Юный техник, 2013 № 09

По конструкции шаговый электродвигатель представляет собой синхронный бесщеточный электромотор с несколькими обмотками. При этом ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. А последовательная активация обмоток двигателя — подача энергии на ту или иную обмотку — позволяет произвести дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Шаговые двигатели с ротором из магнитно-мягкого (ферромагнитного) материала или из магнитно-твердого (магнитного) материала позволяют получать довольно большой крутящий момент и обеспечивают фиксацию ротора при обесточенных обмотках. Моторы с постоянными магнитами могут использоваться в качестве датчиков угла поворота благодаря возникновению ЭДС на обмотках при вращении ротора. Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами.

Шаговый электродвигатель NEMA 17.

Главное достоинство шаговых приводов — точность. При подаче потенциалов на обмотки шаговый двигатель повернется строго на определенный угол. Кроме того, стоят они дешевле сервоприводов, о которых пойдет речь ниже.

Впрочем, есть у шаговых двигателей и недостатки. Наиболее известная проблема — возможность «проскальзывания» ротора при превышении нагрузки на валу, неверной настройке управляющей программы или при приближении скорости вращения к резонансной. Чтобы избежать проскальзывания ротора, лучше использовать двигатели с избыточной мощностью.

Шаговые двигатели стандартизованы по размерам и диаметру фланца. Например, двигатели NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34 имеют диаметр фланца 42 мм, 57 мм и 86 мм соответственно. Шаговые электродвигатели NEMA 23 могут создавать крутящий момент до 30 кгс/см, NEMA 34 — до 120 кгс/см. И так далее, до 210 кгс/см для двигателей с фланцем 110 мм.

Еще одна распространенная разновидность двигателей для робототехники — это серводвигатели или сервоприводы. В мире большой техники к сервоприводам относятся многие регуляторы и усилителей — в частности, рулевое управление и тормозная система на тракторах и автомобилях. Управляют направлением движения сервоприводы и в моделях. Таким способом — с помощью привода с управлением через отрицательную обратную связь — удается точно управлять скоростью и направлением.

Сервопривод хорош тем, что не предъявляет особых требований к электродвигателю и редуктору, компенсирует люфты в приводе, имеет большую скорость перемещения элемента, позволяет мгновенно диагностировать поломки.

Однако при этом сервопривод требует наличия датчиков, им сложнее управлять, а кроме того, такие приводы, как правило, дороже шаговых.

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Калибратор

Что такое калибратор и зачем он нужен? Допустим, вы решили послушать «Радио России» вечерком на коротких волнах. Из программы передач, волнового расписания или еще откуда-то вы узнали, что это радио работает на частоте 7215 кГц. В вашем распоряжении неплохой приемник «Россия 203-1» (2-го класса, между прочим!). Вы глядите на шкалу, и в диапазоне КВ 2 видите деления: 4.0, 4.5, 5.0, 6.0 и 7.3 МГц. Ну, и где искать станцию? Немножко пониже 7,3 МГц? Там станций не меньше десятка! Хорошо еще, если шкала отградуирована в мегагерцах частоты, а если в метрах длины волны?

Может, конечно, помочь формула: длина волны равна скорости света, деленной на частоту. Или, для простоты запоминания, длина волны λ

= 300/f (МГц). Вы можете сосчитать, что частота 7,215 МГц соответствует волне примерно 41,6 м, ну и что? Шкала приемника все равно не имеет столь точной градуировки! Вероятнее всего, вы увидите широкую полоску, охватывающую весь вещательный поддиапазон, над которой написано: «41 м».

Можно, конечно, выкинуть все старые радиоприемники и купить новый, с цифровой шкалой. Но большой прогресс цифровой техники, позволивший выпускать простые и дешевые цифровые шкалы, не означает такого же прогресса в технике радиоприема. Более того, хорошие приемники сейчас разучились делать. У меня на полке стоит подобный приемник ценовой категории менее 1000 рублей, но слушать его нельзя — люфт, скрип и тяжелый ход «веревочного» верньера отбивают всякую охоту трогать ручку настройки, а цифровая шкала (единственное отличие приемника от подобного же, более дешевого ширпотреба) ошибается на пару килогерц.

На Западе действительно хороший, профессиональный радиоприемник купить можно (у нас их просто не выпускают), но цены заоблачные.

Отградуировать шкалу любого, фабричного или самодельного, аппарата, будь то приемник, генератор сигналов или еще какое-нибудь экзотическое устройство, как раз позволяет кварцевый калибратор, о котором и пойдет речь. Основу его составляет высокостабильный генератор, резонатором в котором служит не колебательный контур, а кварцевый кристалл, имеющий какую-нибудь «круглую» частоту: 100 кГц, 1 МГц или 10 Мгц. Не знаю, как сейчас, но раньше выпускали специально для радиолюбителей набор, содержавший три кварцевых резонатора на указанные частоты и стоивший очень недорого.