Kas ir pakāpju motors, kāpēc tas ir vajadzīgs un kā tas darbojas?

Līdzstrāvas līdzstrāvas motori tiek plaši izmantoti skaitliski vadāmās mašīnās un robotikā. Šī elektromotora galvenā atšķirība ir tā darbības princips. Pakāpiena motora vārpsta ilgu laiku negriežas, bet tikai pagriežas noteiktā leņķī. Tas nodrošina precīzu darba priekšmeta novietojumu telpā. Šāda motora barošana ir diskrēta, tas ir, to veic ar impulsiem. Šie impulsi arī pagriež vārpstu noteiktā leņķī, katru šādu griešanos sauc par soli, tātad arī nosaukumu. Bieži vien šie elektromotori darbojas tandēmā ar pārnesumkārbu, lai palielinātu uzstādīšanas precizitāti un griezes momentu uz vārpstas, un ar kodētāju, lai izsekotu vārpstas stāvokli attiecīgajā brīdī. Šie elementi ir nepieciešami, lai pārraidītu un pārveidotu griešanās leņķi. Šajā rakstā mēs pastāstīsim vietnes lasītājiem Elektroeksperts par ierīci, darbības principu un pakāpju motoru iecelšanu.

Kā darbojas pakāpju motors

Rakstā tas ir bezsintēzes sinhronais elektromotors. Sastāv no stators un rotors. Uz rotora parasti atrodas sekcijas, kas saliktas no elektriskā tērauda loksnēm (fotoattēlā šī ir “zobratu” daļa), un tās, savukārt, atdala ar pastāvīgiem magnētiem. Uz statora ir tinumi atsevišķu spoļu formā.

Darbības princips

To, kā darbojas pakāpju motors, var apsvērt ar nosacītu modeli. 1. pozīcijā tinumiem A un B tiek piemērots noteiktas polaritātes spriegums. Rezultātā statorā tiek ģenerēts elektromagnētiskais lauks. Tā kā tiek piesaistīti dažādi magnētiskie stabi, rotors ieņems savu pozīciju gar magnētiskā lauka asi. Turklāt motora magnētiskais lauks kavē mēģinājumus mainīt rotora stāvokli no ārpuses. Vienkārši izsakoties, statora magnētiskais lauks darbosies, lai neļautu rotoram mainīt iepriekš noteikto stāvokli (piemēram, zem vārpstas mehāniskām slodzēm).

Ja tinumiem D un C tiek pielietots vienādas polaritātes spriegums, elektromagnētiskais lauks mainīsies. Tas izraisa pastāvīgā magnēta rotora griešanos 2. pozīcijā. Šajā gadījumā griešanās leņķis ir 90 °. Šis leņķis būs rotora griešanās solis.

3. pozīcija tiek sasniegta, piemērojot apgrieztas polaritātes spriegumu tinumiem A un B. Šajā gadījumā elektromagnētiskais lauks kļūs pretējs 1. pozīcijai, motoru rotors mainīsies, un kopējais leņķis būs 180 °.

Pielietojot apgrieztu polaritātes spriegumu tinumiem D un C, rotors pagriezīsies par leņķi līdz 270 ° attiecībā pret sākotnējo stāvokli. Kad pie tinumiem A un B ir pievienots pozitīvs spriegums, rotors uzņems sākotnējo stāvokli - tas veiks 360 ° apgriezienu.Jāpatur prātā, ka rotors pārvietojas pa mazāko ceļu, tas ir, no 1. stāvokļa uz 4. pozīciju, rotors rotēs tikai pēc 2. un 3. starpposma pārejas. Savienojot tinumus pēc 1 pozīcijas, nekavējoties 4 pozīcijā, rotors pagriežas pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Veidi un veidi pēc polaritātes vai tinumu veida

Pakāpju motoros tiek izmantoti bipolāri un vienpolāri tinumi. Darbības princips tika apsvērts, pamatojoties uz bipolāru mašīnu. Šis dizains paredz dažādu fāžu izmantošanu tinumu darbināšanai. Ķēde ir ļoti sarežģīta un prasa dārgas un jaudīgas vadības kartes.

Vienkāršāka vadības shēma vienpolārajās mašīnās. Šādā shēmā tinumu sākums ir savienots ar kopēju "plus". Otrajiem tinumu secinājumiem pārmaiņus tiek piemērots mīnuss. Tas nodrošina rotora griešanos.

Bipolārie pakāpju motori ir jaudīgāki, to griezes moments ir par 40% lielāks nekā nepipolāros. Vienpolārie elektromotori ir daudz ērtāk darbināmi.

Rotoru projektēšanas motoru veidi

Atbilstoši rotora konstrukcijas veida pakāpju motorus iedala mašīnās:

• ar pastāvīgu magnētu;
• ar mainīgu magnētisko pretestību;
• hibrīds.

Rotora pastāvīgā magnēta pakāpju motors ir izkārtots tāpat kā iepriekšminētajos piemēros. Vienīgā atšķirība ir tā, ka reālās mašīnās magnētu skaits ir daudz lielāks. Parasti tos izplata uz kopīga diska. Polu skaits mūsdienu motoros sasniedz 48. Viens solis šādos elektromotoros ir 7,5 °.

