Hva er en trinnmotor, hvorfor er den nødvendig og hvordan fungerer den
DC-stepper-motorer er mye brukt i numerisk styrte maskiner og robotikk. Hovedforskjellen på denne elektriske motoren er prinsippet om dens drift. Akselen til en trinnmotor roterer ikke lenge, men roterer bare en viss vinkel. Dette sikrer nøyaktig plassering av arbeidsemnet i rommet. Kraftforsyningen til en slik motor er diskret, det vil si at den utføres av pulser. Disse pulsene roterer også akselen med en viss vinkel, hver slik rotasjon kalles et trinn, derav navnet. Ofte fungerer disse elektriske motorene sammen med en girkasse for å øke nøyaktigheten til installasjonen og dreiemomentet på akselen, og med en kode som sporer posisjonen til akselen for øyeblikket. Disse elementene er nødvendige for å overføre og konvertere rotasjonsvinkelen. I denne artikkelen vil vi fortelle leserne om nettstedet electro.tomathouse om enheten, prinsippet om drift og hensikten med trinnmotorene.
Slik fungerer en trinnmotor
I type er det en børsteløs synkron elektrisk motor. Inneholder stator og rotor. På rotoren er seksjoner vanligvis plassert, satt sammen av plater av elektrisk stål (på fotografiet er dette "gir" -delen), og de er på sin side separert med permanente magneter. På statoren er det viklinger i form av separate spoler.
Prinsipp for drift
Hvordan en trinnmotor fungerer kan vurderes på en betinget modell. I posisjon 1 påføres spenning med en viss polaritet til viklingene A og B. Som et resultat genereres et elektromagnetisk felt i statoren. Siden forskjellige magnetiske poler tiltrekkes, vil rotoren ta sin posisjon langs magnetfeltets akse. Videre vil motorens magnetfelt hindre forsøk på å endre posisjonen til rotoren utenfra. Enkelt sagt vil statormagnetfeltet arbeide for å hindre rotoren i å endre sin forhåndsbestemte stilling (for eksempel under mekaniske belastninger på akselen).
Hvis spenning med samme polaritet påføres viklingene D og C, vil det elektromagnetiske feltet skiftes. Dette får permanentmagnetrotoren til å rotere til posisjon 2. I dette tilfellet er rotasjonsvinkelen 90 °. Denne vinkelen vil være rotasjonstrinnet til rotoren.
Posisjon 3 oppnås ved å påføre omvendt polaritetsspenning på viklingene A og B. I dette tilfellet vil det elektromagnetiske feltet bli motsatt av stilling 1, motorenes rotor vil forskyve, og den totale vinkelen blir 180 °.
Ved påføring av spenning med omvendt polaritet på viklingene D og C vil rotoren rotere en vinkel på opptil 270 ° i forhold til startposisjonen. Når positiv spenning er koblet til viklingene A og B, tar rotoren sin startposisjon - den vil fullføre en 360 ° omdreining.Det må tas i betraktning at rotoren beveger seg langs den minste banen, det vil si fra stilling 1 til posisjon 4, rotoren vil rotere først etter passering av mellom 2 og 3 stillinger. Når du kobler viklingene etter 1 stilling, umiddelbart til 4-stilling, vil rotoren dreie mot klokken.
Typer og typer etter polaritet eller type viklinger
I trinnmotorer brukes bipolare og unipolare viklinger. Prinsippet om drift ble vurdert på grunnlag av en bipolar maskin. Denne utformingen innebærer bruk av forskjellige faser for å drive viklingene. Kretsen er veldig kompleks og krever dyre og kraftige kontrollkort.
En enklere kontrollordning i unipolare maskiner. I en slik ordning er begynnelsen av viklingene koblet til et vanlig "pluss". På de andre konklusjonene av viklingene blir et minus vekselvis brukt. Dette sikrer rotasjonen av rotoren.
Bipolare trinnmotorer er kraftigere, dreiemomentet er 40% mer enn på unipolare motorer. Unipolare elektriske motorer er mye mer praktisk å betjene.
Typer motorer for rotordesign
I henhold til typen rotordesign er trinnmotorer delt inn i maskiner:
- med en permanent magnet;
- med variabel magnetisk motstand;
- hybrid.
