Koračni motor: princip delovanja, vezje, opis, značilnosti

V sodobnem elektrotehniki se uporabljajo veliko različnih naprav, nekatere so namenjene avtomatizaciji tehnoloških operacij. To je tudi koračni motor. Načelo delovanja in napravo te naprave so opisane v članku.

Kaj je to?

To je ime elektromehanske naprave, ki služi za prenos krmilnega signala v mehansko gibanje rotor. Vsako gibanje se konča s pritrditvijo v strogo določenem položaju. Naprava je kotna ali linearna. Treba je spomniti, da je steper motor, načelo delovanja ki bo opisana spodaj, je sinhronska naprava.

Kontrolni sistemi z odprto zanko (brez povratne informacije)

Najpogosteje to opremo nadzira posebno elektronsko vezje. Krmarja le iz vira izmenične napetosti. Takšni motorji se pogosto uporabljajo v tokokrogih, kjer je potreben nadzor hitrosti. S tem se izognemo potrebi po uporabi drage in zapletene povratne zanke, zaščita motorja pa postane enostavnejša (zagotoviti je le hiter odklop energije).

To načelo delovanja se uporablja v krogih z odprto zanko. Treba je opozoriti, da je ta shema (brez povratne zanke) ekonomsko ugodna, vendar ima številne pomembne omejitve.

Tako, vrtenje rotorja je relativno nestabilen, nihajni, zaradi česar se vrtilna frekvenca in druge značilnosti gibanja v nobenem primeru ne sme biti tako pravilno, kot je mogoče, ki so v enosmernih motorjev s povratno zanko. Če želite razširiti obseg koračnega motorja, morate poiskati načine za zmanjšanje vibracij.

Konfiguracija sistema

Da bi bolje razumeli strukturo vmesnega motorja in njegovo načelo delovanja, je možno, da preuči delovanje naprave v okviru svoje krmilno vezje, ki je pred približno 20 leti je bila uporabljena za izdelavo preluknjanih kartic. V ta namen so bili splošno uporabljeni tri- in štirifazni SD-ji. Sedaj bomo obravnavali shemo prvega.

Omenili smo že, da rotor motorja vrti določeno razdaljo kot odgovor na vsak kontrolni impulz. Vrednost te rotacije je izražena v stopinjah in se imenuje korak. Logično vezje se vklopi med sprejemom signala, po katerem takoj določi fazo, potrebno za aktiviranje. Nato pošlje svoj signal pretvorniku, odgovornemu za trenutno vrednost, ki jo koračni motor uporablja. Značilnosti te opreme vključujejo uporabo različnih vrst krmilnih vezij. Praviloma so slednji nameščeni iz široko uporabljenih tranzistorjev, čeprav so bili v zadnjem času za ta namen uporabljeni integrirana vezja. S svojim visokim izhodnim potencialom je potrebna faza navijanja (na primer prva) samodejno vzburjena. Če se potencial zmanjša, se faza samodejno izklopi. Tako je zagotovljena zaščita električnega motorja.

Faze označujemo z rednimi številkami 1, 2, 3 itd. bodisi s črki A, B, C itd. Zadnja možnost se uporablja le pri nekaterih dvofaznih motorjih. Tako je v določenem času navdušena samo ena faza dveh, treh ali štirih razpoložljivih (odvisno od vrste motorja). Pri pojasnjevanju načel delovanja takšne naprave se ta okoliščina nenehno navaja, vendar je treba razumeti, da ta shema sploh ni idealna metoda nadzora.

Korak in povečanje

Najpreprostejša različica je dovajanje posameznih impulzov iz krmilnega tokokroga. V tem primeru, na primer, je motor naenkrat obrne traku pogonskega zobnik na neki razdalji naprej. Opozoriti je treba, da je pri uporabi ogromen mehanizem naprej samo en korak naprej zaostruje problem vibracij, in precejšnja vztrajnost to dogaja.

V takih primerih je veliko bolj upravičeno, da uporabite koračni motor, ki lahko naredi več premikov za en krmilni impulz. Prav tako ne boli za uporabo zvezdice z manjšimi zobmi. Mimogrede, vsak takšen premik se imenuje prirastek.

