Stepper motor: princip rada, krug, opis, karakteristike

U suvremenom elektrotehniku ​​koriste se mnogi različiti uređaji, od kojih su neki namijenjeni automatizaciji tehnoloških operacija. Ovo je također i uskomljeni motor. Načelo rada i uređaj ovog uređaja opisani su u članku.

Što je to?

Ovo je naziv elektromehaničkog uređaja koji se koristi za prijenos kontrolnog signala u mehaničko kretanje rotora. Svaki pokret završava fiksiranjem u strogo definiranom položaju. Uređaj je kutni ili linearan. Važno je zapamtiti da stepar motor, načelo rada koji će biti opisan u nastavku, je sinkroni uređaj.

Sustavi upravljanja otvorenim kružnicama (bez povratnih informacija)

Najčešće se ta oprema kontrolira posebnim elektroničkim krugom. Služi samo iz AC izvora. Takvi se motori često koriste u krugovima gdje je potrebna kontrola brzine. To izbjegava potrebu korištenja skupe i složene povratne petlje, a zaštita motora postaje jednostavnija (samo je potrebno osigurati brzu de-energizaciju).

Ovo načelo rada se koristi u krugovima otvorene petlje. Treba imati na umu da je ova shema (bez povratne petlje) ekonomski povoljna, ali ima niz značajnih ograničenja.

Dakle, rotacija rotor je prilično nestabilna, vibracijska, zbog čega brzina i druge karakteristike gibanja ne mogu ni na koji način biti točne kao što su u DC motorima s povratnom petljom. Kako bi se proširio opseg motora s uskom trakom, potrebno je pronaći načine za smanjenje vibracija.

Konfiguracija sustava

Kako bismo bolje razumjeli konstrukciju stepenastog motora i načelo njegovog rada, moguće je razmotriti shemu funkcioniranja uređaja pod njegovom kontrolom, koja je korištena prije 20 godina za izradu kartica za probijanje. U tu su svrhu univerzalno primijenjene tri i četiri faze. Sada ćemo razmotriti shemu prvog.

Već smo spomenuli da rotor motora rotira određenu udaljenost kao odgovor na svaki kontrolni impuls. Vrijednost ove rotacije izražava se u stupnjevima i naziva se korakom. Logički krug je uključen tijekom prijema signala, nakon čega odmah određuje fazu potrebnu za aktivaciju. Nakon toga, šalje svoj signal pretvaraču odgovornoj za trenutnu vrijednost kojom se koriste motori usisavača. Karakteristike ove opreme uključuju uporabu različitih tipova upravljačkih krugova. U pravilu, potonji se montiraju iz široko korištenih tranzistora, iako su relativno nedavno za tu svrhu korišteni integrirani krugovi. Uz visoki izlazni potencijal, potrebna je faza namotavanja (prva, na primjer) automatski uzbudena. Ako se potencijal smanjuje, faza se automatski isključuje. Tako se ostvaruje zaštita električnog motora.

Faze su označene rednim brojevima 1, 2, 3 itd. slovima A, B, C itd. Potonja se mogućnost upotrebljava samo u slučaju nekih dvostupanjskih motora. Dakle, samo jedna faza od dva, tri ili četiri dostupna (ovisno o vrsti motora) je uzbuđena u bilo kojem određenom vremenu. U objašnjavanju načela rada takvog uređaja, ova se okolnost neprekidno spominje, ali je nužno shvatiti da ova shema uopće nije idealna metoda kontrole.

Korak i povećanje

Najjednostavnija varijanta je unos pojedinačnih impulsa iz upravljačkog kruga. U tom slučaju, na primjer, motor istodobno okreće glavni lančanik transportera za neku udaljenost naprijed. Treba napomenuti da kada se masivni mehanizam napaja samo jedan korak, problem vibracija dodatno se pogoršava, a znatna se inertnost osjeća.

U takvim slučajevima, mnogo je opravdano koristiti koračni motor, koji može napraviti nekoliko pokreta za jedan kontrolni puls. Također ne boli koristiti zvjezdicu s manjim zubima. Usput, svaki takav pokret zove se prirast.

