Эффективность степпера: эффективность, польза и вред от занятий

Степперы и их популярность среди женщин

Профессиональные степперы – это эффективное и относительно простое в использовании кардио оборудование, пользующееся особой любовью у женской половины посетителей фитнес-клубов. Популярность этого оборудования не случайна – результат от занятий на этих шаговых тренажерах становится виден очень быстро.

Такие кардиотренажеры как профессиональные степперы есть в большинстве фитнес клубов Украины. Этот вид спортивного оборудования очень редко используется представителями сильного пола и традиционно считается женским. Из-за высокого уровня интереса клиенток, кардиотренажер степпер рекомендуют купить для коммерческого зала в первую очередь, вместе с беговыми дорожками, велотренажерами и орбитреками. Почему посетительницы выбирают степпер, ведь в кардио зонах современных залов так много других эффективных тренажеров?

Как работают степперы?

Высокая эффективность степпера, а также простота его применения, обеспечивают его востребованность в любом спортивном зале, где занимаются дамы. Производители выпускают два основных вида этих тренажеров: мини-степперы и обычные степперы. Первые предназначены для использования в домашних условиях и имеют перед обычными лишь одно преимущество – скромные габариты. Но этот положительный момент не перекрывает те плюсы, которые предлагает полноценный профессиональный аппарат.

В фитнес клубах тренажер для ходьбы степпер представлен моделями трех типов:

• Классические;
• Поворотные;
• Балансировочные.

Классические степперы – это кардио оборудование, точно имитирующее подъем по ступенькам. При использовании тренажера задействованы мышцы ног, ягодиц, нижней части спины и пресса. Поворотные модели активнее задействуют мышцы спины, так как требуют при использовании выполнения поворотов корпуса. Балансировочные способны максимально подключить к работе еще и почти все мышцы пресса. Кроме этого, необходимость сохранять в процессе тренировки равновесие, обеспечивает развитие мышц кора, отвечающих за стабилизацию тела человека.

Классический профессиональный степпер можно рекомендовать абсолютно всем. Простой подъем по ступеням с точно регулируемой нагрузкой, является одинаково популярным упражнением как у «продвинутых» атлетов, так и у новичков. Тренажер можно рекомендовать посетителям любого пола, возраста и уровня подготовки. 

Поворотные степперы обеспечивают высокую интенсивность занятий и нагрузку практически на все группы мышц. Для полноценного использования этих тренажеров нужна определенная сноровка, но, благодаря продуманной и безопасной конструкции современного оборудования, освоить такую технику можно за 10-15 минут.

Степперы балансировочного типа особо интересны посетителям зала. Их устройство делает тренировку похожей на исполнение танца в стиле рок-н-ролл. Оборудование также требует некоторых навыков, которые, впрочем, вырабатываются уже в ходе первого занятия. Возможность максимально задействовать в тренировочном процессе мышцы плечевого пояса обеспечивает особую эффективность тренажера степпера такого формата.

Польза, получаемая от тренировок на степперах

Польза от регулярных тренировок на профессиональных степперах не подлежит сомнению. Занятия на этих кардио тренажерах оказывают следующее воздействие:

• Тренировка мышц ног, ягодиц, спины и пресса;
• Укрепление мышц таза;
• Тренировка сердечно-сосудистой и дыхательной систем;
• Сжигание жировых отложений;
• Формирование подтянутой, спортивной фигуры, за счет повышения тонуса мышц;
• Развитие координации движений;
• Улучшение метаболического обмена в организме;
• Укрепление иммунитета.

Несмотря на то, что у степперов репутация женских фитнес-тренажеров, производителями они позиционируются как универсальное оборудование для обеспечения полноценной нагрузки для пользователей любого пола. Также стоит отдельно упомянуть и о том, что классические и поворотные модели тренажеров используются в реабилитационных центрах для проведения восстановительных занятий после травм и при лечении дегенеративных заболеваний опорно-двигательного аппарата.

Ищете где купить профессиональный степпер?

Если вы заинтересованы в том, чтобы купить профессиональный степпер от известного во всем мире бренда без переплат и с официальной гарантией, то наверняка захотите рассмотреть предложения TopFitness.UA. Наша компания более 10 лет работает на рынке коммерческого оборудования для фитнеса и нас знают во всех городах Украины. В нашем каталоге представлены профессиональные степперы от компаний SportsArt, Fitex и Sportop, имеющие отличные отзывы как у отечественных, так и у зарубежных потребителей.

Компания ООО «ТопФитнес» — это не просто интернет-магазин степперов в Украине, где купить можно тренажеры только этого типа. Мы предлагаем весь спектр профессионального оборудования для фитнес-клубов, тренажерных залов и центров реабилитации, с бесплатной доставкой, установкой и настройкой оборудования на территории заказчика.