Elektromotori ar mainīgu magnētisko pretestību. Šo mašīnu rotors ir izgatavots no mīkstiem magnētiskiem sakausējumiem, tos sauc arī par "reaktīvo pakāpju motoru". Rotors ir samontēts no atsevišķām plāksnēm un kontekstā izskatās kā reduktors. Šis dizains ir nepieciešams, lai magnētiskā plūsma tiktu slēgta caur zobiem. Šī dizaina galvenā priekšrocība ir bloķēšanas momenta neesamība. Fakts ir tāds, ka rotoru ar pastāvīgiem magnētiem piesaista elektromotora metāla daļas. Un pagriezt vārpstu, ja uz statora nav sprieguma, ir diezgan grūti. Pakāpju motorā ar mainīgu magnētisko pretestību šādas problēmas nav. Tomēr būtisks trūkums ir mazais griezes moments. Šādu mašīnu slīpums parasti ir no 5 ° līdz 15 °.

Hibrīgais pakāpju motors tika izveidots, lai apvienotu divu iepriekšējo tipu labākās īpašības. Šādiem motoriem ir mazs solis diapazonā no 0,9 līdz 5 °, tiem ir liels moments un noturēšanas spēja. Vissvarīgākais plus ir ierīces augstā precizitāte. Šādi elektromotori tiek izmantoti vismodernākajās augstas precizitātes iekārtās. Pēc mīnusiem var attiecināt tikai to augstās izmaksas. Strukturāli šīs ierīces rotors ir magnetizēts cilindrs, uz kura atrodas magnētiski mīksti zobi.

Piemēram, 200 pakāpju motorā tiek izmantoti divi pārnesumu diski ar 50 zobiem katrs. Diski tiek nobīdīti viens pret otru ar zobu tā, lai pozitīvā pola depresija sakristu ar negatīvā izvirzījumu un otrādi. Sakarā ar to rotoram ir 100 stabi ar apgrieztu polaritāti.

Tas ir, dienvidu un ziemeļu stabi var mainīties attiecībā pret statoru 50 dažādās pozīcijās un kopā 100. Un ceturtdaļas fāzes nobīde dod vēl 100 pozīcijas, tas tiek darīts secīgas ierosmes dēļ.

SD pārvaldība

Pārvaldību veic ar šādām metodēm:

1. Vilnis. Šajā metodē spriegumu pieliek tikai vienai spolei, kurai piesaista rotoru. Tā kā ir iesaistīts tikai viens tinums, rotora griezes moments ir mazs un nav piemērots lielu jaudu pārraidīšanai.
2. Pilns solis. Šajā iemiesojumā divi tinumi tiek ierosināti uzreiz, kas nodrošina maksimālu griezes momentu.
3. Puspakāpiens. Apvieno pirmās divas metodes.Šajā iemiesojumā spriegums tiek pielietots vispirms vienam no tinumiem un pēc tam diviem. Tādējādi tiek realizēts lielāks pakāpienu skaits un maksimālais noturēšanas spēks, kas apstādina rotoru ar lielu ātrumu.
4. Mikrostepi veic, izmantojot mikrolieņu impulsus. Šī metode nodrošina vienmērīgu rotora griešanos un darbības laikā samazina raustīšanos.

Pakāpju motoru priekšrocības un trūkumi

Šāda veida elektrisko mašīnu priekšrocībās ietilpst:

• liels starts, apstāšanās, atpakaļgaitas ātrums;
• ass griežas saskaņā ar vadības ierīces komandu noteiktā leņķī;
• skaidra pozīcijas fiksēšana pēc apstāšanās;
• augsta pozicionēšanas precizitāte, bez stingrām atgriezeniskās saites prasībām;
• augsta uzticamība kolektora trūkuma dēļ;
• uzturot maksimālo griezes momentu pie maziem apgriezieniem.

Trūkumi:

• iespējams, ka pozicionēšanas pārkāpums vārpstas mehāniskās slodzes laikā ir lielāks nekā pieļaujams konkrētam motora modelim;
• rezonanses varbūtība;
• sarežģīta kontroles shēma;
• zems griešanās ātrums, taču to nevar attiecināt uz būtiskiem trūkumiem, jo ​​pakāpju motori netiek izmantoti, lai vienkārši pagrieztu kaut ko līdzīgu bez suku, piemēram, bet pozicionēšanas mehānismiem.

Pakāpju motoru sauc arī par “ierobežota rotora stāvokļa elektromotoru”. Šī ir ietilpīgākā un vienlaikus īsa šādu elektrisko mašīnu definīcija. Tos aktīvi izmanto CNC mašīnās, 3D printeros un robotos. Galvenais pakāpju motora konkurents ir servo, taču katram no tiem ir savas priekšrocības un trūkumi, kas katrā gadījumā nosaka viena vai otra lietojuma piemērotību.

Saistītie materiāli:

• Kādi ir elektromotoru veidi un kā tie atšķiras
• Kas ir pakāpju spriegums un kāpēc tas ir bīstams?
• Kas ir sinhronais motors un kur tas tiek izmantots?