Ce este un motor pas cu pas, de ce este nevoie și cum funcționează
Motoarele pas cu pas continuu sunt utilizate pe scară largă în mașini cu robotizare numerică și robotică. Principala diferență a acestui motor electric este principiul funcționării sale. Arborele unui motor pas cu pas nu se rotește mult timp, ci doar rotește un anumit unghi. Aceasta asigură poziționarea exactă a obiectului de lucru în spațiu. Alimentarea cu energie a unui astfel de motor este discretă, adică este realizată prin impulsuri. Aceste impulsuri rotesc, de asemenea, arborele cu un anumit unghi, fiecare astfel de rotație se numește pas, de unde și numele. Adesea, aceste motoare electrice funcționează în tandem cu o cutie de viteze pentru a crește precizia instalării și a cuplului pe arbore, și cu un codificator pentru a urmări poziția arborelui în acest moment. Aceste elemente sunt necesare pentru transmiterea și transformarea unghiului de rotație. În acest articol vom spune cititorilor site-ului Elecroexpert despre dispozitiv, principiul funcționării și scopul motoarelor pas cu pas.
Cum funcționează un motor pas cu pas
În tip, este un motor electric sincron fără perii. Este format din stator și rotor. Pe rotor, secțiunile sunt de obicei amplasate, asamblate din foi de oțel electric (în fotografie aceasta este partea „angrenajului”), iar cele, la rândul lor, sunt separate de magneți permanenți. Pe stator există înfășurări sub formă de bobine separate.
Principiul de funcționare
Modul în care funcționează un motor pas cu pas poate fi luat în considerare pe un model condiționat. În poziția 1, tensiunea unei anumite polarități este aplicată înfășurărilor A și B. Ca urmare, în stator este generat un câmp electromagnetic. Deoarece sunt atrași diferiți poli magnetici, rotorul își va lua poziția de-a lungul axei câmpului magnetic. Mai mult, câmpul magnetic al motorului va împiedica încercările de a schimba poziția rotorului din exterior. În termeni simpli, câmpul magnetic al statorului va acționa pentru a împiedica rotorul să-și schimbe poziția predeterminată (de exemplu, sub sarcini mecanice pe ax).
Dacă tensiunea cu aceeași polaritate este aplicată înfășurărilor D și C, câmpul electromagnetic se va schimba. Acest lucru face ca rotorul cu magnet permanent să se rotească în poziția 2. În acest caz, unghiul de rotație este de 90 °. Acest unghi va fi pasul de rotație al rotorului.
Poziția 3 este obținută prin aplicarea tensiunii de polaritate inversă înfășurărilor A și B. În acest caz, câmpul electromagnetic va deveni opus poziției 1, rotorul motoarelor se va deplasa, iar unghiul total va fi de 180 °.
La aplicarea tensiunii de polaritate inversă înfășurărilor D și C, rotorul va roti un unghi de până la 270 ° în raport cu poziția inițială. Când tensiunea pozitivă este conectată la înfășurările A și B, rotorul își va lua poziția inițială - va finaliza o revoluție de 360 °.Trebuie avut în vedere faptul că rotorul se deplasează pe cea mai mică cale, adică din poziția 1 la poziția 4, rotorul se va roti numai după trecerea pozițiilor intermediare 2 și 3. Când conectați înfășurările după 1 poziție, imediat în poziția 4, rotorul se va întoarce în sens invers acelor de ceasornic.
Tipuri și tipuri după polaritate sau tip de înfășurări
În motoarele cu pas, se folosesc înfășurări bipolare și unipolare. Principiul de funcționare a fost considerat pe baza unei mașini bipolare. Acest proiect implică utilizarea diferitelor faze pentru alimentarea înfășurărilor. Circuitul este foarte complex și necesită carduri de control scumpe și puternice.
O schemă de control mai simplă la mașinile unipolare. Într-o astfel de schemă, începutul înfășurărilor este conectat la un "plus" comun. La a doua concluzii a înfășurărilor, se aplică alternativ un minus. Aceasta asigură rotirea rotorului.
Motoarele pas cu pas bipolare sunt mai puternice, cuplul lor este cu 40% mai mult decât în cele unipolare. Motoarele electrice unipolare sunt mult mai convenabile să funcționeze.
Tipuri de motoare pentru proiectarea rotorului
În funcție de tipul de proiectare a rotorului, motoarele pas cu pas sunt împărțite în mașini:
- cu un magnet permanent;
- cu rezistență magnetică variabilă;
- hibrid.
