Степпер чем полезен


какие мышцы работают, отзывы и результаты, эффективность

Любой человек, который хоть раз бывал в тренажерном зале, наверняка знает, что такое степпер. Это довольно популярный тренажер, с помощью которого можно накачать определенную группу мышц. Рассмотрим данное устройство более подробно, а именно: какие мышцы работают на степпер-тренажере, какие именно мышцы можно с его помощью подкачать. Также рассмотрим, какие бывают разновидности степперов, польза от работы на нем, помогает ли степпер похудеть, а также возможные противопоказания.

Современные реалии таковы, что человек крайне мало совершает пеших прогулок, чем это было несколько десятилетий назад. Объясняется это тем, что у многих людей в собственности есть автомобили, на которых они ездят не только по своим делам, но и в магазин за хлебом, поэтому человек в сидячем положении находится большую часть своего дня. Если в добавок к этому у него еще и офисная работа, которая подразумевает сидение за компьютером, то его образ жизни мало чем отличается от водителей-дальнобойщиков, совершающих многодневные рейсы, то польза от степпера очевидна.

Естественно, отсутствие необходимой нагрузки на ноги приводит к не самым приятным последствиям – у человека теряется стройность ног и ягодиц, что является очень важным, в первую очередь, для женщин. Но и мужчинам эта проблема знакома, ведь от такого образа жизни появляется лишний вес, от которого бывает достаточно сложно избавиться. Если до сих пор задаетесь вопросом относительно того, для чего нужен степпер, тогда следующая информация для вас.

Не только в эстетическом плане выражаются проблемы отсутствия необходимой нагрузки на двигательный аппарат. Такой образ жизни человека приводит к выраженным проблемам со здоровьем: артриты, остеохондрозы и другие заболевания суставов и костных тканей. Однако, не у каждого человека есть возможность на регулярной основе посещать спортивные залы, где бы можно было позаниматься собой. У кого-то элементарно нет денег, кто-то слишком занят для этих занятий и т.д. В таком случае, самым оптимальным решением будет покупка домашнего тренажера степпера, с помощью которого можно было восполнить пробелы в своей физической подготовке. А знаете сколько калорий сжигается на степпере? Обо всем по порядку!

Что такое степпер?

Для чего нужен тренажер степпер? Если говорить немного обобщенно, то степпер представляет собой шаговый кардиотренажер, который имитирует подъем человека по ступенькам. Знатоки английского знают, что «step» означает «шаг», поэтому здесь все логично. Данный тренажер восполняет тот недостаток нагрузки и движений, которые человек, в принципе, должен совершать каждодневно.

Какие мышцы работают на степпере?

Что касается мышц, на которые он оказывает свое воздействие, то это, в первую очередь, мышцы ягодиц и голеней, а также бедра. Вот и вам и ответ на вопрос относительно того, что тренирует степпер.

Степпер считается прекрасным средством для корректировки своего веса, поэтому многие приобретают именно как средство от лишних килограммов. Однако, сфера его применения намного шире, чем банальная борьба с ожирением.

Степпер – плюсы занятий

  • Степпер способствует укреплению стенок сосудов и сердечных мышц;
  • Улучшает дыхательную систему человека;
  • Польза степпера также заключается в том, что во время работы на тренажере работают не только мышцы ягодиц и бедер, но и мышцы пресса и спины.

Немаловажным преимуществом степпера является его крайне простая эксплуатация, не требующая особых навыков и подготовки. Оно довольно компактно, поэтому не займет много места в вашем доме. В зависимости от того, где именно данный тренажер будет находиться, приобретают определенную его разновидность, ведь при всей своей простоте устройства, они обладают некоторыми конструктивными и габаритными различиями. В зависимости от индивидуальных предпочтений можно подобрать степпер и посмотреть какие мышцы работают наиболее активно.

Типы степперов и их особенности

Выбираем тренажер степпер по габаритам? Степперы классифицируются как:

  • Стандартные степперы. Такие тренажеры отличаются более массивной конструкцией с поручнями, либо рычагами, с помощью которых нагрузка распределяется равномерно по всей спине.
  • Мини-вариант степпера. Данная конструкция более упрощенная, представляя собой устройство с педалями. Есть разновидности, где в комплекте идут эспандеры, которые также позволяют нагружать спину и руки.