Эффективность степпера для похудения — Все о спорте

Степпер для похудения – компактный кардиотренажер, имитирующий подъем по лестнице. В статье идёт речь о классическом степпере, так как именно с его помощью можно выполнять простые и эффективные кардиотренировки для похудения.

Вначале к этому тренажеру большинство людей отнеслось скептически, поставив под вопрос его эффективность в аэробных тренировках. Но со временем его достоинства и эффективность перестали вызывать сомнения.

Степпер очень быстро вошел в список популярных тренажеров для похудения, таких как: велотренажеры, эллиптические тренажеры, беговые дорожки. Все они по своему хороши, и одинаково занимают много места, к тому же по цене не всегда приемлемы.

Преимущества перед другими кардиотренажерами

Выделить преимущества степпера в сравнении с другими кардиотренажерами достаточно просто.

• Степпер очень компактен (занимает меньше 1 квадратного метра), это позволяет поместить его в обычной квартире и при необходимости без труда убрать из виду (например, под кровать).
• За счет таких размеров, это в первую очередь домашний тренажер. А что это значит? Правильно! Экономия вашего времени. Не нужно выходить на улицу, чтобы поддерживать форму, для деловых людей это важно.
• Низкая цена, что делает его очень привлекательным. Конечно, в продаже есть навороченные модели по высоким ценам, но зачастую в них нет необходимости.
• Прост в использовании, движения однообразны, риск получения травмы практически нивелирован.
• Нет ударной нагрузки на позвоночник как на беговой дорожке.
• Степпер может быть использован для реабилитации после различных травм и болезней.

Недостатки степпера

Было бы неправильно обойти этот вопрос. К счастью, недостатки не столь критичны.

• Противопоказания: проблемы с коленными и тазобедренными суставами, позвоночником, сердечно-сосудистые заболевания, сильное варикозное расширение вен.
• Заявления о том, что степпер качает ягодицы, неправдивы. А ведь именно из-за подобных рекламных уловок девушки так хорошо расхватывают этот тренажер. Хода педалей недостаточно для этого, попа не получает достаточно нагрузки для того чтобы качаться. Но со сжиганием калорий и поддержанием мышц в тонусе он справляется превосходно.
• Скорее всего, не подойдет для отлично подготовленных людей, которые до степпера активно практиковали кардионагрузки. Всё дело в частоте сердечных сокращений (пульс), так называемая зона сгорания жира. Таким людям вероятнее всего не удастся выйти на нужный показатель сердцебиений на этом тренажере для эффективной тренировки.

Конструкция степперов

В общем виде тренажер состоит из каркаса, двух педалей, системы нагрузки (гидравлические цилиндры или магнитное сопротивление) и консоли. Очень кстати придется пульсометр, этот инструмент помогает поддерживать пульс в нужном диапазоне для построения тренировки на похудение (его можно приобрести отдельно).

Педали

Обычно педали оснащены массажными пупырышками, и если заниматься босиком, можно получить массаж стоп. К тому же, это нивелирует риск соскальзывания с тренажера, что без сомнения обезопасит вашу тренировку. Естественно, в залах и обучающих видео все тренируются в кроссовках, но дома это не обязательно.

Система нагрузки

У степперов может быть механическая или электромагнитная система нагрузки.

В механической системе за нагрузку отвечают гидравлические цилиндры. При переносе веса между педалями, цилиндры сжимаются и разжимаются.

Степперы с электромагнитной системой нагружают педали с помощью магнитов. Именно в этих тренажерах нагрузка регулируется с консоли управления. Там вложено очень много функций с различными программами тренировок и показателями, что значительно влияет на стоимость. Но такие тренажеры не малого размера, их размещают в основном в тренажерных залах. Если у вас не возникнет проблем с его размещением, и не смутит цена, целесообразнее покупать именно такой агрегат.

Стойки, рычаги, эспандеры

Более дорогие модели оснащены стойками для рук, чтобы поддерживать равновесие, и рычагами, чтобы давать дополнительную нагрузку.

Те, что без стоек, зачастую оснащены эспандерами. Это делается для того, чтобы параллельно с кардиотренировкой можно было проработать верхнюю часть тела. С тем же успехом можно использовать гантели или другие утяжелители.

Консоли

Сейчас консолями оснащают даже самые дешевые степперы, и предоставляемого функционала вполне достаточно.

• Продолжительность тренировки.
• Количество шагов (пройденных ступенек).
• Частота шагов в минуту.
• Расход калорий.

С увеличением стоимости начинка становится лучше, к примеру, можно выбирать различные режимы тренировки и регулировать нагрузку или получить другие дополнительные параметры.

Виды степперов

Степперы разделяются по взаимосвязи педалей на два вида: с взаимозависимым ходом и независимым.

Взаимозависимый ход

Нет возможности отрегулировать нагрузку под каждую ногу, так как педали сопряжены, зато просты в своем устройстве и дешевы. Ничего плохого в том, что нагрузка для обеих ног одинакова.

