Què és un motor pas a pas, per què es necessita i com funciona?
Els motors pas a pas continu són molt utilitzats en màquines de control numèric i robòtica. La principal diferència d’aquest motor elèctric és el principi del seu funcionament. L’eix d’un motor pas a pas no gira gaire, sinó que només gira un cert angle. D’aquesta manera es garanteix un posicionament precís de l’element de treball a l’espai. L'alimentació d'aquest motor és discreta, és a dir, es realitza mitjançant polsos. Aquests polsos també giren l’eix per un angle determinat, a cada gir es denomina pas, d’aquí el nom. Sovint, aquests motors elèctrics funcionen en conjunt amb una caixa de canvis per augmentar la precisió de la instal·lació i el parell en l’eix, i amb un codificador per rastrejar la posició de l’eix en aquest moment. Aquests elements són necessaris per transmetre i convertir l’angle de gir. En aquest article li direm als lectors del lloc Elecroexpert sobre el dispositiu, el principi de funcionament i la finalitat dels motors pas a pas.
Com funciona un motor pas a pas
De tipus, és un motor elèctric síncron sense escombres. Consisteix en estator i rotor. Al rotor se solen localitzar seccions, agrupades a partir de làmines d'acer elèctric (a la foto es tracta de la part "engranatge"), i les que, al seu torn, estan separades per imants permanents. A l'estator hi ha bobinades en forma de bobines separades.
Principi de funcionament
Com funciona un motor pas a pas es pot considerar en un model condicional. A la posició 1, s’aplica un voltatge d’una certa polaritat als enrotllaments A i B. Com a resultat, es genera un camp electromagnètic a l'estator. Atès que diferents pols magnètics s’atrauen, el rotor prendrà la seva posició al llarg de l’eix del camp magnètic. A més, el camp magnètic del motor impedirà els intents de canviar la posició del rotor des de l'exterior. En paraules simples, el camp magnètic de l'estator funcionarà per evitar que el rotor canviï la posició ajustada (per exemple, amb càrregues mecàniques a l'eix).
Si s’aplica tensió de la mateixa polaritat als enrotllaments D i C, el camp electromagnètic canviarà. Això fa que el rotor d’imant permanent gira a la posició 2. En aquest cas, l’angle de gir és de 90 °. Aquest angle serà el pas de gir del rotor.
La posició 3 s’aconsegueix aplicant un voltatge de polaritat inversa als bobinats A i B. En aquest cas, el camp electromagnètic es convertirà en oposat a la posició 1, el rotor dels motors canviarà i l’angle total serà de 180 °.
En aplicar tensió de polaritat inversa als enrotllaments D i C, el rotor girarà un angle de fins a 270 º respecte a la posició inicial. Quan el voltatge positiu està connectat als bobinats A i B, el rotor prendrà la seva posició inicial: completarà una revolució de 360 °.Cal tenir en compte que el rotor es mou pel camí més petit, és a dir, des de la posició 1 fins a la posició 4, el rotor només girarà després de passar les 2 i 3 posicions intermèdies. En connectar els enrotllaments després d’una posició, immediatament a la posició 4, el rotor girarà en sentit antihorari.
Tipus i tipus per polaritat o tipus de bobinatges
En motors pas a pas, s’utilitzen bobinatges bipolars i unipolars. El principi de funcionament es va considerar sobre la base d'una màquina bipolar. Aquest disseny implica l’ús de diferents fases per alimentar els bobinatges. El circuit és molt complex i requereix targetes de control cares i potents.
Un esquema de control més senzill en màquines unipolars. En un esquema així, l'inici de les bobinacions està connectat a un "plus" comú. A les segones conclusions de les bobinacions, s’aplica alternativament un menys. D’aquesta manera s’assegura la rotació del rotor.
Els motors pas a pas bipolars són més potents, el seu parell és un 40% més que en unipolar. Els motors elèctrics unipolars són molt més convenients per funcionar.
Tipus de motors per al disseny del rotor
Segons el tipus de disseny del rotor, els motors pas a pas es divideixen en màquines:
- amb un imant permanent;
- amb resistència magnètica variable;
- híbrida.