Последний вариант считается оптимальным, если вы решили проводить тренировки дома. Он и стоить будет меньше, и места много не займет. Но есть и другие разновидности данных кардиотренажеров:

  • Классического типа. Эффективность степпера такого типа очевидна, ведь он в точности имитирует подъем по ступеням.
  • Балансировочные. Это устройство более сложное, ведь платформа совершает движение во время занятий, меняя тем самым центр тяжести. Таким образом, у человека работает большее количество мышц, включая пресс. Конечно, к нему нужно сначала адаптироваться, ведь поначалу будет непросто на нем заниматься, но результат того стоит. А сколько калорий сжигает степпер – это просто чудо!
  • Поворотного типа. Конструкция данного устройства позволяет хорошо нагружать спину человека во время занятий. Занятия на нем достаточно интенсивные, поэтому нужно быть готовым «попотеть». Какие мышцы качает степпер такого исполнения? Трапецивидные, ромбовидные и квадратные.

Различаются степперы и по конструктивным исполнениям. На сегодняшний день, различают несколько типов устройства: профессиональные, складные и автономные. Естественно, первый тип степпера предназначен для установки в тренажерных залах, поэтому их конструкция отличается наибольшей прочностью и габаритами. Автономные степперы могут работать на батарейках, поэтому их вполне можно использовать дома. То же самое относится и к складным степперам, но их прочность оставляет желать лучшего, поэтому об интенсивных тренировках можно забыть.

На этом различия не кончаются. Есть механический тип устройства, который более подходит для домашнего использования, и электромагнитный, предназначенный для установки в залах и фитнес-центрах. Принцип действия механических степперов достаточно прост: в его основе лежит гидравлика, т.е. человек давит на одну педаль, после чего цилиндр сжимается, а когда он начинает давить на другую – цилиндр разжимается. Что касается электромагнитных устройств, то они более технически сложные, включают в себя консольное управление с определенными функциями и программами тренировок.

Что полезного в использовании степпера?

Как и любой кардиотренажер, степпер оказывает благоприятное воздействие на организм человека. Что это такое для ваших тренировок:

  • Сжигание лишних килограммов, что является следствием интенсивных нагрузок.
  • Укрепление целой группы мышц: пресса, спины, ягодиц, бедер и т.д.
  • Укрепление сердечно-сосудистой системы.
  • Нормализация дыхания.
  • Улучшение координации у человека.
  • Общее укрепление защитных свойств организма и улучшение самочувствия.

Переоценить полезное воздействие данного тренажера довольно сложно, ведь регулярные тренировки на нем действительно приносят ощутимые результаты тем, кто борется с лишним весом. Также немаловажным преимуществом степпера является тот факт, что он не только помогает сжигать калории, но и придает телу красивый рельеф, поэтому он является действенным фитнес-средством. Тренажер степпер подскажет какие мышцы нуждаются в тренировке больше всего.

Кроме того, степпер помогает восстанавливаться после травм костей и позвоночника, что подтверждают многие специалисты и врачи.

Противопоказания к занятиям на степпере

Прежде чем приобретать степпер, необходимо проконсультироваться с лечащим врачом. Если он даст добро, то можете смело идти в магазин за покупкой, не боясь получения травм. Однако, степпер противопоказания довольно жесткие и их наличие является препятствием к занятиям:

  • Если у вас есть различные вывихи, растяжения или иные повреждения, которые еще не вылечены.
  • Серьезные заболевания печени, почек и сердца также являются строгим противопоказанием к занятиям на степпере.
  • Второй и третий триместр беременности.
  • Если у вас диагностирована третья степень артериальной гипертензии.
  • Декомпенсированный сахарный диабет – это острая форма диабета, когда лечение не помогает, либо вовсе отсутствует.

Также не следует заниматься на степпере, если вы простужены и у вас наблюдается повышенная температура тела. Это временное противопоказание, но этому тоже стоит уделять внимание. Кроме того, люди пожилого возраста должны сначала пройти консультацию своего врача, прежде чем приступать к тренировкам на этом тренажере.

Результаты занятий на степпер и отзывы о нем во многом зависят от правильного использования! Не пренебрегайте очевидными рекомендациями.

Некоторые особенности занятий на степпере и количество сжигаемых калорий

Занятия на степпере, как мы уже говорили, способствуют сжиганию лишних килограммов. Отзывы и противопоказания на данное устройство позволяют проанализировать все за и против и сделать свой выбор.

Степпер при интенсивной тренировке сжигает до 500 Ккал в час!

Что качает степпер и сколько сжигает калорий? С помощью него можно выполнять аэробные нагрузки, т.е. сжигать жировые отложения, укрепляя при этом мышцы сердца и сосуды, а также тренируя мышцы тела. При этом, если заниматься на этом тренажере со средней интенсивностью, то можно сжечь до 250 калорий за полчаса занятий.

Кстати, интенсивность занятий на степпере нужно повышать постепенно. Первые несколько месяцев не нужно излишне наращивать темп, иначе вы перенапряжете свои мышцы. Как советуют специалисты, заниматься на степпере нужно три раза в неделю, что в принципе является стандартной схемой тренировок для тренажерного зала. По крайней мере один день отдыха между занятиями должен быть.