Независимый ход

Есть возможность отрегулировать нагрузку на каждую из педалей отдельно, что сделает тренировку более эффективной.

На что обратить внимание при выборе эффективного степпера

Предельный вес

Перед тем как остановиться на конкретной модели, узнайте, на какой максимальный вес рассчитан тренажер, и соответствуют ли ему те, кто планирует заниматься. Дешевые модели обычно рассчитаны на 100-120 килограмм, но встречаются и от 80, лучше брать с запасом, дольше прослужит.

Поручни и рычаги

Степперы без поручней дешевле и компактнее, но если проблем с размещением нет, разумнее взять такой. Даже без опор тренироваться безопасно, но менее комфортно. Для тех, кто хочет сэкономить, в качестве опоры во время тренировки можно использовать стул со спинкой, стол или другую мебель. Как вариант, прикрепить ручки к стене, что будет отличным решением при регулярных тренировках.

Электронная начинка

Определитесь с тем функционалом, которого будет вам достаточно. Чем больше функций и показателей – тем выше цена.

Цена степпера для похудения

Большинство покупателей отталкиваются именно от этого пункта, что делает просматриваемый модельный ряд значительно уже. Определитесь, сколько вы готовы выложить за тренажер.

Задействованные мышцы

Занятия на степпере тренируют в основном нижнюю часть тела, преимущественно ноги. За счет устройства тренажера травмы коленей и голеностопных суставов, что может случится при беге, исключены. Тренажер становится универсальным, если взять в руки эспандеры или гантели, можно поддерживать в форме мышцы и ткани всего тела.

Задействованы следующие мышечные группы:

• ягодичные мышцы;
• бедра и голени (икры ног).

При условии регулярных тренировок мышцы буду держаться в тонусе, и становиться более подтянутыми.

К тому же активно задействована сердечно-сосудистая система, именно поэтому степпер относят к кардиотренажерам и он пригоден для похудения. Укрепляется сердечная мышца, что является отличной профилактикой сердечных заболеваний. Вы станете более выносливым и будете легче переносить нагрузки, весь организм работает лучше.

Сжигание калорий

Степпер отлично подходит для похудения, так как позволяет быстро сжигать калории. Расход калорий составляет 500-600 в час, кто-то умудряется сжигать по 700, всё зависит от интенсивности тренировки.

Как похудеть с помощью степпера

Реальность такова, что жировые отложения начинают сгорать только после 40 минут кардиотренировки. И это относится ко всем кардиотренажерам и аэробно нагружающим видам деятельности. Это означает, что для эффективного похудения нужно настраивать себя на 60 минутную тренировку. Естественно, к этому времени нужно идти постепенно. О том, как правильно построить тренировку, написано ниже.

Правильное питание

Для роста эффективности откажитесь от интоксикации организма, приема в пищу быстрых углеводов и других вредных продуктов. Потребляйте больше пищи с содержанием белка, это поможет ускорить процесс восстановления после тренировок: орехи, мясо, яичный белок, молочные продукты. Пейте чистую воду: 2-3 литра в день, она будет вымывать все шлаки и токсины. Начинайте утро со стакана теплой воды, результат будет впечатляющим.

Изменив свой рацион на правильный, вы станете быстрее терять свой вес, жир начнет уходить. Что касается фастфуда, от него можно отказаться сразу и с пользой для здоровья. Но резкий отказ от сахара и сладостей ни к чему хорошему не приведет. Отказывайтесь постепенно, уменьшая дозировку. Пельмени, макароны, выпечка и мучные изделия только замедлят вашу потерю веса.

Здоровый сон

Нормализуйте свой сон, норма составляет 7-8 часов хорошего ночного сна. Главное, чтобы организм успевал восстановиться. Кому-то может хватить даже 6 часов, тут всё индивидуально.

Как построить тренировку для похудения на степпере

Помните, отличного результата можно добиться даже на самом бюджетном варианте тренажера, главное упорство и правильный подход. Систематичность – путь к успеху. Составьте график тренировок и неукоснительно его соблюдайте, а занятия когда попало, не дадут результата.

Разминка

Обязательный этап в начале каждого занятия: пятиминутная ходьба в спокойном темпе с согнутыми в локтях руками. Ваши мышцы разогреются, сердце адаптируется, можно приступать к средней – основной фазе тренировки на похудение.

Фаза сжигания калорий и жира

Основная фаза тренировки должна проходить в диапазоне вашего пульса 60-70 % от максимально допустимого. Именно в этом диапазоне жировые отложения уходят лучше всего. Чтобы узнать максимальный пульс, нужно из 220 вычесть ваш возраст. Как раз на этом этапе необходим пульсометр, следите за частотой пульса во время тренировки.

Фаза затухания

Нельзя резко завершать тренировку. Для стабилизации сердцебиений, на последние 5 минут снова перейдите в медленный темп. Можно устраивать перерывы по минуте и делать гимнастические упражнения.