U slučajevima koje smo opisali, inkrement je jednak jedan i nekoliko koraka. Nakon svakog ciklusa, motor se zaustavlja neko vrijeme, nakon čega se sve opet ponavlja. To se zove inkrementalni pomak i inkrementalno upravljanje.

Ako se jedno gibanje izvodi u nekoliko koraka (kao što smo već gore raspravljali), i ne može biti nikakvih oscilacija rotora. Kada je kretanje u jednom koraku, oscilacije se moraju ugasiti pomoću posebnog elektroničkog uređaja. Općenito stepper motori (čija obilježja Razmatramo) su visoke tehnologije uređaji za njihov rad zahtijeva puno složene elektroničke „nadjev”.

Opće načelo upravljanja

Za jedan korak broj koraka je više od četiri puta u nekim proizvodnim linijama, transporteri. Kada se podaci s uređaja za pohranu (unutarnja flash memorija, tvrdi disk računala) šalju kontroleru, oni se izvode blokiraju po blok. Svaki od njih sadrži strogo određeni broj simbola (32, 48 ili 64), a u različitim sustavima i različitim namjenama uređaja ovaj se broj može jako razlikovati.

Nije iznenađujuće, u posljednjih nekoliko godina, domaći proizvodi temeljeni na Arduino mikrokomuniku postali su uobičajeni. Stepper motor u ovom dizajnu je idealan jer se u takvom paketu može prilagoditi i kao elektrana za igračku, te za prilično složenu industrijsku opremu.

Blok podaci se prenose prije njegove upotrebe u poluvodičkoj memoriji kontrolera, a zatim počinje pokret u skladu s uputama koje su zabilježene u prvom bloku podataka (prije spajanja električni motor je potrebno da saznate ove karakteristike).

Nakon izvršenja uputa, sustav počinje čitati drugu skup podataka. Ako se svako kretanje sastoji od mnogo malih koraka, mora se postaviti dodatna kaskada ispred glavnog kontrolera. Najčešće se njezine funkcije izvodi kontrolom unosa. Ona šalje podatke na drugu kontrolnu petlju u određenom intervalu koju određuje sustav (Arduino). Stepper motor u ovom slučaju je zaštićen od preopterećenja po zahtjevima.

Neke specifičnosti korištenja SD-a

Reći ćemo vam o nekim nijansama korištenja stepenastog motora, a također dati definiciju pojmova koji se često koriste u ovom području:

- Mali kut koraka. Kao što već znate, nakon svakog kontrolnog impulsa, rotor motora rotira do određenog stupnja. Što je manji korak, to je veća izravna brzina. Važno je znati da motori sa stezaljkama mogu vrlo dobro osigurati vrlo mali korak. Broj koraka u ovom slučaju je broj okretaja po koraku, a ta je vrijednost vrlo važna za inženjere. Izračunava se prema sljedećoj formuli:

S = 360 / theta-S, gdje je S broj koraka, theta- je kut nagiba (kut rotacije).

U većini slučajeva, pogon motora na stepenicama može izvršiti 96, 128 ili 132 stupnjeva po revoluciji. Četirifazni modeli ponekad imaju vrijednost od 200. Rijetki tipovi preciznih motora u jednoj revoluciji mogu učiniti samo 500 ili 1000 stupnjeva odjednom. Međutim, za jednostavne sorte to je nedostižno jer je njihov kut rotacije 90, 45 ili 15 °.

- Visoka točnost brzine. Taj parametar određuje ukupnu kvalitetu uređaja. Već znate da operacija koračnog motora uključuje njegovo zaustavljanje i popravljanje u određenom položaju nakon izvršenja podatkovnog bloka. Naravno, konvencionalna mehanika nedvosmisleno nam govori da je zbog inercije, sile trenja i drugih čimbenika moguća odstupanja od zadanih parametara.

Borba protiv neželjenih pojava

Zračni razmak između rotora i statorskih zuba uvijek je minimalan za povećanje krutosti pričvršćivanja. Upravo točnost pozicioniranja ovisi o karakteristikama samo invertera, budući da su to znatno manje utječu na druge faktore.