Что касается ожидаемых результатов от занятий на степпере для похудения, то все зависит от регулярности тренировок, а также индивидуальных особенностей организма. Также важно, какие мышцы работают на степпере во время ваших занятий – если вы будете выбирать для себя более легкий вариант движения и постановки стопы, оберегая от нагрузок какие-либо из мышц, не ждите хороших результатов. Занятие должно быть максимально эффективным.

Как правило, первую неделю занятий организм будет еще адаптироваться к новым нагрузкам, поэтому ощутимых изменений ждать не стоит. В дальнейшем, как показывает практика, результаты будут более чем удачными – человек будет терять порядка трех килограммов в неделю.

Насколько точен микрошаг на самом деле?

Шаговые двигатели

делят полный оборот на сотни дискретных шагов, что делает их идеальными для точного управления движениями, будь то в автомобилях, роботах, 3D-принтерах или станках с ЧПУ. Большинство шаговых двигателей, которые вы встретите в проектах DIY, 3D-принтерах и небольших станках с ЧПУ, представляют собой двухполюсные двухфазные гибридные шаговые двигатели с 200 или - в варианте с высоким разрешением - с 400 шагами на оборот. В результате получается угол шага 1,8 °, соответственно 0.9 °.

Можете ли вы увеличить разрешение этого шагового двигателя?

В каком-то смысле шаги - это пиксели движения, и зачастую данного физического разрешения недостаточно. Жесткое переключение катушек шагового двигателя в полношаговый режим (волновой режим) заставляет двигатель перескакивать из одного положения шага в другое, что приводит к перерегулированию, пульсации крутящего момента и вибрациям. Кроме того, мы хотим увеличить разрешение шагового двигателя для более точного позиционирования. В современных драйверах шаговых двигателей используется микрошаг, метод вождения, который сжимает произвольное количество микрошагов на каждом полном шаге шагового двигателя, что заметно снижает вибрации и (предположительно) увеличивает разрешение и точность шагового двигателя.

С одной стороны, микрошаги - это действительно шаги, которые шаговый двигатель может физически выполнять даже под нагрузкой. С другой стороны, они обычно не повышают точность позиционирования шагового двигателя. Микрошаг обязательно вызовет путаницу. Эта статья посвящена тому, чтобы немного прояснить это, и, поскольку это очень зависит от драйвера, я также сравняю возможности микрошага обычно используемых драйверов двигателей A4988, DRV8825 и TB6560AHQ.

Микрошаг

Биполярный шаговый двигатель, символ

В гибридном шаговом двигателе драйвер двигателя с микрошаговым управлением регулирует ток в обмотках статора, чтобы установить ротор с постоянным магнитом в промежуточное положение между двумя последовательными полными шагами.Затем полный шаг делится на несколько микрошагов, и каждый микрошаг достигается двумя токами катушки.

Многие старые промышленные драйверы двигателей имеют только 4 микрошага (четвертьшаговый режим), но сегодня обычно встречаются 16, 32 и даже 256 микрошагов на полный шаг. Если раньше у нас был шаговый двигатель с 200 шагами на оборот, то теперь у нас есть 51 200 шагов на оборот. Теоретически.

Символьный пример шага на четверть биполярного шагового двигателя. Постепенные изменения тока и поля на каждом микрошаге приводят к тому, что ротор устанавливается в промежуточное положение.Ужасающе упрощенный.

На практике мы все еще имеем дело с драйверами с разомкнутым контуром, что означает, что драйвер мотора не знает точного углового положения вала мотора и не исправляет отклонения. Трение, собственный фиксирующий момент двигателя и, что самое поразительное, внешняя нагрузка, действующая на ротор, останутся незамеченными водителем. Не замыкая петлю через энкодер и более сложный специальный драйвер, лучшее, что мы можем предположить, это то, что двигатель будет где-то на ± 2 полных шага (да, это плохо) около своего целевого положения, которое является максимальным отклонением перед ротором. защелкивается в неправильном положении полного шага, что приводит к потере шага.

Приращение крутящего момента от одного микрошага к другому - регулируемое безжалостной тригонометрией - лишь часть динамического крутящего момента двигателя. Чтобы гарантировать, что вал двигателя действительно устанавливается в пределах +/- 1 микрошага, нам также необходимо соответственно снизить нагрузку. Превышение этого меньшего инкрементального крутящего момента не приведет к потере шага, но вызовет такую ​​же абсолютную ошибку позиционирования до ± 2 полных шагов. В таблице ниже показаны разрушительные отношения.