Существуют и другие программы тренировок на степпере, это лишь одна из многих. Если эта не принесет желаемого результата, ищите другие.

Объем нагрузок на степпере для похудения

Помните, если вы почувствовали себя плохо, немедленно завершите тренировку. Нормативы по времени и пульсу это всего лишь цифры, возможно, что вам пока что не по плечу такой объем нагрузок, сократите темп. Если при медленном и ровном темпе частота сердцебиений составляет 160-180 ударов, откажитесь от использования тренажера, заменив пешими прогулками.

Повышать объем нагрузок следует постепенно, первые тренировки должны занимать от 10 до 15 минут в невысоком темпе (40-50 шагов в минуту), дайте организму привыкнуть. Постепенно время тренировки можно увеличить до 20-40 минут с темпом 60-80 шагов в минуту. Когда и это будет даваться легко, делайте 60 минут (ведь после 40 минут кардиотренировки жир сгорает лучше всего).

Что касается расписания по дням, тут всё расплывчато. Многие ставят следующие разграничения на тренировки: по 10-15 минут — если каждый день, по 20-30 минут – 2-3 раза в неделю, по 40-60 минут – 1-2 раза в неделю. Тут всё очень индивидуально, многие могут спокойно выполнять кардиотренировки на похудение по 60 минут каждый день, и чувствовать себя прекрасно, но не вздумайте сразу же давать себе такие нагрузки, даже если чувствуете что не устали.

Для того чтобы просто поддерживать себя в форме, держать своё тело в тонусе, достаточно 30-40, а то и 15-20 минут занятий на степпере для похудения.

Как тренироваться

Как и на любом другом тренажере, для получения максимальной пользы от тренировок без риска травмироваться, нужно соблюдать некоторые правила.

Положение тела

Контролируйте положение тела во время тренировки на степпере, от этого будут зависеть ваши результаты.

• Корпус держите прямым, живот втянутым, а плечи расправленными. Поручни нужны только для того чтобы придерживаться, но никак не опираться на них. И то, придерживаются в основном на первых порах, боясь потерять равновесие. Дело в том, что опора снимает нагрузку с вашего корпуса, и вы теряете гораздо меньше калорий. Таким образом, формируется правильная осанка – как дополнительный плюс от степпера.
• Ставить ногу на носок не следует, к педали должна быть прижата вся стопа. За счет соблюдения этого правила икры и голеностопные суставы не будут перегружаться.
• Чтобы обезопасить коленные суставы, ноги всегда держите немного согнутыми в коленях: не сгибайте слишком сильно и не разгибайте до конца.

Рекомендации

Записывайте свои результаты:

• вес;
• пульс: до тренировки, во время, после. Это позволит узнать, как быстро вы адаптируетесь к нагрузкам;
• средняя частота шагов.

Надевайте легкую, удобную обувь. Одежда не должна сковывать движения, откажитесь от синтетики. Не принимайте пищу 1,5 часа до и после тренировки, лучше выпейте протеиновый коктейль или кефир.

Как разнообразить тренировки на степпере

Если к тренажеру не прилагались эспандеры, добавьте в свою тренировку маховые движения руками или упражнения с легкими гантелями, степпер это позволяет (главное, не потеряйте равновесие). Это подойдет более подготовленным личностям, которым нагрузки всё ещё мало.

Занимайтесь под музыку или телевизор, это придаст задора и мотивации в тренировках на похудение, но не забывайте следить за показателями на консоли.

Заключение

В основном эти тренажеры нравятся женщинам, так как позволяют проработать самые проблемные зоны. Они компактны, просты в эксплуатации, доступны по цене, а самое главное – дают отличные результаты!

Теги: Как похудетьКардио

Stepper Motor Loss Technology

Abstract

Растет спрос на шаговые двигатели с высоким КПД и низкими потерями, хотя ранее он был ориентирован на высокий крутящий момент. Выбор наиболее подходящего сплава и улучшение крепления многослойных сердечников позволили значительно снизить потери на пике по сравнению с обычными шаговыми двигателями. Снижение потерь в двигателе позволило обеспечить непрерывную работу, которая ранее была невозможна. Теперь можно заняться расширением использования шагового двигателя в приложениях, где другой двигатель использовался для непрерывной работы и в других целях из-за проблемы выделения тепла. Кроме того, эти двигатели очень эффективны для энергосбережения. В этой статье объясняется технология, используемая для снижения потерь в стали шагового двигателя.

1. Введение

Шаговый двигатель может точно регулировать скорость и положение в режиме управления без обратной связи. Недостатком шагового двигателя было большое тепловыделение при вращении на высокой скорости. У него есть преимущество, заключающееся в том, что его можно легко использовать. Шаговый двигатель использовался в основном для использования силы удерживающего тормоза в состоянии покоя и крутящего момента на низкой скорости. Однако в последнее время возросла еще одна потребность клиентов в возможности непрерывной работы на высокой скорости, что привело к сокращению времени цикла оборудования. Потери в двигателе значительно снижены по сравнению с обычным шаговым двигателем за счет использования подходящего ламинированного листа и метода крепления многослойного железного сердечника. В этой статье основное внимание уделяется снижению потерь шагового двигателя. Двигатель, показанный в таблице 1, выбран для обычного шагового двигателя, описанного в этой статье.

