключают через драйверы.

Большинство драйверов работают либо с биполярными двигателями, либо с униполярными.

• Биполярный двигатель можно подключить только к драйверу биполярных двигателей.
• 6-выводной двигатель можно подключить к любому драйверу. Если не использовать выводы центральных точек обмоток, то двигатель будет биполярным, а если эти выводы соединить и подключить к GND, то двигатель будет униполярным.
• 8-выводной двигатель является наиболее гибким в плане подключения. Данный двигатель можно не только использовать как биполярный или униполярный, но и самим определять, как соединить электромагниты обмоток внутри двигателя, последовательно или параллельно.
• Униполярный двигатель, при необходимости, можно подключить и к драйверу биполярного двигателя по простой схеме из нескольких диодов (лучше использовать диоды Шоттки), но такое подключение гарантирует корректность работы униполярного двигателя только в полношаговом режиме.

Драйверы делятся на две категории:

• Повторяющие форму сигналов. Этот тип драйверов не формирует импульсы, а лишь повторяет их форму для управления двигателем. Формирование импульсов отводится микроконтроллерам (например Arduino). К этой категории относятся такие драйверы как MotorShield на базе чипа L298.
• Формирующие сигналы управления. Используя данный тип драйверов, можно обойтись без микроконтроллеров, так как для их работы достаточно подать меандр и выбрать режимы работы.
  К этой категории относятся такие драйверы как например A4988.

Типы шаговых двигателей — обзор

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

Теоретически, шаговый двигатель очень прост. В нем нет щеток или контактных колец. В целом — это синхронный шаговый 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:

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.

купить шаговый двигатель

купить блок управления шаговым двигателем

Существуют три типа шаговых двигателей:

• с переменным магнитным сопротивлением
• с постоянными магнитами
• гибридные

В двигателях с переменным магнитным сопротивлением не используются постоянные магниты.

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.

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.

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.

Дополнительные рекомендации по выбору шагового двигателя здесь.

Типы авиационных двигателей

Назад ко всем сообщениям в блоге

Четверг, 9 февраля 2023 г.

Авиационные двигатели — это бьющееся сердце авиации, позволяющее самолетам всех типов парить в небе и летать в дальние страны. С момента зарождения полетов с двигателями более 100 лет назад самолеты и их двигатели становились все более сложными и мощными. От первых типов поршневых двигателей до современных газотурбинных двигателей, которые используются в современных самолетах, двигатели прошли долгий путь в своем развитии. Обывателя может отпугнуть разнообразие различных типов авиационных двигателей. Однако разобраться в типах авиационных двигателей проще, чем вы думаете. В этой статье будут рассмотрены пять наиболее распространенных типов авиационных двигателей и их применение.

В этой статье

---

• Поршневой двигатель
• Турбовинтовой двигатель
• Турбореактивный двигатель
• Турбовентиляторный двигатель
• Турбовальный двигатель

1.

Поршневой двигатель

Первые типы двигателей для самолетов были основаны на двигателях внутреннего сгорания, которые затем крепились к воздушному винту. В течение 40 лет после первого полета братьев Райт на Китти-Хок самолеты использовали исключительно поршневые винтовые двигатели для создания тяги. Технология двигателя и гребного винта (и мощность) значительно улучшилась за прошедшие годы, но сегодняшние типы поршневых двигателей работают почти так же.

В целом поршневой двигатель работает так же, как обычный автомобильный двигатель. Забирая воздух из окружающей среды и смешивая его с топливом, эти типы авиационных двигателей работают, сжигая топливо для производства нагретых выхлопных газов, которые приводят в движение поршень, прикрепленный к коленчатому валу. Но в то время как автомобильная трансмиссия использует коленчатый вал для вращения колес автомобиля, коленчатый вал поршневого гребного двигателя напрямую соединен с одним или несколькими гребными винтами.

Примечательно, что большинство сегодняшних малых самолетов общей авиации и частных самолетов по-прежнему оснащаются поршневыми двигателями таких производителей, как Lycoming и Continental® . Эти типы авиационных двигателей являются одними из самых эффективных при соответствующей выходной мощности, а их покупка и эксплуатация дешевле. Однако чем больше вы идете, тем менее эффективными они становятся.

2. Турбовинтовой двигатель

В большинстве крупных самолетов с пропеллером используется турбинный двигатель. Разработка этих типов двигателей началась в 1930-х годов, и они были введены в коммерческую авиацию после Второй мировой войны в конце 1940-х и 1950-х годах.

Турбовинтовой двигатель представляет собой газотурбинный двигатель, который напрямую соединяется с зубчатой ​​передачей для вращения гребного винта, подобно традиционному поршневому гребному двигателю . Турбовинтовой двигатель по-прежнему работает по принципу сжигания топлива с воздухом, но поступающий воздух сжимается перед сгоранием, что приводит к более высоким температурам и гораздо большей мощности. Эти типы двигателей для самолетов также стандартно поставляются с коробкой передач, которая замедляет вращающийся карданный вал для правильного привода воздушного винта.