El motor pas a pas magnètic permanent del rotor està disposat de la mateixa manera que en els exemples anteriors. L’única diferència és que a les màquines reals el nombre d’imants és molt més gran. Normalment es distribueixen en una unitat compartida. El nombre de pols dels motors moderns arriba als 48. Un pas en aquests motors elèctrics és de 7,5 °.
Motors elèctrics amb resistència magnètica variable. El rotor d’aquestes màquines està fet d’aliatges suaus magnètics, també s’anomenen “motor pas a pas de raig”. El rotor es munta a partir de plaques individuals i en el context sembla una roda d’engranatges. Aquest disseny és necessari perquè el flux magnètic es tanqui per les dents. L’avantatge principal d’aquest disseny és l’absència d’un moment de bloqueig. El fet és que el rotor amb imants permanents està atret per les parts metàl·liques del motor elèctric. I girar l’eix en absència de tensió a l’estator és força difícil. En un motor pas a pas amb resistència magnètica variable no hi ha cap problema. Tanmateix, un desavantatge important és el petit parell. El terreny de joc d'aquestes màquines sol estar de 5 a 15 °.
El motor pas a pas híbrid va ser dissenyat per combinar les millors característiques dels dos tipus anteriors. Aquests motors tenen un petit pas entre 0,9 i 5 °, tenen un parell elevat i capacitat de retenció. El més important és l’alta precisió del dispositiu. Aquests motors elèctrics s'utilitzen en els equips d'alta precisió més moderns. Per contra es pot atribuir només el seu alt cost. Estructuralment, el rotor d’aquest dispositiu és un cilindre magnetitzat sobre el qual es troben les dents toves magnèticament.
Per exemple, en un motor pas a pas de 200 passos s’utilitzen dos discos d’engranatges amb 50 dents cadascun. Els discos es desplacen els uns amb els altres per una dent de manera que la depressió del pol positiu coincideix amb la protuberància del negatiu i viceversa. Degut a això, el rotor té 100 pols amb polaritat inversa.
És a dir, els pols sud i nord poden canviar-se en relació amb l'estator en 50 posicions diferents, i en un total de 100. I un desplaçament de fase d'un quart dóna altres 100 posicions, això es fa per excitació seqüencial.
Gestió de SD
La gestió es realitza mitjançant els següents mètodes:
- Onada. En aquest mètode, s’aplica tensió a una sola bobina, a la qual s’atrau el rotor. Com que només hi participa un enrotllament, el parell del rotor és petit i no és adequat per a transmetre grans potències.
- Pas complet. En aquesta realització, dos enrotllaments s'exciten alhora, el que garanteix el màxim parell.
- Mig pas. Combina els dos primers mètodes.En aquesta realització, la tensió s'aplica primer a un dels bobinats i, després, a dos. Així, es realitza un nombre més gran de passos i una força de retenció màxima que atura el rotor a grans velocitats.
- Microstepping es realitza aplicant polsos de microstep. Aquest mètode proporciona una rotació suau del rotor i redueix els sacsejats durant el funcionament.
Avantatges i desavantatges dels motors pas a pas
Els avantatges d’aquest tipus de màquines elèctriques inclouen:
- velocitat d’inici, parada, inversió;
- l’eix gira de conformitat amb el comandament del dispositiu de control en un angle predeterminat;
- fixació clara de la posició després d'una aturada;
- alta precisió de posicionament, sense requisits de retroalimentació estrictes;
- alta fiabilitat per la manca de col·leccionista;
- mantenint el parell màxim a baixes velocitats.
Desavantatges:
- possiblement una violació de posicionament durant la càrrega mecànica a l’eix és superior a la permesa per a un model de motor específic;
- probabilitat de ressonància;
- esquema de control complex;
- velocitat de rotació baixa, però això no es pot atribuir a desavantatges importants, ja que els motors pas a pas no s’utilitzen simplement per fer girar cap cosa similar sense pinzell, per exemple, però per a mecanismes de posicionament.
Un motor pas a pas també s'anomena "motor elèctric de posició finita amb rotor". Aquesta és la definició més àmplia i alhora breu d'aquestes màquines elèctriques. S’utilitzen activament en màquines CNC, impressores 3D i robots. El principal competidor del motor pas a pas és servo, però cadascun d’ells té els seus propis avantatges i desavantatges que determinen la conveniència d’utilitzar un o l’altre en cada cas.
Materials relacionats:
Carregant ...