Таблица 1: Технические характеристики обычного шагового двигателя

2.

Потери шагового двигателя

2.1 Классификация потерь

На рис. 1 показаны классифицируемые потери при вращении шагового двигателя. Общие потери делятся на потери драйвера, генерируемые в драйвере, и потери двигателя, генерируемые в двигателе.
Большая часть потерь двигателя приходится на потери в меди и в стали. Потери в меди — это потери, вызванные током, протекающим по статору (обмотке статора), а потери в стали — это другие потери, вызванные изменением потока в сердечнике. Поток в сердечнике изменяется за счет вращения ротора (поля) или изменения тока статора (обмотка статора), поэтому потери в стали можно разделить на потери в стали полем и другие потери в стали обмоткой статора. В дальнейшем первые называются потерями в стали возбуждения, а вторые называются потерями в стали обмотки статора.

Рис.1: Классификация потерь

Потери в железе можно разделить на потери на вихревые токи и потери на гистерезис на основе принципа магнитной генерации. К другим потерям относятся механические потери и потери на блуждающую нагрузку. Однако в данном обсуждении они не будут учитываться, в том числе потери в железе, поскольку они достаточно малы по сравнению с потерями в железе и меди.

2.2. Field Iron Losses

На рис. 2 показана конструкция шагового двигателя. Шаговый двигатель гибридного типа использует постоянный магнит для ротора и оснащен индукторами, называемыми зубьями, на внешнем диаметре сердечника ротора и внутреннем диаметре сердечника статора. Потери в стали возникают при вращении ротора, потому что зубья периодически сталкиваются, а поток в сердечнике статора периодически изменяется. Как указано выше, это называется полевыми потерями в железе.

Рис. 2: Структура шагового двигателя

На рис. 3 показана система измерения потерь в стали возбуждения. Измеритель крутящего момента устанавливается между внешним приводным двигателем и двигателем, подлежащим измерению, и ротор вращается снаружи. Измеряют скорость вращения и крутящий момент, а потери в стали рассчитывают по выражению (1).

Рис.3: Система измерения потерь в полевом железе

W0  = (2π / 60) ·  N · T …………………………… (1)
W0   : Полевые потери в железе [Вт]
N   : Скорость вращения [об/мин]
T   : Крутящий момент [Н･м]

Как упоминалось выше, потери в железе состоят из потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис, и каждая потеря единица массы выражается следующим образом.
We  =  ce · Bm2 · t2 · k2 · N2 …………………….. (2)
Wh =  ch · Bm1.6 · k · N ……………………………….. (3)
W e  : Eddy current loss [W/kg]
W h  : Hysteresis loss [W/kg]
c e,  c h  : Iron loss constant determined по материалу
t : Толщина ламинированного листа [мм]
k : Постоянная по количеству пар полюсов
B m : Плотность потока [T]
N Скорость вращения [об/мин]

Из этих выражений следует, что потери на вихревые токи пропорциональны квадрату скорости вращения, а потери на гистерезис пропорциональны скорости вращения. Потери в железе представляют собой сумму потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис, и они должны быть пропорциональны первой ~ второй степени скорости вращения. На рис. 4 показан результат измерения потерь в железе возбуждения обычного двигателя. Она выражается выражением (4) приближенно и пропорциональна скорости вращения в 1,44-й степени.
W0 = 7,84×10-4 · N1,44 ……………………….. (4)

Рис.4: Потери в стали обычного шагового двигателя

2.3. Разделение потерь двигателя

Схема конфигурации измерения потерь показана на рис. 5. Измеритель мощности устанавливается между источником питания и приводом, а также приводом и двигателем соответственно для измерения мощности и тока.

Рис.5: Схема конфигурации измерения потерь

Предполагается, что вход драйвера, вход двигателя и выход равны Pd , Pm и Po соответственно. Разница между входом и выходом драйвера составляет общие потери Wu , а разница между входом и выходом двигателя составляет потери двигателя Wm . Каждое значение выражается следующими выражениями.
Wu = Pd – Po ……………………………………………… … (5)
Wm = Pm — Po ………………………………………… (6)

Разница между входным сигналом драйвера и входным сигналом двигателя составляет потери драйвера Wd и выражается следующим выражением.
Wd = Pd – Po ………………………………………… … (7)

Шаговый двигатель управляется драйвером, поэтому постоянный ток может протекать независимо от нагрузки. Следовательно, меньшая нагрузка вызывает большие потери.
Следовательно, оценка потерь шагового двигателя без нагрузки является самой серьезной. Если предположить, что Po=0 в выражении (5) и выражении (6), весь ввод драйвера приводит к полным потерям, а весь ввод двигателя приводит к потерям двигателя. На рис. 6 показаны потери холостого хода обычного шагового двигателя. Понятно, что потери двигателя относительно велики по сравнению с потерями драйвера.

