Разница между бесщеточным двигателем и шаговым двигателем

Я думаю, что понимаю принципы работы бесщеточного двигателя и шагового двигателя, но меня немного смущает разница. Является ли бесщеточный двигатель постоянного тока очень простым шаговым двигателем? При правильном управлении можно ли использовать бесщеточный двигатель постоянного тока в качестве шагового двигателя? Если нет, то чем они отличаются?

Для новичка в области электроники кто-то может выделить сходства и различия между шаговыми двигателями и бесщеточными двигателями постоянного тока?

motor stepper-motor brushless-dc-motor

— mrsoltys
источник

Не ответ на вопрос, но эта ссылка указывает на то, что синхронные двигатели переменного тока Hurst «идентичны по конструкции шаговым двигателям HURST®».

— Тута

Два в основном одинаковы, по сути. Тем не менее, они отличаются по назначению. Шаговый двигатель предназначен для работы, в частности, в ступенях. Мотор BLDC предназначен для обеспечения плавного движения.

Поскольку для управления движением используются шаговые двигатели, желательна повторяемость шагов. То есть, если вы начнете с одного шага, затем с другого, а затем с первого шага, он в идеале должен вернуться именно туда, где он был ранее. Различные вещи могут испортить это; провалы в подшипниках, трение и т. д. Двигатели BLDC оптимизированы для обеспечения плавного крутящего момента между ступенями, а не повторяемости.

Шаговые двигатели предназначены для максимизации удерживающего момента , способности шагового двигателя удерживать механическую нагрузку на одном из этапов. Это достигается поддержанием высокого тока обмотки, даже если ротор выровнен со статором. Это тратит много энергии, потому что не генерирует крутящий момент, если нагрузка не пытается повернуть со своего положения, но при этом не требуется какой-либо механизм обратной связи.

С другой стороны, BLDC обычно работают с ротором, отстающим от статора, так что приложенный ток всегда генерирует максимальный крутящий момент, что и делал бы щеточный двигатель. Если требуется меньший крутящий момент, то ток уменьшается. Это более эффективно, но нужно знать положение нагрузки, чтобы знать, какой крутящий момент нужно приложить. Следовательно, шаговые двигатели, как правило, больше по размеру, чтобы обеспечить дополнительный нагрев при работе двигателя при максимальном токе все время.

Кроме того, в большинстве случаев люди ожидают, что степпер будет способен выполнять небольшие шаги для точного управления движением. Это означает большое количество магнитных полюсов. Шаговый двигатель обычно имеет сотни шагов на оборот. У BLDC обычно будет намного меньше. Например, недавно я играл с BLDC с жесткого диска, и у него было четыре «шага» на оборот.

Шаговые двигатели обычно рассчитаны на максимальный удерживающий момент, а на скорость - на второй. Обычно это означает, что обмотки имеют очень много оборотов, что создает более сильное магнитное поле и, следовательно, больший крутящий момент на единицу тока. Однако это происходит за счет увеличения противо-ЭДС, что снижает скорость на единицу напряжения.

Кроме того, шаговые двигатели обычно приводятся в движение двумя фазами, разнесенными на 90 градусов, в то время как BLDC обычно имеют три фазы, составляющие 120 градусов (хотя в обоих случаях есть исключения):

шаговый двигатель

BLDC

Несмотря на эти различия, степпер может работать как BLDC, или BLDC как степпер. Однако, учитывая противоречивые намерения проекта, результат, вероятно, будет менее чем оптимальным.

— Фил Фрост
источник

Большинство контроллеров BLDC, которые я видел, не были рассчитаны на ту же точность позиционирования, что и шаговые двигатели, но есть ли причина, по которой двигатели BLDC не должны обеспечивать управление с той точностью, которую предлагает датчик вращения? Если я хочу вращать что-то точно на 12,25 оборота как можно быстрее, я думаю, что двигатель BLDC должен справляться с работой лучше, чем шаговый двигатель, поскольку шаговый двигатель должен приводиться с пессимистическим профилем ускорения, а двигатель BLDC мог бы не имеют такого ограничения.

— Суперкат

@supercat Нет особой причины. Но с BLDC и датчиком вращения у вас есть сервопривод, и вам нужна какая-то петля обратной связи для управления им. То же самое можно сделать с помощью щеточного мотора. Степперы, как правило, не имеют датчиков вращения и приводятся в движение без какой-либо петли обратной связи (кроме концевых выключателей для определения конца диапазона движения), поэтому они зависят от того, чтобы не пропустить какие-либо шаги для определения точности позиционирования. Это упрощает работу водителя, но также накладывает ограничения на скорость и крутящий момент.

— Фил Фрост

Можно было бы добиться плавного движения с помощью интеллектуального сервоконтроллера, но если кто-то хочет переместить двигатель BLDC на 12,25 оборота, и его не особенно заботит плавность хода, возникнет ли какая-то особая проблема с простым движением двигателя вперед, пока он не достигнет точки непосредственно перед пунктом назначения, затем установите его для фазы пункта назначения и запустите его назад, если произойдет слишком большой выброс? Шаговые двигатели ужасно неэффективны, но может показаться, что добавление поворотного энкодера и тормоза может значительно повысить эффективность.

— суперкат

@supercat Я думаю, это все еще считается сервоприводом. В частности, нет никаких проблем с этим, но если сервоконтроллер «простой», то он, вероятно, не будет таким же точным или повторяемым, или будет иметь такой же удерживающий крутящий момент, как шаговый двигатель с одинаковой стоимостью, и даже «простой» сервопривод Контроллер более сложен, чем степпер, который вообще не требует контроллера. Я предполагаю, что для устройства с батарейным питанием неэффективность степпера была бы большой проблемой, но для всего, что подключено к стене, электроэнергия дешева и в изобилии.

— Фил Фрост

Если требуется удерживающий крутящий момент, необходимо использовать либо шаговый, либо тормозной механизм. Эффективность важна не только по причинам энергопотребления; более эффективный двигатель может быть меньше и легче, чем тот, который должен рассеивать больше энергии в виде тепла, чем когда-либо потребуется для механического производства. Я бы подумал, что комбинация BLDC (или шагового двигателя с прерывистым режимом работы), поворотного энкодера и тормоза во многих случаях может быть меньше, легче и дешевле, чем шаговый двигатель с той же максимальной скоростью и используемым крутящим моментом.

— суперкат

Шаговый двигатель представляет собой форму бесщеточного двигателя постоянного тока, но с особым физическим расположением катушек и статора для достижения фиксированного количества остановок или стопоров, разделяющих полный круг вращения.

Количество полюсов шагового двигателя определяет размер шага или количество делений или «полных шагов», если хотите.

Тем не менее, с некоторой изощренной работой по питанию катушек шагового двигателя, современные шаговые двигатели с подходящими контроллерами могут часто обеспечивать вращение частичными шагами, известными как микрошаг.

TL; DR: шаговые двигатели (как правило) являются подмножеством семейства Brushless Motor.

Двигатели с переключаемым сопротивлением - это еще одна форма шагового двигателя, несколько отличающаяся от стандартного шагового двигателя BLDC.

— Аниндо Гош
источник