V primerih, ki smo jih opisali, je prirast enak enemu ali več korakom. Po vsakem ciklu se motor ustavi nekaj časa, po katerem se vse ponovi. To se imenuje inkrementalno gibanje in inkrementalno krmiljenje.

Če se eno gibanje izvede v več korakih (kot smo razpravljali zgoraj), in morda ne bo nobenih nihanj rotorja. Ko je gibanje v enem koraku, morajo biti oscilacije ugasnjene s pomočjo posebne elektronske naprave. Na splošno so koračni motorji (značilnosti, ki jih razmišljamo) pripadajo vrhunskim napravam, saj njihovo delo zahteva veliko zapletenih elektronskih "polnjenja".

Splošno načelo upravljanja

Pri enem povečanju je število korakov več kot štirikrat v nekaterih proizvodnih linijah, transporterjih. Ko se krmilniku pošljejo podatki iz naprave za shranjevanje (notranji pomnilnik flash, trdi disk računalnika), se izvajajo blok po blokih. Vsak od njih vsebuje natančno določeno število simbolov (32, 48 ali 64), v različnih sistemih in za različne namene naprave pa se ta številka močno razlikuje.

Ni presenetljivo, da so v zadnjih letih domači izdelki, ki temeljijo na mikroračunalništvu Arduino, postali pogosti. Koračni motor je idealen za tega modela, saj je v tako vezan, da lahko sprejme tako kot pogonskim sistemom za igrače, in za precej zapleteno industrijske opreme.

Podatkovni blok se prenese pred njegovo uporabo v spomin polprevodnikov upravljavca, nato pa se začne gibanje v skladu z navodili, ki so bile zabeležene v prvem bloku podatkov (pred priključitvijo je potrebno električni motor, da ugotovite, te lastnosti).

Po izvedbi navodil sistem začne prebrati drugi niz informacij. Če je vsak gibek sestavljen iz številnih majhnih korakov, je treba pred glavnim krmilnikom namestiti dodaten kaskad. Najpogosteje njene funkcije izvaja krmilnik vnosa. Pošlje podatke v drugo krmilno zanko v določenem intervalu, ki ga določi sistem (Arduino). Koračni motor v tem primeru je zaščiten pred preobremenitvijo z zahtevami.

Nekaj ​​specifičnosti uporabe SD

Povedali vam bomo o nekaterih odtenkih uporabe koračnih motorjev in tudi definicijo izrazov, ki se pogosto uporabljajo v tem polju:

- Majhen korak koraka. Kot že veste, se po vsakem krmilnem impulzu rotor motorja vrti v določeni meri. Manjši je korak, večja je lahko neposredna hitrost. Pomembno je vedeti, da koračni motorji zelo dobro zagotovijo zelo majhen korak. Številka koraka v tem primeru je število vrtljajev na korak, ta vrednost pa je zelo pomembna za inženirje. Izračuna se po naslednji formuli:

S = 360 / theta-S, kjer je S število korakov, theta- je kot naklona (kota vrtenja).

V večini primerov lahko koračni pogonski motor izvede 96, 128 ali 132 korakov na vrtenje. Štietfazni modeli imajo včasih vrednost 200. Redki tipi natančnih motorjev v eni revoluciji lahko naredijo le 500 ali 1000 korakov hkrati. Vendar pa je za preproste sorte to nedosegljivo, saj je njihov rotacijski kot 90, 45 ali 15 °.

- Visoka natančnost hitrosti. To je parameter, ki določa splošno kakovost naprave. Že veste, da delovanje koračnega motorja vključuje njegovo ustavitev in določitev v določenem položaju po izvedbi podatkovnega bloka. Seveda konvencionalna mehanika nedvoumno govori, da so zaradi vztrajnosti, sile trenja in drugih dejavnikov možni vsi odstopanja od danih parametrov.

Boj proti neželenim pojavom

Razdalja med rotorjem in zobom statorja je vedno minimalna, da se poveča togost fiksacije. Točnost pozicioniranja je odvisna od značilnosti samo pretvornika, saj ga drugi dejavniki močno prizadenejo.

In zdaj je treba upoštevati številne pomembne značilnosti in koncepte, kot so največji statični moment, položaji "mrtvega" rotorja in natančnost pozicioniranja vseh teh položajev. Za opredelitev zgornjih izrazov so naenkrat dva splošno sprejeta skupna koncepta.