Рис.6: Потери холостого хода обычного шагового двигателя

Далее поясняется разделение потерь двигателя. Поскольку потери двигателя в меди рассчитываются по выражению (8), потери в стали следуют выражению (9).
W c  =  n ·I2 · R ……………………………….. ……… (8)
W fe  =  Wm — Wc ……………………. ……………… (9)
Ш c  : Потери в меди [Вт]
Вт fe  : Потери в стали [Вт]
n  : Число фаз Ом]

На рис.7 показан результат разделения потерь обычного шагового двигателя на потери в меди и потери в стали. Ток двигателя, крутящий момент и потери в железе возбуждения описаны для справки.

Рис. 7: Потери обычного шагового двигателя

Хотя ток шагового двигателя поддерживается на постоянном уровне в области фиксированного тока 1000 об/мин или меньше, ток уменьшается при более высокой скорости. Это связано с тем, что напряжение для управления постоянным током становится недостаточным из-за увеличения импеданса на высокой скорости. Область, в которой ток уменьшается, называется областью постоянного напряжения.
На рис. 7 показаны максимальные потери в железе двигателя при частоте вращения около 1200 об/мин. Обычно потери в стали при вращении больше, чем потери в стали возбуждения, потому что потери в стали обмотки статора добавляются к потерям в стали возбуждения. Следовательно, разница между потерями в стали и потерями в стали возбуждения представляет собой потери в стали обмотки статора. Потери в стали статорной обмотки уменьшаются в области постоянного напряжения из-за уменьшения тока. Обычный двигатель имеет характеристику, при которой потери в стали становятся равными потерям в стали примерно при 3000 об/мин.
Хотя потери в двигателе представляют собой сумму потерь в стали и меди, потери в меди относительно малы, а потери в двигателе почти равны потерям в стали на высокой скорости. Максимальные потери обычного двигателя составляют 119 Вт, из которых потери в железе составляют 112 Вт. Это 94% потерь двигателя. Уменьшение потерь в железе рассматривается как эффективная разработка для снижения потерь шагового двигателя

3. Технология снижения потерь для шагового двигателя

3.1. Снижение потерь в железе за счет подходящего листа для ламинирования

Из выражения (2) и выражения (3) можно ожидать следующих способов снижения потерь в железе.
(i) Используется материал с небольшой константой потерь в железе ( c e , c h ).
(ii) Используется тонкий ламинированный лист.

Вышеупомянутое возможно путем изменения марки и толщины ламинированного листа.
Потери в железе на единицу массы:
Лист для ламинирования 1> Лист для ламинирования 2> Лист для ламинирования 3 > Лист для ламинирования 4
Сердечники статора были изготовлены для пробных целей с указанными выше четырьмя типами ламинированных листов, и результат сравнения их максимальных потерь показан на рис. 8. Вертикальная ось показывает соотношение, основанное на потерях двигателя в ламинированном листе 1. Для сравнивая потери по материалу, сравнивали при одинаковых условиях удерживающего крутящего момента.

В целом, чем меньше заданное значение потерь в железе, тем выше качество ламинированного листа, однако плотность потока насыщения также имеет тенденцию к снижению, когда заданное значение потерь в железе становится маленьким. Когда он используется для двигателя, крутящий момент становится меньше. Ток был отрегулирован для создания равномерного крутящего момента. Следовательно, чем меньше заданное значение потерь в железе ламинированного листа, тем больше потери в меди.

Рис.8: Соотношение материала ламинированного листа и потерь

Чем меньше заданное значение потерь в железе ламинированного листа, тем меньше потери в железе поля, однако из этого не обязательно следует, что заданное значение потери в стали ламинированного листа в условиях постоянного крутящего момента, поскольку потери в стали обмотки статора зависят от тока. Он меняет значение потерь в железе в ламинированном листе 3 и 4. Лучший ламинированный лист был выбран с учетом не только заданного значения потерь в железе ламинированного листа, но также и характеристики крутящего момента.

3.2. Снижение потерь в стали за счет подходящего метода крепления

На рис. 9 показано соотношение между методом крепления и потерями в сердечнике статора (ламинированный сердечник). При этом сердечник статора выполнен из листового проката, на который нанесено изоляционное покрытие. В настоящее время крепление с помощью ямок является наиболее распространенным методом.

Рис.9: Соотношение способа крепления и потери

Электрическая изоляция между ламинированными листами нарушена в углублениях. Благодаря этому пробою диэлектрика вихревой ток становится легко протекающим, а потери на вихревые токи возрастают больше, чем значение, рассчитанное по выражению (2). Рис. 9показана взаимосвязь способа крепления и максимальных потерь. Потери различаются в зависимости от способа крепления. Шаговый двигатель с низкими потерями использует метод крепления с небольшими потерями.