Турбовинтовые двигатели очень экономичны и вращаются со средней скоростью, обычно в диапазоне от 250 до 400 узлов . С этим типом авиационного двигателя вы обнаружите наибольшую эффективность на средних высотах. Однако известно, что их системы передач быстро выходят из строя из-за их веса, что также влияет на более ограниченную скорость полета вперед.

3. Турбореактивный двигатель

Турбореактивный двигатель был первым когда-либо разработанным реактивным двигателем . Эти типы авиационных двигателей использовались исключительно для самых ранних реактивных самолетов, включая De Havilland Comet и Boeing 707.

Турбореактивный двигатель работает аналогично турбовинтовому. Он берет воздух с задней стороны двигателя, чтобы сжать его и смешать с топливом, производя горячий выхлоп. Затем выхлоп приводит в действие турбину (которая также приводит в действие компрессор) и выбрасывается под давлением, вдвое превышающим атмосферное. Типы турбореактивных двигателей генерируют газовые потоки, которые создают тягу и движение.

Сегодня турбореактивный двигатель используется в коммерческих самолетах и ​​частных самолетах. Однако по сравнению с ТРД ТРД считаются гораздо менее эффективными . Относительно простая конструкция этих типов авиационных двигателей занимает очень мало места и способна приводить в движение самолеты на очень высоких скоростях. Однако большим недостатком является большой расход топлива, который требуется турбореактивному двигателю.

4. Турбовентиляторный двигатель

Турбовинтовые и турбореактивные двигатели лидируют в коммерческих и частных самолетах, но стремление к еще большей эффективности в авиационной отрасли поддерживает эту область в постоянном развитии. Турбовентиляторные двигатели сочетают в себе лучшие характеристики турбовинтовых и турбореактивных двигателей, чтобы создать нечто лучшее .

Турбовентиляторный двигатель имеет массивные вентиляторы, используемые для еще лучшего всасывания воздуха. Весь воздух, производимый этими вентиляторами, поступает во впускное отверстие и проходит через генератор для производства горячего воздуха. Генератор состоит из турбины, камеры сгорания и компрессора. Только небольшой процент воздуха, проходящего через турбовентиляторный двигатель, достигает камеры сгорания. Остальное проходит через компрессор низкого давления, смешивается с топливом и впрыскивается непосредственно в двигатель. Целью турбовентиляторного двигателя является достижение более высокого уровня тяги и производительности при сохранении того же уровня расхода топлива.

Турбовентиляторный двигатель может создавать большую тягу, оставаясь при этом относительно тихим, даже на низких скоростях . По этим причинам этот тип авиационного двигателя используется в подавляющем большинстве коммерческих авиалайнеров.

5. Турбовальный двигатель

Наиболее часто используемый в вертолетах турбовальный двигатель очень близок к турбовинтовому с небольшими конструктивными изменениями . Турбовальные двигатели предназначены не для пропеллера, а для вращения трансмиссии, которая, в свою очередь, связана с роторной системой вертолета.

Конструкция турбовального двигателя позволяет скорости вращения несущего винта вертолета независимо от скорости газогенератора. Это означает, что даже при снижении скорости газогенератора тип авиационного двигателя может оставаться постоянным. Турбовальный двигатель также может модулировать мощность, производимую вертолетом.

Самыми большими преимуществами этих типов авиационных двигателей являются их малые размеры, малый вес и высокие статические характеристики, позволяющие им подниматься на чрезвычайно большие высоты .

Найдите лучшие авиационные двигатели общего назначения в Air Power Inc.

Поршневые и газотурбинные двигатели прошли долгий путь за последние 100 лет. Как и большинство вещей в авиации, все различные типы авиационных двигателей состоят из уникальных характеристик, которые служат для достижения их предполагаемой цели.

Когда речь идет о самолетах авиации общего назначения, поршневые двигатели по-прежнему являются наиболее надежным и эффективным выбором для пилотов . Если вы хотите заменить или отремонтировать изношенный авиационный двигатель, обратитесь в компанию Air Power Inc. Мы предлагаем широкий выбор поршневых винтовых двигателей с самыми высокими характеристиками, идеально подходящих для уникальных характеристик вашей марки и модели. Являясь крупнейшим мировым дистрибьютором двигателей Lycoming и предпочтительным поставщиком авиационных двигателей Continental®, мы обязательно предложим то, что вам нужно, по цене, которую вы не сможете превзойти.

Если у вас есть вопросы о том, какой тип двигателя лучше всего подходит для вашего самолета, обращайтесь к нам в любое время. Мы будем более чем рады помочь.

Купить все авиадвигатели

31 марта 2022 г.

Зачем устанавливать новый пропеллер McCauley на свой Beechcraft King Air B300?

Компания McCauley Propeller Systems получила международное признание за качество, которое она обеспечивала авиационной промышленности более 80 лет.

15 ДЕКАБРЯ 2021

Основные преимущества финансирования покупки авиационных двигателей

Если в ваши деловые обязанности входит обеспечение владельцев самолетов двигателями и деталями для них, вам необходимо сделать дополнительные инвестиции, чтобы всегда иметь под рукой необходимое оборудование.

