Перемотка шагового двигателя своими руками

Обновлено: 06.07.2024

Всем здравствуйте. Электронные изделия не имеют долгого срока службы, и мы их меняем на более современные или убираются в кладовку. Некоторые из их компонентов, могут найти другое применение, включая электродвигатели и, возможно, некоторые модули питания. Интересные шаговые двигатели можно найти, например, в некоторых старых принтерах, факсах и сканерах. Да и еще упомянем также старые дисководы. Как не странно, что чем старше оборудование, тем качественней двигатель. Я считаю, что выбрасывать такие качественные двигатели очень жаль. К примеру, приведу фото разнообразных двигателей.

На сегодняшний день шаговый двигатель используется во многих устройствах, например, в 3D-принтерах, но он также может использоваться для управления множеством других механизмов. Используя двигатели от отслуживших свой срок разных устройств, мы можем немного сэкономить. На самом деле его управление относительно сложное, но довольно хорошо известное. Мы не будем здесь рассматривать схемы контроллеров. В интернете можно найти множество схем управления шаговыми двигателями, даже у меня были опубликованы таковые схемы.

Во многих случаях нам достаточно что бы двигатель просто вращался с постоянной скоростью, и мы могли изменять его направление вращения. И на самом деле мы можем легко запустить шаговый двигатель для такого использования, мы делаем его синхронным. Подаем на двигатель переменное напряжение от небольшого трансформатора. Кроме того, нам нужен только конденсатор, который сдвигает фазное напряжение на одной из катушек. Таким образом, включение очень простое, и его стоит попробовать, даже если в данный момент такой привод нам не нужен.

Полученный таким включением синхронный двигатель имеет несколько необычные особенности. Он очень точно поддерживает скорость, которая определяется теперь частотой сети 50 Гц. Мы также можем узнать количество полюсов, слегка повернув двигатель рукой и посчитав, сколько раз он останавливался из-за воздействия магнита. Количество остановок в два раза больше количества полюсов, потому что северный и южный полюса магнита всегда чередуются друг с другом.

Поэтому для двенадцати полюсного двигателя мы считаем 24 остановки на оборот. Моторы чаще всего имеют 12 или 24 полюса. Однако бывает и другое количество полюсов. И ротор поворачивается на угол, соответствующий угловому шагу одной пары полюсов. Можно рассчитать обороты в секунду, разделив 50 на количество полюсов. Таким образом, обычный двенадцати полюсный двигатель будет иметь ровно 50/12 = 4 и 2/12 оборотов в секунду. 24-полюсный двигатель будет иметь половину скорости, то есть 2 и 2/24 оборота в секунду. Двигатель с большим количеством полюсов вращается медленнее. Вот приведу схему обмоток для визуального рассмотрения.

Двигатель имеет две катушки. Центр обмотки часто выводится наружу, поэтому одна катушка имеет 3 вывода. В этом случае двигатель имеет 6 выходов. Если центры обмоток соединены внутри, то только 5 или 4. С помощью омметра выясняем, какие провода принадлежат к обмотке. Для синхронного двигателя мы стараемся использовать всю обмотку каждой катушки. Здесь мы измеряем наибольшее сопротивление. Соединяем выводы катушек (1, 3), между двумя другими выводами (2, 4) включаем конденсатор С. Конечно немного нужно позаниматься с замерами и выяснить выводы принадлежащие катушки. А вот эта схема включения.

Для двигателей с сопротивлением обмотки в десятки Ом для проверки подойдет небольшой трансформатор с напряжением около 12В. Конденсатор не должен быть электролитическим и на напряжение 63В. Чем меньше сопротивление обмотки, тем больше емкость конденсатора и ниже напряжение на выходе трансформатора. Для начала подключаем емкость конденсатора около 4 мкФ.