Микрошагов на полный шаг Инкрементный удерживающий момент за микрошаг
1 100%
2 70.71%
4 38,27%
8 19,51%
16 9,80%
32 4,91%
64 2,45%
128 1,23%
256 0,61%

Источник: Техническое примечание шагового двигателя: Microstepping Myths and Realities by Micromo

Хорошая новость заключается в том, что до тех пор, пока мы используем достаточно мощный привод двигателя, и если мы не превысим этот инкрементный крутящий момент, будь то из-за внешней нагрузки или внутренней инерции двигателя, это единственный теоретический предел для достижения микрошаговой точности позиционирования. - внутреннее трение двигателя и момент фиксации.Эти значения сильно зависят от типа двигателя, но, как правило, являются довольно низкими (почти незначительными) значениями. Например, двигатель, используемый в следующем испытании, рассчитан на фиксирующий момент 200 г / см. Это всего лишь 5% от удерживающего момента в 4000 г / см. Согласно приведенной выше таблице, этот двигатель должен обеспечивать точное позиционирование с точностью до 16 микрошагов на шаговый драйвер.

Итак, применима ли эта теория? И все ли драйверы микрошаговых двигателей обеспечивают одинаковую производительность с точки зрения точности позиционирования микрошагов? Недавно у меня была возможность протестировать несколько драйверов для одного проекта, и результаты меня весьма удивили.

Тестовая установка

Для испытательной установки я позаимствовал красную лазерную указку из своего ИК-термометра и прикрепил ее к двигателю с помощью 3D-печатного приспособления. Крепление для зеркала, напечатанное на 3D-принтере, прикрепляет первое поверхностное зеркало к валу двигателя и имеет два рычага длиной 100 мм каждый для нагружения двигателя заданной массой. Для испытания под нагрузкой я прикрепил к одному рычагу груз массой 100 г, в результате чего через рычаг был получен момент нагрузки 1000 г / см. Это четверть удерживающего момента двигателя, использованного в этом тесте: A Wantai 42BYGHW609 с 1.7 А на фазу, удерживающий момент 4000 г см и 200 шагов на оборот.

Испытательная установка без нагрузки, пар для потрясающих лазерных эффектов.

Испытательная установка с загрузкой 1000 г см.

Я установил двигатель в сборе на жесткий подоконник и расположил его так, чтобы точка лазерного указателя проецировалась через комнату на карманный правил, прикрепленный к противоположной стене, примерно в 6 метрах от него. Оптический рычаг увеличивает ступеньки для точных показаний. Первоначально я планировал просто записывать показания вручную, но затем быстро понял, что написание небольшого сценария обработки изображений Java для извлечения показаний из фотографий может быть выполнено за небольшую часть времени.Итак, к моей тестовой электронике - Arduino и RAMPS 1.4 - была подключена цифровая зеркальная камера, которая запускалась для получения показаний положения. Я определенно должен был направить лазер на чистую белую стену рядом с линейкой, но простой порог на красном канале хорошо справился с точным выделением ярко-красного лазерного пятна с линейки. По показаниям на линейке и расстоянию на стене я позже рассчитал угловое положение вала двигателя.

Угловое положение двигателя получается с помощью arctan (dy / dx) / 2

Отладочный вывод программы CV

Все драйверы шаговых двигателей были протестированы в их 16 микрошаговых режимах на полный шаг.Перед измерением шаговый двигатель был приведен в положение полной остановки, а зеркало было выровнено по лучу, перпендикулярному стене. Затем выполнялось 16 микрошагов в одном направлении с запуском камеры после каждого шага. После этого было выполнено 16 микрошагов в обратном направлении, в результате чего шаговый двигатель вернулся в исходное положение. Опять же, камера срабатывала после каждого шага. Измерение положения в обоих направлениях должно позволить мне составить представление о смягченном люфте двигателя (если он есть), но привело к более интересным выводам, чем ожидалось.Эта последовательность испытаний была выполнена для каждого водителя, как без нагрузки, так и с нагрузкой 1000 г см. Более сильные драйверы вызвали небольшой выброс во время нагрузочных тестов, поэтому им было дано время отдохнуть, прежде чем была сделана фотография.

Стоит отметить, что все следующие результаты получены для одного и того же двигателя и одного и того же физического шага двигателя для обеспечения сопоставимости. Ничего не усреднялось и не обрабатывалось иным образом, кроме расчета угла положения вала. Однако все тесты проводились несколько раз на разном оборудовании (т.е.е. та же микросхема драйвера, но разные коммутационные платы из разных источников), чтобы гарантировать корректность результатов. Даже необычные результаты (например, DRV8825) можно было воспроизвести на разных настройках. Имейте в виду, что следующие графики могут создавать ложное впечатление о непрерывных во времени измерениях. На самом деле они показывают серию дискретных измерений в точках на оси x, а только линейный график должен облегчить просмотр нелинейностей с первого взгляда.