Motorul pas cu pas permanent pe rotor este dispus în același mod ca în exemplele de mai sus. Singura diferență este că la mașinile reale numărul magneților este mult mai mare. De obicei, sunt distribuite pe o unitate partajată. Numărul de poli din motoarele moderne ajunge la 48. O etapă în astfel de motoare electrice este de 7,5 °.
Motoare electrice cu rezistență magnetică variabilă. Rotorul acestor mașini este realizat din aliaje magnetice moi, ele se mai numesc și „motor cu pas cu jet”. Rotorul este asamblat din plăci individuale și, în context, arată ca o roată dințată. Acest design este necesar pentru ca fluxul magnetic să se închidă prin dinți. Principalul avantaj al acestui proiect este absența unui moment de blocare. Cert este că rotorul cu magneți permanenți este atras de părțile metalice ale motorului electric. Și să rotiți arborele în absența tensiunii pe stator este destul de dificil. La un motor pas cu rezistență magnetică variabilă nu există o astfel de problemă. Cu toate acestea, un dezavantaj semnificativ este cuplul mic. Pasul acestor mașini este de obicei de la 5 ° la 15 °.
Motorul pas cu pas hibrid a fost proiectat pentru a combina cele mai bune caracteristici ale celor două tipuri anterioare. Astfel de motoare au un pas mic în intervalul de la 0,9 până la 5 °, au un cuplu ridicat și capacitate de reținere. Cel mai important plus este precizia ridicată a dispozitivului. Astfel de motoare electrice sunt utilizate în cele mai moderne echipamente de înaltă precizie. Prin contra pot fi atribuite doar costurile lor ridicate. Din punct de vedere structural, rotorul acestui dispozitiv este un cilindru magnetizat pe care se află dinți moi magnetici.
De exemplu, într-un motor pas cu pas, de 200 de pași, sunt folosite două discuri de viteze cu 50 de dinți fiecare. Discurile sunt deplasate unul de celălalt de către un dinte, astfel încât depresiunea polului pozitiv coincide cu proeminența negativului și invers. Datorită acestui fapt, rotorul are 100 de poli cu polaritate inversă.
Adică, atât polul sud cât și cel nord se pot deplasa relativ la stator în 50 de poziții diferite, iar în total 100. Și o deplasare în fază a unui sfert oferă alte 100 de poziții, aceasta se face prin excitație secvențială.
Management SD
Managementul se realizează prin următoarele metode:
- Val. În această metodă, tensiunea se aplică numai unei bobine, de care este atras rotorul. Deoarece este implicată o singură înfășurare, cuplul rotorului este mic și nu este potrivit pentru a transmite puteri mari.
- Pas complet. În această realizare, două înfășurări sunt excitate simultan, ceea ce asigură un cuplu maxim.
- Jumătate de pas. Combină primele două metode.În această realizare, tensiunea este aplicată mai întâi la una dintre înfășurări, apoi la două. Astfel, se realizează un număr mai mare de trepte și o forță de reținere maximă care oprește rotorul la viteze mari.
- Microstepping se realizează prin aplicarea impulsurilor microstep. Această metodă asigură o rotație lină a rotorului și reduce zgârierea în timpul funcționării.
Avantajele și dezavantajele motoarelor pas cu pas
Avantajele acestui tip de mașini electrice includ:
- viteze mari de pornire, oprire, inversare;
- arborele se rotește în conformitate cu comanda dispozitivului de control într-un unghi prestabilit;
- fixarea clară a poziției după oprire;
- precizie de poziționare ridicată, fără cerințe de feedback stricte;
- fiabilitate ridicată din cauza lipsei unui colector;
- menținerea cuplului maxim la viteze mici.
Dezavantaje:
- posibil o încălcare a poziționării în timpul sarcinii mecanice pe arbore este mai mare decât admisă pentru un model specific de motor;
- probabilitatea de rezonanță;
- schema de control complexă;
- viteză de rotație scăzută, dar acest lucru nu poate fi atribuit unor dezavantaje semnificative, deoarece motoarele pas cu pas nu sunt folosite pentru a roti pur și simplu ceva similar brushless, de exemplu, dar pentru mecanisme de poziționare.
Un motor pas cu pas mai este numit și „motor electric cu poziție cu rotor finit”. Aceasta este definiția cea mai capabilă și, în același timp, succintă a unor astfel de mașini electrice. Sunt utilizate în mod activ în mașini CNC, imprimante 3D și roboți. Principalul concurent al motorului pasager este servo, dar fiecare dintre ele are propriile avantaje și dezavantaje care determină oportunitatea utilizării unuia sau altuia în fiecare caz.
Materiale conexe:
Se încarcă...