После подключения источника питания двигатель запустится, но, вероятно, у него не будет большого крутящего момента и он не будет работать плавно. Пробуем добавить к конденсатору еще один и смотрим за поведением двигателя. При нормальной мощности, двигатель обладает максимальным крутящим моментом, работает плавно и тихо, практически без вибрации. Если у нас есть возможность посмотреть осциллографом на форму напряжения на катушке за конденсатором, мы не увидим высоких гармонических искажений.

В идеале напряжение на этой катушке сдвинуто по фазе на 90 градусов к напряжению на выходе трансформатора. Когда один сигнал проходит через ноль, другой сигнал имеет положительный или отрицательный синусоидальный максимум. Это хорошо видно на двухканальном осциллографе. Подключите массу осциллографа к клеммам катушек (на схеме 1, 3), а щупы - к обоим выводам конденсатора.

При замыкании выключателя питание переключается на второй выход конденсатора, и, таким образом, направление вращения двигателя меняется на противоположное. В качестве переключателей S1 и S2 мы можем использовать те, которые работают в цепях переменного тока, ну и конечно можно применить и реле если это необходимо. И еще стоить добавить переключатели не должны быть включены одновременно включаем или S1 либо S2 и меняем направление вращения.

Для практического использования найденную емкость C1 можно собрать из подходящих конденсаторов. Если нам нужен больший крутящий момент, мы немного увеличим напряжение питания. Напряжение питания влияет только на крутящий момент, оно не влияет на скорость вращения двигателя. Если в конструкции двигатель будет работать долгое время, мы должны проверить его на нагрев в этих условиях.

Температура поверхности не должна превышать примерно 50 градусов по Цельсию даже после длительного периода эксплуатации. Мощность двигателя соответствует его размеру, поэтому чем больше, тем мощнее. Миниатюрному двигателю от дисковода требуется всего около 5В, и он имеет небольшую мощность.

Можно ли разбирать ШД и влияет ли микрошаг на момент - тесты

Данные две темы активно муссировались на форуме, люди-теоретики тоннами выкладивали чужие цитаты, формулы и графики, но в конечном счёте всё сводилось к банальному срачу и банальным попыткам доказать, что каждый из спорщиков самый умный. Решил я пойти эмпирическим путём попытаться на деле проверить, что же есть правда в этом вопросе.
В тестировании учавствовали :

Станочек 20*20, к оси Z прикрепил электронные весы-"безмен", второй конец прикрепил с к столу.

Шаговые двигатели на 42 мм одинаковые по массо-габаритным характеристикам, один новый китайский Sumtor на ток 1,3 Ампера и б/у шный японский Vexta с рабочим током 1,2А, предположительно 93 года выпуска.

Внизу в окошке программы есть пункт "InternerPulser", который позволяет крутить движком с разной скоростью, его и использовал.Крутил на максимальной скорости, 600 об/мин.
Усилие поднятия оси измерял для каждого режима ( шаг, полушаг, 1/8) по 4 раза, потом выводил среднее, в табличке есть.
Сначала запытал китайский двигатель, потом разобрал его, полежал полчасика, засунул ротор обратной стороной, вытащил, попримагничивал в валам для пущего экстрима.

Потом собрал и запытал в режиме полушага.
То же самое проделал с японческим, ток оставил тот же, небольшое превышение не опасно :

Только в режиме полного шага, не думаю, что это принципиально.
Результаты тестирования сведены в таблицу :

В левой колонке замеры килограммов, которые выдал станок в момент остановки ШД. Красным цветом выделены результаты после разборки ШД.
Итак, выводы такие :
1. Дробление шага не влияет на крутящий момент, во всяком случае -незначительно.
2. Разборка шагового двигателя не приводит к ухудшению его характеристик.
3. Новый китайский ШД лучше старого японского, крутящий момент больше при том же токе, к тому же "японец" больше нагрелся.

Техника часто подвергается перегрузкам и механическим повреждениям. Стоит всего раз уронить или что-нибудь пролить на инструмент, как на обмотке ротора появляется ржавчина, а сам якорь смещается. Последствия плачевны: электродвигатель перегревается, искрит и вибрирует. Работа с таким инструментом опасна.