Аллегро A4988

Allegro A4988 на коммутационной плате с шаговым драйвером, подобной Pololu, показал лучшие результаты как без нагрузки, так и под нагрузкой.Несмотря на то, что он выдает только 1 А на фазу, он обеспечивает очень линейные, равномерно распределенные микрошаги в ненагруженном тесте с небольшими, но воспроизводимыми отклонениями от идеального положения в пределах ± 1 микрошага. Интересно, что A4988 показывает наибольшее отклонение в положении полушага.

Шаги 1–16 в положительном направлении, шаги 17–32 - в отрицательном направлении.

Неудивительно, что положение вала заметно отклоняется под нагрузкой: более половины полного шага. Вот и мечта о бесконечном разрешении.Однако график также показывает, что положения полного шага не защищены от этого отклонения, даже если они поддерживаются небольшим крутящим моментом двигателя.

Texas Instruments DRV8825

Texas Instruments DRV8825 на коммутационной плате с шаговым драйвером, подобной Pololu, показал худшие результаты. Я повторил измерения несколько раз с разными коммутационными платами из разных источников, все они дали кривые, почти идентичные этой. Однако, поскольку драйвер способен обеспечивать более высокий ток 2.2 A относительно двигателя, он показывает значительно меньший прогиб под нагрузкой в ​​положениях полного и полушагового шагов.

Шаги с 1 по 16 в положительном направлении, шаги с 17 по 32 в отрицательном направлении.

Как загруженный, так и разгруженный, DRV8825 работает хорошо, пока не достигнет полутона. Затем он переходит почти к следующему положению полного шага за один микрошаг. В обратном направлении он снова работает хорошо, пока не достигнет полушага - на этот раз во второй половине полного шага - прежде чем он вернется в исходное положение полного шага.Такое поведение сложно объяснить. По крайней мере, недостатки в цепи измерения тока двигателя должны более равномерно влиять на позиционирование. Я уверен, что читатели Hackaday могут внести свой вклад в объяснение, подтверждение или опровержение такого поведения DRV8825 или, возможно, указать на недостатки в измерительной установке, которые могли стать причиной таких результатов.

Toshiba TB6560AHQ

Признаюсь, я не ожидал многого от дешевой красной платы драйвера ST6560T4 с четырьмя каналами драйверов двигателя Toshiba TB6560AHQ 3A, но это отличная ИС для драйвера, и она показала себя на удивление хорошо.Для этого теста драйверы были установлены на 2,25 А и достигли хорошей линейности на протяжении всей последовательности микрошагов с отклонением ± 2 микрошага в ненагруженном состоянии.

Шаги с 1 по 16 идут в положительном направлении, шаги с 17 по 32 - в отрицательном.

Однако в верхнем положении полного шага наблюдались воспроизводимые нелинейности, которые A4988 не демонстрировал, а поведение TB6560AHQ под нагрузкой заметно отличается от поведения в режиме ожидания. Также удивительно, что двигатель отклоняется под нагрузкой более чем на половину полного шага, поскольку более высокий ток должен увеличивать крутящий момент двигателя так же, как у DRV8825.

Заключение

Я надеюсь, что эта запись и результаты измерений помогут вам в принятии дизайнерских решений и при работе с этими очень распространенными драйверами. Я проводил эти тесты для довольно узкого приложения, и их не следует слишком обобщать. Хотя смею заключить следующее:

Шаговые двигатели

в более тяжелых станках, таких как фрезерные станки с ЧПУ, в которых используется микрошаговый режим с разомкнутым контуром, в основном выигрывают от пониженных вибраций и более низкой пульсации крутящего момента в микрошаговом режиме.Они не могут полагаться на микрошаг как средство повышения точности позиционирования (по крайней мере, без сохранения большого запаса крутящего момента), поскольку нагрузка может все же отклонить положение оси более чем на полный шаг.

Тем не менее, небольшие и легкие приложения с низкой нагрузкой и низким трением действительно могут прибегать к микрошагу как дешевому трюку, чтобы выжать большую точность из стандартного шагового двигателя. Даже с дешевым слаботочным приводом двигателя, если смотреть на очень хорошо работающий A4988, возможно точное угловое позиционирование, пока нагрузка остается низкой, в идеале в пределах увеличивающегося крутящего момента микрошага.

Как всегда, буду рад услышать ваши мысли, мнения и опыт по теме этой публикации. Что происходит с моими DRV8825? На какие драйверы шаговых двигателей вы полагаетесь чаще всего? Дайте нам знать об этом в комментариях!

.