3.3. Практический пример

На рис. 10 показаны потери холостого хода шагового двигателя и драйвера с малыми потерями. На рис. 11 показано сравнение потерь с обычным шаговым двигателем при частоте вращения, при которой общие потери достигают своего максимального значения. Потери в двигателе уменьшились на 73%, а потери в драйвере на 26% по сравнению с обычным шаговым двигателем.

Рис.10: Потери холостого хода шагового двигателя с малыми потерями шагового двигателя с низкими потерями на потери в меди и потери в железе. Полевые потери в железе становятся больше, чем потери в железе на высоких скоростях более 2400 об/мин. Это означает, что ток ослабляет магнитное поле, и это состояние называется ослаблением поля.

Рис. 12: Потери двигателя шагового двигателя с малыми потерями

На рис. 13 показан результат сравнения потерь с обычным шаговым двигателем при скорости вращения, которая максимизирует потери двигателя. Хотя потери в меди увеличились по сравнению с обычным шаговым двигателем, поскольку ток регулируется для обеспечения равномерности крутящего момента, потери в стали статора уменьшены на 81%, потери в стали возбуждения — на 73%, а потери двигателя — на 72% по сравнению с обычный шаговый двигатель.

Рис. 13: Сравнение с обычным шаговым двигателем

Рис. 14 показывает повышение температуры корпуса двигателя на скорости с максимальными потерями. При этом измерении прилагается радиатор, эквивалентный алюминиевой пластине размером 250 мм x 250 мм 6 мм. Температура обычного шагового двигателя поднялась до 60 ℃ примерно за 5 минут. Если бы после этого вращение продолжилось, катушки в статоре сгорели бы. С другой стороны, температура шагового двигателя с низкими потерями составляет менее 60 ℃. Катушки не сгорают.

4.

Потери при позиционировании

При подключении радиатора, эквивалентного алюминиевой пластине размером 250 мм x 250 мм x 6 мм, допустимое рассеивание мощности шагового двигателя с малыми потерями составляет около 40 Вт при температуре окружающей среды. Поскольку максимальное рассеивание мощности шагового двигателя с низкими потерями составляет 32 Вт, его можно использовать непрерывно в вышеупомянутых условиях.
Однако теперь мы обсудим потери в операции позиционирования, поскольку шаговый двигатель используется в основном для операции позиционирования.

4.1. Характеристики потерь
На рис. 15 показано соотношение нагрузки и скорости вращения. Для шагового двигателя на рис. 15 пиковое значение потерь двигателя уменьшается при увеличении нагрузки, однако изменение нагрузки мало, а изменение скорости вращения больше.
Потери выражаются функцией скорости вращения и момента нагрузки. Следовательно, потери можно рассчитать по крутящему моменту и скорости вращения.

Рис.15: Характеристики потерь шагового двигателя с малыми потерями

4.2. Расчет потерь

На рис. 16 показана схема скорости при типичной операции позиционирования. Эта схема работы ускоряется до скорости вращения Nm за время ускорения t1, затем вращается с постоянной скоростью в течение времени t2, замедляется за время торможения t3 и останавливается. Эта схема работы называется трапециевидным приводом, и площадь трапеции показывает величину вращения. Обычно такие приложения, как осмотр, сборка и т. д., выполняются во время остановки t4 после завершения позиционирования, и начинается следующая операция. Время tc — это время от пуска до следующего пуска, которое называется временем цикла. При большом тепловыделении необходимо установить более длительное время остановки для охлаждения.

Рис. 16: Характеристика скорости в операции позиционирования

На рис. 17 показана характеристика крутящего момента, когда он управляется характеристикой скорости на рис. 16. Крутящий момент TL для составляющей крутящего момента нагрузки необходим при постоянной скорости время, а ускоряющий момент Ta и тормозной момент Td необходимы в течение времени ускорения/торможения.

Рис. 17: График крутящего момента в режиме позиционирования

Как описано выше, потери шагового двигателя зависят от скорости вращения, поэтому график потерь можно показать на Рис. 18.

Рис. 18: Схема потерь в операции позиционирования

Когда предполагается, что мгновенное максимальное значение потерь равно w(t), среднее значение потерь за цикл рассчитывается по следующему выражению.
……………………………….. (10)

4.3. Результат расчета

Потери двигателя рассчитываются, когда самая короткая операция позиционирования выполняется с присоединенной инерционной нагрузкой J=2,5×10-4 кг･м2 (90 мм в наружном диаметре, 5 мм в толщине и материал из железа). Таблица 2 приводится путем расчета схемы работы, для которой время позиционирования является самым коротким с учетом коэффициента безопасности.

Таблица 2: Схема работы

Из выражения (10) вычисляются потери в каждой схеме работы, и Рис. 19в качестве примера показан результат расчета схемы скорости и потери, когда число оборотов составляет два оборота.