Типы обмоток электродвигателей

Одной из важнейших частей электродвигателя является обмотка, в которой осуществляются основные рабочие процессы преобразования электрической энергии в механическую. Именно в обмотке электромашины происходит индуцирование элекродвижущей силы (ЭДС) и появляется электроток, создающий при взаимодействии с магнитным полем электромагнитные силы.

Различают несколько типов обмоток, используемых при производстве электрических машин или их сборке в процессе ремонта электродвигателей:

в статорах трехфазных синхронных и асинхронных машин применяются трехфазные обмотки машин переменного тока;
в роторах асинхронных электродвигателей с контактными кольцами используется тот же тип обмоток;
в статорах асинхронных однофазных двигателей с короткозамкнутым ротором применяются однофазные обмотки.

обмотки якорей коллекторных двигателей однофазного переменного и постоянного тока;
обмотки короткозамкнутые для роторов асинхронных электродвигателей;
обмотки возбуждения коллекторных и синхронных электродвигателей.

Особенности ремонта

В бытовых аппаратах применяются различные двигатели – асинхронные трехфазные, коллекторные однофазные и однофазные с пусковой обмоткой. Неисправности с обмотками возникают в 90% случаев отказа.

Перемотать двигатель своими руками не так сложно. Если есть опыт работы с электричеством, своя мастерская или гараж, то можно отремонтировать электрическую машину самостоятельно.

Для этого потребуется:

Чтобы перемотать двигатель, потребуется специальный станок. Но в домашних условиях для восстановления одного двигателя приобретать его не целесообразно.

Всыпные, шаблонные, стержневые обмотки

По технологии изготовления и конструктивным особенностям также различают шаблонные, стержневые и всыпные обмотки.

Всыпные обмотки используются в статерах низковольтных электродвигателей; в зависимости от мощности применяются однослойные (до 7 кВт) или двухслойные (до 10 кВт) обмотки. Их использование характерно и для роторов мощностью до 100 кВт. Всыпные обмотки не имеют формы с точно установленными размерами. Такие обмотки всыпаются по одному проводнику (круглый изолированный провод) через узкие шлицы в полузакрытые пазы сердечников.
Шаблонные, или жесткие обмотки производятся из прямоугольных или круглых проводов определенных размеров. Они формуются, при этом проводники изолируются общей изоляцией. Укладка происходит в открытые или полуоткрытые пазы. Использование данного вида обмоток характерно для статоров свыше 100 кВт и фазных роторов от 10 до 100 кВт.
Применение стержневых обмоток характерно, в основном, для роторных машин с двигателями мощностью более 100 кВт.

В маломощных машинах постоянного тока (до 10 кВт) используются, в основном, всыпные якорные обмотки, укладываемые в полузакрытые пазы. Для якорей более мощных двигателей применяются многовитковые или одновитковые катушки с шаблонной обмоткой, для двигателей еще большей мощности используются стержневые обмотки с высокой электрической и механической прочностью и дополнительной витковой изоляцией. В процессе перемотки трансформаторов или электродвигателей, специалисты точно определяют тип обмотки для дальнейшей надлежащей работы.

Работа со статором

При ремонте и перемотке электродвигателя в первую очередь составляется схема расположения и подключения обмоток мотора. В случае с трехфазным двигателем под каждую фазу аккуратно составляется схема катушек. Они наматываются, как правило, одним проводом. Только, когда схема подключения обмоток хорошо изучена и правильно составлена, можно их разбирать и удалять. Для удобства помечаем обмотки разными цветами и фотографируем. Также проверяем, все ли понятно в фотографиях и схемах.

Какие бывают обмотки двигателей

В основу работы любых электродвигателей положен принцип электромагнитной индукции. Электродвигатель состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо индуктора (для движков постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных движков переменного тока) либо якоря (для движков постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока нередко используются постоянные магниты.