советов по использованию степ-тренажера или степпера

Логотип Realbuzz Пропустить навигацию
  • Поиск
  • регистр Войти здесь
  • Переключить навигацию по сайту
  • регистр Войти здесь
  • испытаний Шоу
    • Проблемы по типу
    • Проблемы обучения
    • Простые задачи
    • Кумулятивные проблемы
    • Создать вызов
    • Повторяющийся вызов
.

Шаговые двигатели и приводы, что такое полный шаг, полушаг и микрошаг?

Полный шаг и полушаг

Шаговые приводы управляют тем, как работает шаговый двигатель, есть три обычно используемых режима возбуждения для шаговых двигателей: полный шаг, полушаг и микрошаг. Эти режимы возбуждения влияют как на рабочие характеристики, так и на крутящий момент двигателя.

Шаговый двигатель преобразует электронные сигналы в механическое движение каждый раз, когда на двигатель подается входящий импульс.Каждый импульс перемещает вал с фиксированными приращениями. Если шаговый двигатель имеет разрешение шага 1,8 °, то для того, чтобы вал совершил один полный оборот в режиме полного шага, шаговый двигатель должен получить 200 импульсов, 360 ° ÷ 1,8 = 200.

Есть два типа полноступенчатых режимов возбуждения.

При однофазном включении - полном шаге, рис. 1, двигатель работает только с одной фазой, находящейся под напряжением одновременно. Этот режим требует наименьшего количества энергии от драйвера из всех режимов возбуждения.

При двухфазном включении - полном шаге, рис. 2, двигатель работает с обеими фазами, запитанными одновременно. Этот режим обеспечивает улучшенные характеристики крутящего момента и скорости. Двухфазное включение обеспечивает примерно на 30-40% больше крутящего момента, чем однофазное, однако требует вдвое большей мощности от привода.

Полушаговый режим возбуждения представляет собой комбинацию однофазного режима и двухфазного полного шага. В результате получается половина основного угла шага. Этот меньший угол шага обеспечивает более плавную работу из-за повышенного разрешения угла.

Полушаг создает примерно на 15% меньший крутящий момент, чем двухфазный полный шаг, однако модифицированный половинный шаг устраняет уменьшение крутящего момента за счет увеличения тока, подаваемого на двигатель, когда одна фаза активирована. См. Рис. 3

Микрошаговый для большего контроля и более плавной работы

Microstepping может разделить основной шаг двигателя до 256 раз, уменьшая маленькие шаги. В микроприводе используются две синусоиды тока, разнесенные на 90 °, что идеально подходит для обеспечения плавной работы двигателя.Вы заметите, что двигатель работает тихо и без каких-либо заметных шагов.

Регулируя направление и амплитуду тока в каждой обмотке, разрешение увеличивается, а характеристики двигателя улучшаются, что снижает вибрацию и обеспечивает более плавную работу. Поскольку синусоидальные волны работают вместе, происходит плавный переход от одной обмотки к другой. Когда ток увеличивается в одном, он уменьшается в другом, что приводит к плавному переходу ступеней и поддержанию выходного крутящего момента.См. Рис. 4

Ознакомьтесь с нашими последними новинками шаговых двигателей и микроконтроллеров Sanyo Denki, а также других отличных диапазонов от следующих брендов.

Ключевые производители шаговых двигателей доступны от RS


Пример продукта: (535-0401)


Пример продукта: (829-3525)


Пример продукта: (044-0262)


Пример продукта: (877-7247)


Пример продукта: (337-3727)


Пример продукта: (793-4127)

.Учебное пособие по

: основы шаговых двигателей

Кристин Левотски, редактор MCA
Motion Control & Motor Association
Опубликовано 12.02.2014

Прочитать часть II данной статьи

Экономичные, простые в интеграции и способные обеспечивать высокий крутящий момент на низких скоростях, шаговые двигатели представляют собой хорошее решение для ряда приложений.

Хотя серводвигатели удовлетворяют широкому спектру требований к точному перемещению, для некоторых приложений шаговый двигатель является полезной альтернативой. Шаговый двигатель - это синхронный бесщеточный двигатель с цифровой функцией. В отличие от щеточных двигателей постоянного тока, которые вращаются постоянно, пока катушки статора находятся под напряжением, шаговый двигатель работает на импульсном токе и с каждым импульсом поворачивает некоторую долю полного оборота . В результате они могут эффективно работать без обратной связи с обратной связью.Система перемещения может позиционировать нагрузку с помощью шагового двигателя, просто задав заданное количество шагов. Шаговые двигатели особенно хорошо подходят для цифровых приводов и приложений. Прочные, экономичные и точные, они играют важную роль во всем: от жестких дисков с вращающимися дисками до принтеров, робототехники и станков с ЧПУ.