Največji statični učinek

Kot smo že povedali, ima na enem mestu dva položaja:

• Omejitev. To je največji dopustni učinek, ki se lahko teoretično uporabi na gredi že vzbujenega koračnega motorja brez pojava gibanja.
• Pritrditev. Skladno s tem je tudi najvišji statični učinek, ki se lahko teoretično uporabi na gredi neizkoriščenega motorja brez pojava naknadne rotacije.

Višji moment privijanja, manjša je verjetnost pozicijskih napak, ki jih povzroča nepredvidljiva obremenitev (na primer kondenzatorji za motorje). Popoln pritrdilni navor je možen le pri tistih modelih motorjev, v katerih se uporabljajo trajni magneti.

Položaji mrtvih rotorjev

Hkrati so tri položaje, v katerih se rotor popolnoma ustavi:

• Položaj ravnovesja. Popolnoma ustavi navdušeni koračni motor.
• Pritrditev. Tudi stanje, v katerem se rotor ustavi. Toda ta koncept se uporablja samo za tiste motorje, v katerih ima konstrukcija permanentni magnet.
• V sodobnih modelih koračnih motorjev, ki so v skladu z vsemi normativi okoljske in energetske varnosti, ko se rotor ustavi, je navit popolnoma brez energije.

O natančnosti pozicioniranja

Končno, govorimo o najpomembnejšem konceptu. Gre za natančnost pozicioniranja. Ugibamo, kako pomembno je v delovanju kompleksne industrijske opreme. Obstajata dva pomembna pojma:

• Kotna napaka položaja. Opredeljen je kot pozitiven ali negativen odklon od normativnega kotnega stanja, ki se pogosto opazi pri prehodu rotorja iz enega položaja v drugega. Praviloma je kriva krivda, pa tudi slabo opremljanje delov.
• Natančnost pozicioniranja. To je največja vrednost napak kotnega položaja rotorja, ki se pojavijo v celotnem obdobju koračnega gibanja.

Pomembno! Iskanje predpisanih informacij za vsako kategorijo koračnih motorjev je lahko na uradni strani njihovih proizvajalcev in iz referenčne dokumentacije, ki je priložena tem izdelkom. Praviloma je vrednost napake v razponu od +0.08 do -0.03 °. Preprosto povedano, natančnost pozicioniranja se izračuna kot vsota teh dveh indikatorjev: 0.08 ° + 0.03 ° = 0.11 °.

Tako koračni motor, katerega princip delovanja opisujemo, nanaša na visoko precizno opremo.

Visoko razmerje elektromagnetnega momenta do trenutka vztrajnosti

Kot si lahko predstavljate, je potrebno od koračnega motorja, da začne gibanje čim prej, potem ko pride krmilni impulz na krmilnik. Prenehati bi se morala tako hitro, z visoko natančnostjo pozicioniranja. Če se med premikom prekine krmilni impulz, motor neha delovati v položaju, ki ga določi zadnji impulz.

Upoštevati je treba tudi, da bi bilo razmerje med elektromagnetnim momentom in vztrajnostnim momentom rotorja v SH veliko veliko večje kot pri običajnih električnih motorjih.

Stopenjska hitrost in frekvenca impulza

Ker hitrost SD dejansko predstavlja število korakov na enoto časa, namesto pojma "hitrost vrtenja" v specializirani literaturi, je pogosto mogoče najti definicijo "hitrost koraka". Pred priključitvijo motorja je potrebno prebrati o teh odtenkih.

Ker je v večini koračnih motorjev ta frekvenca enaka številu kontrolnih impulzov, ne smemo biti presenečeni nad nenavadnim imenom v tehničnih referenčnih knjigah. Natančneje, za takšne motorje je merska enota pogosto hertz (Hz).

Pomembno je razumeti, da stopenjska hitrost dejanske hitrosti rotorja nikakor ne odraža. Strokovnjaki menijo, da ni nobenega razloga, da v opisu stopenjskih motorjev ne bi uporabljali enakega števila vrtljajev na minuto, ki se uporablja pri opisovanju tehničnih lastnosti konvencionalnih električnih motorjev. Razmerje med dejansko hitrostjo vrtenja in njegovim korakom analoga se izračuna po naslednji formuli:

n = 60f / S, pri čemer je n vrtilna hitrost, izražena v obratih na minuto -f stepalna hitrost-S je število korakov.