Рис. 19: Пример расчета

На рис. 20 показана зависимость между числом оборотов и потерями двигателя. Когда величина вращения равна 0,1, разница потерь не так велика. Но когда количество вращения увеличивается, разница становится большой.

Рис. 20: Зависимость частоты вращения от потерь двигателя

Для обычного шагового двигателя требуется прерывистый режим работы или охлаждение вентилятором даже при выполнении операции позиционирования, поскольку при увеличении числа оборотов потери увеличиваются примерно до 80 Вт. Для двигателя с низкими потерями время остановки для охлаждения не требуется, поскольку потери составляют всего около 24 Вт, даже при увеличении числа оборотов. Следовательно, непрерывная операция позиционирования достигается при любой величине вращения.

5. Резюме

Хотя у обычного шагового двигателя была проблема с большим выделением тепла, потери шагового двигателя будут значительно уменьшены за счет технологии с меньшими потерями. Стало возможным использовать шаговый двигатель в приложениях, требующих непрерывного движения с постоянной скоростью, что было невозможно до сих пор. Количество приложений, для которых может подойти шаговый двигатель, безусловно, увеличится. При применении эти двигатели очень эффективны для энергосбережения.

Замыкание контура для более энергоэффективной работы шагового двигателя

Шаговые двигатели отличаются простотой, отличным расположением и экономичностью. Они становятся все более популярными для использования в общих задачах автоматизации, включая индексацию, позиционирование, вставку, подачу по длине и многое другое. С появлением работы с замкнутым контуром они также находят применение в приложениях для управления силой и крутящим моментом.

При использовании шаговых двигателей пользователи должны понимать, как обращаться с определенными характеристиками, чтобы оптимизировать их работу. Например, традиционные системы с шаговыми двигателями работают в режиме управления без обратной связи. Это означает, что электроника привода постоянно подает ток на двигатель независимо от того, требует ли нагрузка крутящего момента. Что происходит с этим током, когда нет потребности в крутящем моменте? Он теряется в виде тепла.

Может показаться, что потеря мощности классифицирует шаговые двигатели с разомкнутым контуром как неэффективные устройства. Хотя системы с шаговыми двигателями очень эффективны при создании крутящего момента, они могут не работать эффективно, когда это не так. Однако создание более экологичной и эффективной системы с шаговым двигателем для всех ситуаций просто предполагает замыкание токовой петли.

Энергосберегающее решение

Интегрированные двигатели StepSERVO обладают многочисленными преимуществами по сравнению с традиционными системами шаговых двигателей с разомкнутым контуром, включая более высокий крутящий момент, более быстрое ускорение, большую производительность, снижение шума и большую эффективность.

Системы шаговых двигателей с замкнутым контуром автоматически уменьшают ток двигателя, когда нагрузка не требует крутящего момента, используя следующее:

1. Обычное устройство обратной связи, такое как инкрементный энкодер, для контроля заданного положения вала по сравнению с фактическим положением.
2. Алгоритмы управления током, динамически управляющие током двигателя на основе информации об ошибке, предоставляемой устройством обратной связи.

Общее снижение тока, достигаемое при использовании этого подхода, экономит энергию по сравнению с обычными системами с шаговыми двигателями и значительно повышает эффективность двигателя. Это можно увидеть в действии с помощью простого теста.

Измерение энергопотребления

Рис. 1: Представлено энергопотребление шаговых систем с разомкнутым контуром в сравнении с системами с замкнутым контуром.

Рассмотрим параллельное сравнение традиционной системы шагового двигателя с разомкнутым контуром и полностью замкнутой системы с инкрементным энкодером и программным обеспечением управления сервоприводом, которые замыкают токовую петлю шагового двигателя. За исключением энкодера и прошивки, два двигателя идентичны. Они также соединены с идентичными вращательными нагрузками и должны выполнять один и тот же профиль движения. Потребляемая мощность каждой системы затем измеряется с помощью измерителя мощности, при этом показания снимаются с течением времени, когда два двигателя многократно повторяют свои профили движения. Данные со счетчика собираются и сравниваются.

Разница очевидна

На рис. 1 выше показаны данные, полученные в результате параллельного сравнения энергопотребления системой шагового двигателя с разомкнутым контуром и системой с замкнутым контуром. На диаграмме показано, что система шагового двигателя с замкнутым контуром будет потреблять всего лишь треть мощности традиционной системы шагового двигателя при выполнении той же работы. Замкнув токовую петлю, шаговый двигатель может работать с меньшей мощностью, повышенным КПД, меньшими затратами и с меньшим временем простоя из-за устранения чрезмерного нагрева двигателя.

Наглядное сравнение шаговых двигателей с замкнутым и разомкнутым контуром StepSERVO используется для демонстрации различий в производительности, таких как повышение энергоэффективности, обеспечиваемое двигателем с замкнутым контуром и приводными системами.