I sada je potrebno razmotriti niz važnih karakteristika i koncepata, kao što je maksimalni statički moment, položaji "mrtvog" rotora i točnost pozicioniranja svih tih položaja. Za definiranje gore navedenih pojmova postoje dva opće prihvaćena zajednička koncepta.

Maksimalni statički učinak

Kao što smo već rekli, istodobno ima dva mjesta:

• Zadržavanje. Ovo je najveći dopušteni učinak koji se teoretski može primijeniti na osovinu već uzbuđenog stepper motora bez pojave gibanja.
• Učvršćivanje. Prema tome, to je i maksimalni statički učinak koji se teoretski može primijeniti na osovinu neiskrenog motora bez nastupanja naknadne rotacije.

Što je veći moment okretanja, to je niža vjerojatnost položajnih grešaka uzrokovanih nepredvidivim opterećenjem (kondenzatori za motore, na primjer, propali). Potpuni zakretni moment moguće je samo u onim modelima motora u kojima se koriste trajni magneti.

Mrtvi položaji rotora

Postoje tri mjesta odjednom, u kojem se rotor potpuno zaustavlja:

• Položaj ravnoteže. To u potpunosti zaustavlja uzbudljivi stepper motor.
• Fiksacija. Također stanje u kojem rotor prestaje. Ali ovaj koncept se koristi samo za one motore u kojima dizajn ima trajni magnet.
• U suvremenim modelima motora s stepenicama, koji su u skladu sa svim normama zaštite okoliša i energetske sigurnosti, kada je rotor zaustavljen, namotaj je potpuno isključen.

O točnosti pozicioniranja

Konačno, razgovarajmo o najvažnijem konceptu. Radi se o točnosti pozicioniranja. Može se pretpostaviti koliko je važno u radu složene industrijske opreme. Postoje dva važna pojma:

• Pogreška u kutnom položaju. To je definirano kao pozitivno ili negativno odstupanje od normativnog kutnog stanja, što se vrlo često promatra u slučajevima prijelaza rotora s jednog mjesta u drugi. U pravilu je krivnja inercije, kao i slaba ugradnja dijelova.
• Točnost pozicioniranja. To je maksimalna vrijednost pogrešaka u kutnom položaju rotora, koji se javljaju tijekom cijelog razdoblja koračnog pomicanja.

Važno! Pronađite regulatorne informacije za svaku kategoriju motora na stepenicama mogu biti na službenoj stranici njihovih proizvođača i iz referentne dokumentacije koja je priključena na takve proizvode. Vrijednost pogreške u pravilu je u rasponu od +0,08 do -0,03. Jednostavno rečeno, točnost pozicioniranja izračunava se kao zbroj ovih dvaju indikatora: 0,08 ° + 0,03 ° = 0,11 °.

Stoga je motor uslijed korača, čiji je princip rada opisan, odnosi na visoko preciznu opremu.

Visoki omjer elektromagnetnog momenta do trenutka inercije

Kao što možete zamisliti, od pokretnog motora zahtijeva se pokretanje pokreta što je prije moguće nakon što kontrolni impuls stigne do upravljača. Trebalo bi se zaustaviti jednako brzo, uz visoku točnost pozicioniranja. Ako se tijekom kretanja prekine upravljački impuls, motor će prestati raditi u položaju određenom posljednjim pulsom.

Također treba imati na umu da je omjer elektromagnetnog momenta do momenta inercije rotora u SH trebao biti mnogo veći nego kod konvencionalnih električnih motora.

Brzina koraka i frekvencija impulsa

Budući da je brzina vrtnje u SM je zapravo niz koraka po jedinici vremena, umjesto izraza „brzinu” u literaturi često moguće zadovoljiti definiciju „Stepping brzina”. Prije spajanja motora, potrebno je pročitati o ovim nijansama.

Budući da je u većini motora s stepenicama ta frekvencija jednaka broju kontrolnih impulsa, ne treba se iznenaditi zbog neuobičajene oznake u tehničkim referentnim knjigama. Preciznije, za takve motore, mjerna jedinica je često hertz (Hz).