Permanent magnettrattmotorrotor er anordnet på samme måte som i eksemplene ovenfor. Den eneste forskjellen er at i virkelige maskiner er antallet magneter mye større. De blir vanligvis distribuert på en delt stasjon. Antall poler i moderne motorer når 48. Ett trinn i slike elektriske motorer er 7,5 °.
Elektriske motorer med variabel magnetisk motstand. Rotoren til disse maskinene er laget av myke magnetiske legeringer, de kalles også "jet stepper motor". Rotoren er satt sammen fra individuelle plater og ser i sammenheng ut som et girhjul. Denne utformingen er nødvendig slik at magnetisk fluks lukkes gjennom tennene. Hovedfordelen med denne designen er fraværet av et låsemoment. Fakta er at rotoren med permanente magneter tiltrekkes av metalldelene til den elektriske motoren. Og å vri akselen i fravær av spenning på statoren er ganske vanskelig. I en trinnmotor med variabel magnetisk motstand er det ikke noe problem. Imidlertid er en betydelig ulempe det lille dreiemomentet. Stigningen på slike maskiner er vanligvis fra 5 til 15 °.
Hybrid trinnmotor ble designet for å kombinere de beste egenskapene til de to foregående typene. Slike motorer har en liten tonehøyde i området fra 0,9 til 5 °, har et høyt øyeblikk og holdbarhet. Det viktigste pluss er enhetens høye nøyaktighet. Slike elektriske motorer brukes i det mest moderne utstyret med høy presisjon. Ved ulemper kan tilskrives bare de høye kostnadene. Strukturelt sett er rotoren til denne enheten en magnetisert sylinder som magnetisk myke tenner er plassert på.
I en 200-trinns trinnmotor brukes for eksempel to girskiver med 50 tenner hver. Diskene forskyves i forhold til hverandre av en tann, slik at depresjonen av den positive polen sammenfaller med fremspringet av det negative og omvendt. På grunn av dette har rotoren 100 poler med omvendt polaritet.
Det vil si at både sør- og nordpolene kan skifte i forhold til statoren i 50 forskjellige posisjoner, og i totalt 100. Og et faseskift på et kvarter gir ytterligere 100 posisjoner, dette gjøres ved sekvensiell eksitasjon.
SD-ledelse
Styring utføres ved følgende metoder:
- Wave. I denne metoden tilføres spenning bare på en spole som rotoren tiltrekkes til. Siden bare en vikling er involvert, er rotormomentet lite og er ikke egnet for overføring av store krefter.
- Full trinn. I denne utførelsesformen blir to viklinger eksitert på en gang, noe som sikrer maksimalt dreiemoment.
- Halvtrinn. Kombinerer de to første metodene.I denne utførelsesformen påføres spenning først til en av viklingene, og deretter til to. Dermed realiseres et større antall trinn, og en maksimal holdekraft som stopper rotoren i høye hastigheter.
- Mikrostepping utføres ved å påføre mikrostepulser. Denne metoden gir en jevn rotasjon av rotoren og reduserer rykk under drift.
Fordeler og ulemper med trinnmotorer
Fordelene med denne typen elektriske maskiner inkluderer:
- høy start, stopp, revers hastigheter;
- akselen roterer i samsvar med kommandoen til styreinnretningen i en forhåndsbestemt vinkel;
- klar fiksering av posisjon etter stopp;
- høy posisjoneringsnøyaktighet, uten strenge tilbakemeldingskrav;
- høy pålitelighet på grunn av mangelen på en samler;
- opprettholde maksimalt dreiemoment ved lave hastigheter.
ulemper:
- muligens er brudd på posisjonering under mekanisk belastning på akselen høyere enn tillatt for en spesifikk motormodell;
- sannsynlighet for resonans;
- kompleks kontrollordning;
- lav rotasjonshastighet, men dette kan ikke tilskrives vesentlige ulemper, siden steppermotorer ikke brukes til å bare rotere noe som børsteløsfor eksempel, men for posisjoneringsmekanismer.
En trinnmotor kalles også "elektrisk motor for endelig rotorposisjon". Dette er den mest romslige og samtidig korte definisjonen av slike elektriske maskiner. De brukes aktivt i CNC-maskiner, 3D-skrivere og roboter. Den viktigste konkurrenten til trinnmotoren er servostasjon, men hver av dem har sine egne fordeler og ulemper som avgjør hensiktsmessigheten av å bruke det ene eller det andre i hvert tilfelle.
Relaterte materialer:
Laster inn ...