Шаговые двигатели 101
Шаговый двигатель состоит из центрального ротора, окруженного статором с некоторым количеством обмоток (см. Рисунок 1).Когда одна обмотка или группа обмоток находится под напряжением, она становится электромагнитом с полярностью, определяемой направлением тока. На рисунке A, например, подача тока на обмотку A создает северный полюс, обращенный к ротору. Магнитное притяжение прикладывает силу к полюсу ротора, заставляя ротор поворачивать некоторую долю оборота, пока его южный полюс не окажется рядом с северным полюсом обмотки, доводя крутящий момент до нуля. Это составляет шаг.

Чтобы продолжить движение, первый набор обмоток должен быть отключен от питания, а другой набор - под напряжением.В результате полюс ротора снова смещается от полюса статора. Обмотка под напряжением прикладывает силу к ротору, заставляя его повернуться еще на один шаг.

Мы можем выразить статический крутящий момент как функцию углового положения для идеального шагового двигателя с постоянными магнитами (PM) как

, где - удерживающий момент, который представляет собой максимальный крутящий момент, который двигатель может проявить, чтобы предотвратить перемещение нагрузки, и S - угол шага в радианах, а θ - угол вала в радианах. 1 В частности, выражение представляет угол электрического вала.

Типы шаговых двигателей
Чтобы понять процесс более подробно, давайте рассмотрим простейший тип шагового двигателя, двухфазный двигатель с постоянными магнитами (PM). В шаговом двигателе с постоянными магнитами ротор состоит из цилиндрического постоянного магнита с разделенными по бокам магнитными полюсами (см. Рисунок 3). Для двухфазного двигателя у нас есть четыре обмотки, обозначенные A, A ’, B и B’. Если мы активируем катушку A так, чтобы часть, ближайшая к ротору, стала северным полюсом, южный полюс ротора будет притягиваться к ней, поворачиваясь, пока они не выровняются, доводя крутящий момент до нуля.Это представляет собой ступеньку с углом ступени 90 °.

Как описано выше, мы обесточиваем катушку A и включаем катушку B, заставляя двигатель двигаться еще на один шаг. Последовательное включение катушек заставляет ротор вращаться в серии дискретных шагов. Шаговые двигатели

PM могут обеспечить экономичное решение, но их способность создавать крутящий момент ограничена, особенно на высоких скоростях - повышенная индуктивность не позволяет току стать достаточно большим, чтобы полностью реализовать крутящий момент. Конструкции PM ограничиваются крупными углами шага, как правило, 45 или 90 °.Такие большие успехи вызывают вибрацию, особенно на низких скоростях.

Шаговый двигатель с переменным сопротивлением обеспечивает альтернативу с более высоким разрешением. Шаговый двигатель с переменным сопротивлением не имеет постоянного магнита. Вместо этого ротор состоит из чугунного или стального цилиндра с зубьями, так что воздушный зазор между ротором и катушками меняется. Это позволяет устройству использовать явление, называемое выступом, при котором изменения ширины воздушного зазора между ротором и статором вызывают изменение индуктивности.Это создает силу, называемую реактивным моментом, которая действует на ротор.

Магнитный поток, в данном случае от катушек статора, всегда ищет путь с минимальным сопротивлением. Когда зубья ротора смещены относительно находящихся под напряжением катушек статора, магнитный поток прикладывает силу, чтобы расположить зубья таким образом, чтобы минимизировать ширину воздушного зазора, как показано ниже:

Чтобы довести крутящий момент до нуля, ротор поворачивается, чтобы полностью выровнять зуб или подмножество зубцов с возбужденной катушкой, эффективно делая шаг.

Чтобы двигатель продолжал вращаться, мы должны обесточить катушку A и включить катушку B. Это работает только в том случае, если количество зубцов на роторе отличается от количества катушек статора, чтобы гарантировать, что когда один набор зубцов выровнен с возбужденным катушки, все остальные зубцы смещены относительно их ближайшей (обесточенной) катушки. В результате, когда мы обесточиваем катушку A и включаем катушку B, ближайшие зубцы смещаются относительно магнитного полюса. Поток снова действует, чтобы минимизировать крутящий момент, заставляя ротор сделать еще один шаг.

Альтернативный подход - гибридный шаговый двигатель, который обладает характеристиками обоих типов. В гибридном шаговом двигателе постоянный магнит ротора ориентирован так, что магнитные полюса расположены аксиально, а не сбоку. Зубчатый железный или стальной диск прикреплен к каждой стороне магнита. Каждый диск имеет одинаковое количество зубцов, но они синхронизированы относительно друг друга, так что зубцы на северном полюсе на половину шага не совпадают по фазе с зубцами на южном полюсе (см. Рисунок 2).В результате в осевом направлении получается ротор с чередующимися северным и южным полюсами. Обычный размер гибридного шагового двигателя составляет 200 шагов на оборот с углом шага 1,8 °.