Važno je shvatiti da brzina brzine stvarne brzine rotora ne odražava ni na koji način. Stručnjaci vjeruju da nema razloga da se u opisu motora neprekidno koriste isti broj okretaja u minuti, koji se koristi za opisivanje tehničkih karakteristika konvencionalnih električnih motora. Odnos između stvarne brzine vrtnje i analognog koraka izračunava se sljedećom formulom:

n = 60f / S, pri čemu je n brzina rotacije, izražena u okretajima u minuti-f je brzina koračanja-S je broj koraka.

Usput, kako odrediti potrebne kondenzatore za električne motore? Vrlo je jednostavno! Dovoljno je samo koristiti ovu formulu:

= 66middot-Ромм

Lako je pogoditi što znači Rnom nazivna snaga električni motor u kW.

Najjednostavnija shema za spajanje motora EM-178

I sada ćemo uzeti u obzir najjednostavniju povezanost motora na usponu pomoću modela EM-178 kao primjer, koji se naširoko koristi u industrijskim pisačima.

Nije jednostavno napisati posao jednostavno zato što postoje milijuni vrlo različitih modela čija obilježja imaju značajne razlike.

Trenutno se koriste razne vrste električnih motora ovog dizajna. U ovom članku ćemo raspravljati o najčešćim.

Jet motori

To je ovaj niz uređaja koji su naširoko koristi do danas. Zapravo, gotovo je standard trofazni motor, na čijem se statoru nalazi šest zuba. Jednostavno rečeno, svaka dva zglobova koji se međusobno suprotstavljaju pripadaju istoj fazi. Koristi se serijska ili paralelna veza njihovih zavojnica.

Što se tiče rotora, na njemu se nalaze samo četiri zupca. Najčešće proizvođači statora i rotora proizvode magnetsku meku tvar, no često je moguće zadovoljiti samo masive rotore od običnih metala. Stvar je u tome što postoji samo jedan važan uvjet za tvari koje idu u njihovu proizvodnju: one moraju pružiti najbolju provodljivost magnetskog polja. Ovo je iznimno važno ako se raspravljalo o stepenastom motoru: princip rada je izravno povezan sa snagom magnetskog polja.

Uređaji s trajnim magnetima

Kao rotor koristi se magnet cilindričnog oblika, na statoru postoje četiri zuba s pojedinačnim namotom. Kako bi se korak koraka snažnije smanjio, kod ovih modela pokretnih motora potrebno je povećati broj polova rotora i broj zuba na statoru. Međutim, treba imati na umu da oba ova parametra imaju prilično stroga fizička ograničenja. U posljednjem stavku našeg članka postoje informacije o njihovom alternativnom dizajnu (bipolarni pasparator), ali takvi modeli ne mogu se tako često naći.

Kao što smo već rekli, uređaji za hodanje sa stalnim magnetima zaustavljaju se u strogo fiksiranom položaju čak iu slučajevima kad se napona od namota ukloni. U tom slučaju pokreće se isti mehanizam za zaključavanje koji smo ranije spomenuli, položaj fiksacije.

Korištenje trajnih magneta opravdano je s mnogih gledišta, ali istodobno njihova primjena može odmah dovesti do nekoliko problema. Prvo, njihova je cijena daleko od pristupačne. Usput, koliko je takav motor? Cijena modela s permanentnim magnetima prelazi 100 tisuća rubalja.

Drugo, maksimalna gustoća magnetskog polja ne mora biti previsoka jer je ta vrijednost ograničena magnetizacijom samog nosača. Dakle, relativno jeftini trajni feritni magneti ne dopuštaju dobivanje više ili manje dovoljne jakosti polja. A koje su druge vrste električnih motora koji rade na ovom principu?

Hibridne instalacije

Postoji još jedna vrsta stepper motora, djelomično koristeći isti princip. Hibridni modeli rade s obje reaktivne i magnetskim motorima.

Rotor ima gotovo isti dizajn kao i reaktivni SD, ali ovdje namotaji proizvode malo drugačiji sustav. Činjenica je da kod svakog namota pola dolazi samo u jednoj zavojnici (trofazni SD). Nije teško pogoditi da su dva zavojnica već rana u četiri faze modela. Krivulje se provodi prema bifilarnoj shemi. Posebnost je da se tijekom uzbude na zavojnicama stvara magnetsko polje različitih polariteta (bipolarni pasparorski motor).