Все двигатели, грубо говоря можно поделить на два вида: двигатели постоянного тока двигатели переменного тока (асинхронные и синхронные)

Двигатели постоянного тока

Данные двигатели с наличием щёточно-коллекторного узла бывают:

Колекторные

— электрическое устройство, в котором датчиком положения ротора и переключателем тока в обмотках является одно и то же устройство — щёточно-коллекторный узел.

Бесколекторные

— замкнутая электромеханическая система, состоящая из синхронного устройства с синусоидальным распределением магнитного поля в зазоре, датчика положения ротора, преобразователя координат и усилителя мощности. Более дорогой вариант в сравнение с колекторными двигателями.

Двигатели переменного тока

По типу работы данные двигатели делятся на синхронные и асинхронные двигатели. Принципное отличие заключается в том, что в синхронных машинах 1-ая гармоника магнитодвижущей силы статора перемещается со скоростью вращения ротора (по этому сам ротор крутится со скоростью вращения магнитного поля в статоре), а у асинхронных — есть и остается разница меж скоростью вращения ротора и скоростью вращения магнитного поля в статоре (поле крутится быстрее ротора).

Классификация и характеристики электродвигателей

Электродвигатель – устройство для преобразования электроэнергии во вращательное движение вращающейся части электрической машины. Преобразование энергии в двигателях происходит за счет взаимодействия магнитных полей обмоток статора и ротора. Эти электрические машины широко используются во всех отраслях промышленности, в качестве привода электротранспорта и инструментов, в системах автоматизации, бытовой техники и так далее.

Существует множество видов электродвигателей, различающихся по принципу действия, конструкции, исполнению и другим признакам. Рассмотрим основные типы этих электрических машин.

По принципу действия различают магнитоэлектрические и гистерезисные электрические машины. Несмотря на простоту конструкции, высокий пусковой момент, последние не получили широкого распространения. Эти электродвигатели имеют высокую цену, низкий коэффициент мощности, ограничивающие их применение. Подавляющее большинство выпускаемых электродвигателей – магнитоэлектрические.

По типу напряжения питания различают:

Электродвигатели постоянного тока.
Двигатели переменного тока.
Универсальные электрические машины.

По конструкции различают электродвигатели с горизонтально и вертикально расположенным валом. Корме того, электрические машины классифицируют по назначению, климатическому исполнению, степени защиты от попадания влаги и посторонних предметов, мощности и другим параметрам.

Электродвигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока широко применяются в качестве привода электротранспорта, промышленного оборудования, а также микропривода исполнительных механизмов. Такие электрические машины обладают следующими преимуществами:

Возможность регулировки частоты вращения путем изменения напряжения в обмотке возбуждения. При этом крутящий момент на валу ДПТ (двигатели постоянного тока) остается неизменным.
Высокий к.п.д. (коэффициент полезного действия) у машин постоянного тока несколько выше, чем у самых распространенных асинхронных двигателей переменного тока. При неполной нагрузке на валу к.п.д. ДПТ выше на 10-15%.
Возможность изготовления ДПТ небольших габаритов. Практически все используемые микроприводы рассчитаны на постоянный ток.
Простота схем управления. Для пуска, реверса и регулирования скорости и момента не требуется сложного электронного оборудования и большого количества аппаратов для коммутации.
Возможность работы в режиме генератора. Электродвигатели такого типа можно использовать в качестве источников постоянного тока.
Высокий пусковой момент. ДПТ используют в составе электроприводов кранов, тяговых и грузоподъемных механизмов, где требуется запуск под значительной нагрузкой.

ДПТ различают по способу возбуждения, они бывают:

С постоянными магнитами. Такие двигатели отличаются малыми габаритами. Основная область их применения – микроприводы.
С электромагнитным возбуждением.