30 декабря 2021 г.

Идеи по поиску и устранению неисправностей генератора переменного тока самолета

Генератор переменного тока самолета — это элемент оборудования, который служит основным поставщиком электроэнергии для всего самолета. Без исправно работающего генератора аккумулятор самолета не может заряжаться должным образом, и пилот может оставаться на земле до тех пор, пока проблема не будет решена.

Метки:

• газ
• ,
• реактивный
• ,
• поршень
• ,
• сжигание
• ,
• камера сгорания
• ,
• воздух
• ,
• авиация
• ,
• газотурбинные двигатели
• ,
• винтовые двигатели

Типы лодочных двигателей

Размеры лодочных двигателей

При выборе подходящего лодочного двигателя для вашего судна учитывайте размер и вес лодки и помните, что вес включает пассажиров, топливо и снаряжение. Хорошее эмпирическое правило — максимально приблизиться к максимальной мощности, на которую рассчитана ваша лодка.

Мощность лодочного двигателя

Что касается бензиновых двигателей (подвесных, с кормовым приводом или стационарных), то на рынке существует три различных типа систем подачи топлива. Каждая система подачи топлива уникальна, и каждая система имеет свои преимущества.

Прямой впрыск топлива

• Низкий уровень выбросов
• Отличная экономия топлива
• Мгновенный запуск под ключ
• Плавный холостой ход
• Уменьшенная пароизоляция в более теплом климате
• Автоматически подстраивается под высоту, температуру воздуха и воды
• Превосходная приемистость и мощность
• Доступны системы самодиагностики
• Герметичная топливная система (помогает исключить окисление топлива)

Электронный впрыск топлива (EFI)

• Равномерное распределение воздуха и топлива
• Превосходная приемистость и мощность
• Обычно отличная экономия топлива
• Холодный запуск двигателя
• Доступность систем самодиагностики
• Низкий уровень выбросов (особенно четырехтактный)

Карбюраторные топливные системы

• Самая низкая начальная стоимость
• Простой дизайн
• Выбросы выше, чем у системы EFI или DFI
• Плохая экономия топлива по сравнению с системой EFI или DFI

Типы лодочных двигателей

Лодочный двигатель является одним из важнейших компонентов судна. По этой причине важно иметь представление о различных доступных вариантах и ​​о том, какой лодочный двигатель подойдет для вашей рыбалки. Два основных фактора, которые следует учитывать, — это вес и мощность вашего двигателя. Это основные типы доступных двигателей.

Дизельные бортовые двигатели

Дизельные двигатели работают от сжатия. Их конструкция аналогична традиционному газовому двигателю с коленчатыми валами, цилиндрами и поршнями; однако топливные системы на дизельном двигателе совершенно другие и более сложные.

Дизельные двигатели различаются по размеру и мощности. Хотя они широко используются в других частях мира, в Соединенных Штатах их обычно можно найти на лодках размером более 35 футов. Основная причина, по которой дизельные двигатели не используются на небольших лодках, — это вес. В целом дизельный двигатель весит больше, чем бензиновый. Однако они используются на более крупных судах из-за их способности создавать крутящий момент.

• Отсутствие угарного газа в каютах или на задней части лодки
• Отличный крутящий момент
• Долгий срок службы
• Низкие эксплуатационные расходы
• Обычно работают на более низких оборотах, чем традиционные газовые двигатели
• Невзрывоопасное топливо

Газовые стационарные двигатели

Эти лодочные двигатели модифицированы для использования на море. Бензиновые бортовые двигатели имеют мощность от 90 до более 1000 лошадиных сил на двигатель и используются на различных лодках, от буксирных спортивных до больших крейсеров.

В конфигурации с внутренним двигателем двигатель расположен на миделе, привод проходит через днище лодки к гребному винту, а для управления используется отдельный руль направления. Трансмиссия часто используется для передачи мощности от двигателя к гребному винту. Выхлоп проходит через корму лодки. Внутренние борта являются обычным явлением для буксировки, таких как водные лыжи и вейкбординг, поскольку они позволяют выдвигать гребной винт вперед от задней части лодки, обеспечивая место для платформ, помогающих лыжникам входить и выходить из лодки.

• Простая система привода позволяет сократить объем технического обслуживания
• Нет средств для обрезки гребного винта
• Низкие эксплуатационные расходы
• Тихо и в стороне

Все большее число подвесных двигателей имеют четырехтактную конструкцию, но многие из них по-прежнему представляют собой обычные двухтактные двигатели, в которых наряду с топливом в качестве смазки используется масло. Двухтактные подвесные моторы с новой технологией представляют собой двигатели с непосредственным впрыском и сжигают топливо более чем на 75 % чище, чем обычные двухтактные подвесные моторы.

Рулевое управление лодок с подвесными двигателями осуществляется с помощью румпеля или штурвала, который поворачивает весь двигатель для управления тягой гребного винта. Подвесные двигатели имеют большую мощность на фунт веса, чем стационарные двигатели.

Двигатель вращает карданный вал, проходящий через днище корпуса и прикрепленный к гребному винту на другом конце.