Режимы возбуждения
Количество фаз в шаговом двигателе определяется количеством отдельных наборов катушек, которые должны быть последовательно включены для перемещения ротора. Один двигатель может иметь большое количество фаз; и наоборот, одна фаза может иметь от двух до N обмоток. Как правило, чем больше обмоток задействовано в одной фазе, тем больше потребляемая мощность, но также и больше крутящий момент.Теоретически конструкция ограничивается только возможностями обработки и объемом пространства, необходимого для различения обмоток. На практике, однако, после определенного момента пустое пространство, потребляемое слишком большим количеством фаз, снижает общий крутящий момент, который может генерировать двигатель. Таким образом, конструкция обмотки и способ ее вращения играют ключевую роль в производительности.

Полноступенчатый однокатушечный режим
Шаговые двигатели могут быть возбуждены в любом из нескольких режимов, каждый из которых имеет разные характеристики.Простейшим режимом возбуждения является полноступенчатый режим с одной катушкой или волновой режим, в котором на каждой ступени возбуждается только одна катушка статора. Он обеспечивает минимальный крутящий момент, поэтому его нельзя использовать с высокими нагрузками. Однако это минимизирует потребление энергии.

Полношаговый режим двойной катушки
В этом режиме возбуждения катушки статора запитываются попарно. Вспомните кривую зависимости крутящего момента от положения, показанную на рисунке 2. Если мы возбуждаем две катушки одновременно, их кривые крутящего момента накладываются друг на друга, чтобы получить больший крутящий момент, который выглядит следующим образом (см. Рисунок 5).

Конструкция потребляет в два раза больше напряжения или тока, чем в режиме с одной катушкой, в зависимости от того, подключен ли она последовательно или параллельно, но она может обеспечивать почти 100% номинального крутящего момента.

Полушаговый режим с одной катушкой
Полушаговый режим позволяет увеличить разрешение шагового двигателя вдвое без изменения ротора или статора. Шаговый двигатель, работающий в режиме полушага с одной катушкой, возбуждает один полюс, затем возбуждает две соседние катушки, чтобы продвинуть ротор на полшага, затем возбуждает другой одиночный полюс, чтобы продвинуться еще на полшага, и т. Д.(см. рисунок 6). Полушаговый режим увеличивает разрешение, просто изменяя электронику привода.

Полушаговый режим двойной катушки
В этом режиме две катушки получают питание на первой ступени, затем на четыре, затем на две и т. Д. Первоначально на противоположные обмотки с северным и южным полюсами подается питание для извлечения большего крутящего момента из первой ступени. Затем одновременно возбуждаются соседние катушки (см. Рисунок 7). Обратите внимание, что для двухфазного двигателя это означает, что все катушки возбуждаются одновременно.В этом случае половинный шаг не только увеличивает разрешение, но и позволяет двигателю создавать оптимальный крутящий момент.

Преимущества повышенного разрешения выходят за рамки точности позиционирования. Уменьшение угла ступени снижает вибрацию и позволяет избежать резонансов в двигателе. В результате движение становится более плавным и бесшумным.

Микрошаговый
Эффект можно продолжить с помощью микрошага. Микрошаг делит основной угол шага на меньшие приращения; например, режим микрошага с делением на 10 уменьшит стандартный угол шага в 10 раз.

Давайте посмотрим на наиболее распространенную форму микрошага, известную как микрошаговый синус / косинус. Мы возбуждаем две катушки одновременно для достижения комбинированного удерживающего момента, равного удерживающему моменту одной обмотки в соответствии с:

Тогда ток, который мы подаем на две обмотки, чтобы установить ротор под углом, определяется выражением:

, где I A - ток через обмотку A с равновесием под углом 0, I B - ток через обмотку B с равновесием под углом S , а I max - максимальное допустимый ток через любую обмотку двигателя.

Микрошаговый режим стал возможен благодаря наличию мощных и недорогих микроконтроллеров. Однако это не идеальное решение. Цифровые контроллеры, используемые для генерации управляющего сигнала, ограничены возможностями квантования аналого-цифрового преобразователя.

Фиксатор или притяжение между зубьями ротора и магнитами может вносить колебания и движение, а трение может ограничивать точность. Тем не менее, этот метод может обеспечить очень хорошую производительность для ряда приложений. Во второй части этого руководства мы обсудим схемы подключения и драйвера, а также компромиссы, связанные с выбором правильного типа шагового двигателя.

Ссылки
1. Дуглас Джонс, «Управление шаговыми двигателями», http://homepage.cs.uiowa.edu/~jones/step/index.html
.

Прочитать часть II данной статьи

.

Смотрите также