Электрические машины с электромагнитами такого типа получили самое широкое распространение. Их классифицируют по способу подключения обмотки статора:

Двигатели с параллельным возбуждением. Обмотки якоря и статора в электрической машине такого типа соединены параллельно. Такие электрические машины не требуют дополнительного источника питания для обмотки возбуждения, скорость вращения ротора практически не зависит от нагрузки. Их используют для привода металлорежущих станков и другого оборудования.
Электродвигатели с последовательно включенной обмоткой статора. ДПТ этого типа имеют значительный пусковой момент. Их применяют в качестве привода электротранспорта и промышленных установок с необходимостью пуска под нагрузкой.
Двигатели с независимым возбуждением. Для питания обмотки статора таких электромашин используется независимый источник постоянного тока. ДПТ такого типа отличаются широким диапазоном регулирования скоростей.
Электрические машины со смешанным возбуждением. Электромагнит возбуждения в таких двигателях поделен на 2 части. Одна из них включена параллельно, вторая последовательно обмотке якоря. Электрические машины такого типа используются в механизмах и оборудовании, где необходим высокий пусковой момент, а также переменная и постоянная скорость при переменном моменте.

Подготовительные работы

Для начала разберемся, как правильно перемотать электродвигатель. Первое что следует сделать – это определить параметры провода и количество витков в катушке. Тут поможет интернет. На форумах люди обсуждают подобные проблемы, а так же рассказывают о личном опыте, как они перематывали двигатели.

Сняв обмотку, проверяем железо, на которую она была намотана. Сталь должна быть гладкой без вмятин и заусенций. Дефекты способны повредить изоляционный слой медных проводов, что приведет к очередному пробою. Поэтому все неровности следует зачистить наждачной бумагой.

Если в стальных пазах имеется нагар, от него тоже следует избавиться. Это поможет избежать дальнейших сложностей при работе с изоляцией и проводами.

Асинхронные электродвигатели

Благодаря дешевизне и простоте конструкции электрические машины такого типа получили самое широкое распространение. Их принципиальное отличие – наличие так называемого скольжения. Это разность между частотой вращения магнитного поля неподвижной части электрической машины и скоростью вращение ротора. Напряжение на вращающейся части индуцируется за счет переменного магнитного поля обмоток статора двигателя. Вращение вызывает взаимодействие поля электромагнитов неподвижной части и магнитного поля ротора, возникающего под влиянием наведенных в нем вихревых токов. По особенностям обмоток статора выделяют:

Однофазные двигатели переменного тока. Двигатели такого типа требуют для пуска наличия внешнего фазосдвигающего элемента. Это может быть пусковой конденсатор или индуктивное устройство. Область применения однофазных двигателей – маломощные приводы.
Двухфазные электрические машины. Такие двигатели имеют 2 обмотки со смещенными относительно друг друга фазами. Их также используют для бытовых устройств и оборудования, имеющего небольшую мощность.
Трех- и многофазные электродвигатели. Наиболее распространенный тип асинхронных машин. Электрические двигатели такого типа имеют от 3-х и более обмоток статора, сдвинутых по фазе на определенный угол.

Синхронные двигатели переменного тока

Как и в асинхронных электродвигателях, вращение ротора в синхронных машинах достигается взаимодействием полей ротора и статора. Скорость вращения ротора таких электрических машин равна частоте магнитного поля, создаваемого обмотками статора.

Обмотка неподвижной части двигателя рассчитана на питание от трехфазного напряжения. К электромагнитам ротора подключается постоянное напряжение. Различают явнополюсные и неявнополюсные обмотки. В синхронных двигателях малой мощности используют постоянные магниты.

Запуск и разгон синхронной машины осуществляется в асинхронном режиме. Для этого на роторе двигателя имеется обмотка конструкции “беличья клетка”. Постоянное напряжение подается на электромагниты только после разгона до номинальной частоты асинхронного режима. Синхронные двигатели имеют следующие особенности:

Постоянная скорость вращения при переменной нагрузке.
Высокий к.п.д. и коэффициент мощности.
Небольшая реактивная составляющая.
Допустимость перегрузки.

