Шаговые двигатели можно встретить во всех типах копиров, МФУ, принтеров, в факсах, сканерах, кассовых аппаратах и т. д. . Рассмотрим режимы работы этих двигателей. В технике, особенно в устройствах, перечисленных выше, наибольшее применение нашли четырехфазные двигатели. Такие двигатели могут иметь разное количество обмоток возбуждения на статоре (2, 4, 8, 12) намотанные самым различным образом, но все эти обмотки соединяются в две или четыре фазы. Поэтому, с точки зрения проверки двигателя, мы должны "прозвонить" две или четыре обмотки.
Сопротивления фаз двигателя составляет обычно от нескольких Ом до нескольких десятков Ом. В подавляющем большинстве случаев эквивалентную схему обмоток двигателя можно представить тремя способами. Первый способ заключается в том, что все четыре фазы имеют общую точку в которую, обычно, подается питающее напряжение, а переключение фаз осуществляется ключевыми транзисторами, которые при замыкании обеспечивают протекание тока на "корпус" (рис. 1). Второй способ подразумевает парное соединение фаз, т.е. каждые две фазы имеют общую точку и не связаны с другими двумя фазами (рис.2).
Рис. 1.
Рис. 2.
Рис. 3.
Третий способ заключается в парном включении двух фаз, причем они включаются параллельно (рис. 3.). В этом случае при "прозвонке" можно определить, фактически, только две фазы. Фазы различаются направлением протекающего тока возбуждения. Если в первых двух случаях ток через фазы протекал только в одном направлении, то в последнем варианте ток будет уже двунаправленным.
При управлении двигателем можно различить три основных режима:
- режим волнового управления (Wave Drive);
- режим полного шага (Full Step);
- режим полушага (Half Step).
Первый из перечисленных режимов используется крайне редко для управления двигателями в устройствах оргтехники, несмотря на свою простоту. Чаще всего применяются второй и третий способ, позволяющие более точно управлять двигателем. Эти способы характеризуются тем, что для совершения шага необходимо обеспечивать протекание тока возбуждения одновременно через две фазы. Протекание тока через одну фазу приводит к тому, что ротор стоит и находится в режиме удержания.
Скорость вращения двигателя определяется частотой переключения управляющих транзисторов, т.е. частотой сигналов от схемы управления двигателем (драйвера двигателя). Кроме того, скорость двигателя в определенной степени зависит от значения тока возбуждения обмоток, т.е. от уровня питающего напряжения. Направление вращения ротора задается порядком формирования управляющих импульсов. Ротор может вращаться в любом направлении. Например, если обмотки подключать в таком порядке: W1+W2, W2+W3, W3+W4, W4+W1 и т.д., то ротор будет вращаться по часовой стрелке, я если в порядке: W1+W4, W4+W3, W3+W2, W2+W1 и т.д., то ротор вращается против часовой стрелки. Теперь несколько подробнее о режимах управления двигателем.
Режим полного шага (Full Step), или как его еще называют - режим четырехтактной коммутации. В этом режиме двигатель делает шаг только в том случае, если протекает ток через две фазы одновременно, однако эти фазы не должны быть парными. Режим полного шага позволяет обеспечить высокую скорость вращения ротора и применяется обычно при быстрых перемещениях устройств, приводимых в действие таким двигателем. Например, такой режим используется для управления шаговым двигателем подачи бумаги в принтерах, шаговым двигателем каретки в матричных принтерах при печати в черновых режимах и т.д. Алгоритм управления двигателем в режиме полного шага можно видеть в табл. 1. Анализ таблицы показывает, что в каждый момент времени двигатель делает шаг, т.е. "запитаны" две "соседние" обмотки. Временные диаграммы управляющих сигналов - на рис. 4.
Таблица 1
Рис. 4.
Режим полушага (Half Step), или как его еще называют - режим восьмитактной коммутации. В этом случае двигатель поочередно делает шаг и находится в режиме удержания, т.е. алгоритм работы можно представить в виде: шаг - остановка - шаг - остановка - и т.д. Таким образом, в двигателе ток возбуждения поочередно протекает то через две фазы одновременно, то через одну. В этом случае также, как и в предыдущем, двигатель делает шаг только тогда, когда ток протекает через две обмотки, которые не должны быть парными. При остановке ток протекает только через одну фазу, которая в этот момент становится обмоткой удержания и фиксирует положение ротора. Режим полного шага используется при более низких скоростях перемещения устройств. Кроме того, за счет более низкой скорости этот режим позволяет более точно позиционировать приводное устройство. Примером применения такого управления может служить работа шагового двигателя каретки в матричном принтере при печати в качественном режиме (NLQ). Алгоритм управления двигателем в режиме полушага приводится в табл. 2, а временные диаграммы - на рис. 5.
Рис. 5.
Версия сайта для слабовидящих