Mimogrede, kako določiti potrebne kondenzatorje za elektromotorje? Zelo je preprosto! Dovolj je samo uporabiti to formulo:

S = 66middot-rnom

Preprosto je uganiti, kaj pomeni Rnom nazivna moč električni motor v kW.

Najpreprostejša shema za priključitev motorja EM-178

In zdaj bomo preučili najpreprostejšo povezavo koračnega motorja z uporabo modela EM-178, ki se pogosto uporablja v industrijskih tiskalnikih.

Ni preprosto preprosto napisati delo preprosto zato, ker obstajajo na milijone zelo različnih modelov, katerih značilnosti imajo velike razlike.

Trenutno se uporabljajo različne vrste elektromotorjev tega modela. V tem članku bomo razpravljali o najpogostejših.

Jet motorji

To je ta raznolikost naprav, ki se danes pogosto uporabljajo. Pravzaprav je skoraj standardna trifazni motor, na statorju, ki ima šest zob. Preprosto povedano, vsaka dva pronga, ki nasprotujejo drug drugemu, spadata v isto fazo. Uporablja se serijska ali vzporedna povezava njihovih tuljav.

Kar se tiče rotorja, so na njem le štiri klešče. Najpogosteje proizvajalci statorja in rotorja izdelujejo magnetne mehke materiale, vendar je pogosto mogoče izpolniti preprosto velike rotorje iz navadnih kovin. Stvar je, da obstaja samo ena pomembna zahteva za snovi, ki gredo v njihovo proizvodnjo: zagotoviti morajo najboljšo prevodnost magnetnega polja. To je izredno pomembno, če govorimo o koračnem motorju: načelo delovanja je neposredno povezano z močjo magnetnega polja.

Naprave s trajnimi magneti

Kot rotor se uporablja magnet valjaste oblike, na statorju so štirje zobi z individualnim navijanjem. Da bi močneje zmanjšali korak koraka, je treba v teh modelih koračnih motorjev povečati tako število polov rotorja kot tudi število zob na statorju. Vendar pa je treba zapomniti, da imata oba parametra precej stroge fizične omejitve. V zadnjem odstavku našega članka so informacije o alternativnem dizajnu (bipolarni koračni motor), vendar takih modelov ni mogoče najti tako pogosto.

Kot smo že povedali, stopenjske naprave s trajnimi magneti se ustavijo v strogo določenem položaju tudi v primerih, ko se odstrani napetost od navitij. V tem primeru se sproži isti mehanizem za blokiranje, ki smo ga obravnavali zgoraj, položaj pritrditve.

Uporaba trajnih magnetov je upravičena z več vidikov, hkrati pa njihova uporaba lahko povzroči več težav. Prvič, njihova cena je daleč dostopna. Mimogrede, koliko je takšen koračni motor? Cena modelov s trajnimi magneti presega 100 tisoč rubljev.

Drugič, največja gostota magnetnega polja ne sme biti previsoka, saj je ta vrednost omejena z magnetizacijo samega nosilca. Tako relativno poceni trajni feritni magneti ne omogočajo pridobivanja bolj ali manj zadostne poljske jakosti. In kakšne so druge vrste elektromotorjev, ki delujejo na tem principu?

Hibridne naprave

Obstaja še ena vrsta koračnih motorjev, ki delno uporabljajo isto načelo. Hibridni modeli delujejo tako reaktivno kot tudi magnetni motorji.

Rotor ima skoraj enako obliko kot reaktivni SD, vendar tukaj navitja proizvajajo nekoliko drugačna shema. Dejstvo je, da je pri vsakem polju navitje samo v eni tuljavi (trifazni SD). Ni težko uganiti, da sta dva tuljava že navita v štirih faznih modelih. Namakanje se izvaja po bifilarni shemi. Posebnost je, da med vzbujanjem na tuljavah nastane magnetno polje različnih polaritet (bipolarni koračni motor).