К недостаткам синхронных электродвигателей относятся:

Высокая цена, относительно сложная конструкция.
Сложный пуск.
Необходимость в источнике постоянного напряжения.
Сложность регулировки скорости вращения и момента на валу.

Как подобрать провод

Чтобы мощность электродвигателя была прежней, следует подбирать провод с таким же сечением, какое и было. Это позволит намотать заданное количество витков.

Если не удается этого сделать, то берется максимально приближенное сечение. Следует помнить о законе Ома, чем меньше диаметр проводника, тем выше его сопротивление.

ВАЖНО! К подбору проводов относятся очень серьезно. Неправильное сечение приведет к перегреву двигателя, изоляционный лак будет плавиться и как следствие приведет к замыканию!

Укладка, выполненная вручную, может иметь дефекты. Возникает вероятность уложить провода не плотно, что приведет к увеличению размеров обмотки, и трудностям ее монтажа.

Во многих бытовых приборах сегодня используются электродвигатели. Главная их особенность в том, что они работают асинхронно. Это позволяет держать постоянную частоту вращения ротора даже при меняющихся нагрузках.

Все выпускаемые электродвигатели имеют разные конструктивные особенности. Каждая модификация может отличаться по количеству полюсов, типу ротора, и других составных частей. Технология перемотки электродвигателей делается по общему принципу, в некоторых нюансах могут быть различия.

Если устройство вышло из строя, то нужно обратиться в мастерскую. При ее отсутствии можно попытаться сделать перемотку двигателя в домашних условиях. Желательно иметь для этого необходимые навыки, но в целом этот процесс не такой сложный на вид.

Если учесть, что конструкция и размеры устройств разные, можно дать общую инструкцию для перемотки двигателей. Остановимся на тех, которые используются в бытовых приборах и питаются от переменного тока.

Краткое содержимое статьи:

Осмотр двигателя

В случае поломки следует извлечь двигатель из бытового прибора. Очистив составные элементы, проводится внешний осмотр обмоток. Главное точно определить, где произошел пробой. Иногда случается так, что сгорают роторная и статорная обмотки. И тогда нужно их полностью заменить.

Когда возникает неисправность, внутри корпуса двигателя повышается температура. Это приводит к нарушению изоляции на всех элементах. Поэтому, в ремонте электродвигателя заменяются обмотки, и изоляционные покрытия.

Подготовительные работы

Если в стальных пазах имеется нагар, от него тоже следует избавиться. Это поможет избежать дальнейших сложностей при работе с изоляцией и проводами.

Как подобрать провод

ВАЖНО! К подбору проводов относятся очень серьезно. Неправильное сечение приведет к перегреву двигателя, изоляционный лак будет плавиться и как следствие приведет к замыканию!

Монтаж и пропитка

Перемотка статора электродвигателя своими руками не представляет особых трудностей. Главное в этом деле – аккуратность.

В пазы железа помещается изоляция. Далее в них укладывается намотанные на станке провода. Делать это нужно осторожно, чтобы не повредить изоляционный слой. При необходимости обмотку утрамбовывают в позах.

ВАЖНО! Вставленная в пазы изоляция не должна торчать. Поэтому лишнюю часть обрезают, иначе в процессе работы двигателя, она может задевать ротор!

Чтобы сделать полную изоляцию всех токопроводящих частей применяют специальный лак. На рынке он представлен в большом ассортименте. Но по факту он разделяется на два типа. Первый засыхает при обычных температурах, а второй только после термической обработки.

Проверка и включение

Сразу подавать 220 В на двигатель не стоит, лучше подать пониженное напряжение. Пусть ротор крутится медленно, тут главное выяснить, не греется ли двигатель. Если все прошло хорошо, и не появился дым, значит, ремонт двигателя прошел удачно.