Transmisie cu motor pas cu pas
Sistem de control cu motoare pas cu pas
Stepper Motor Controller
Motoarele Shagovye au fost folosite cu succes într-o mare varietate de dispozitive.
Ele pot fi găsite în unități de disc, imprimante, plottere, scanere, faxuri, precum și într-o varietate de echipamente industriale și speciale. În prezent, multe tipuri de motoare pas cu pas sunt produse pentru toate ocaziile. Cu toate acestea, pentru a alege tipul corect de motor este încă jumătate din luptă. Este la fel de important să alegeți schema corectă a driverului și algoritmul său de operare, care este deseori determinat de programul microcontrolerului. Scopul acestui articol este de a sistematiza informațiile despre dispozitivul motoarelor pas cu pas, modul de gestionare a acestora, circuitele șoferului și algoritmi. De exemplu, o implementare practică a unui driver simplu și ieftin cu motor pas cu pas bazat pe familia de microcontrolere AVR
Ce este un motor pas cu pas și de ce este necesar?
Motorul Stepper este un dispozitiv electromecanic care transformă impulsurile electrice în mișcări mecanice discrete. Deci, poate, puteți da o definiție strictă. Probabil că toată lumea a văzut cum arată motorul pas cu pas din exterior: practic nu se deosebește de alte tipuri de motoare. Cel mai adesea acesta este un caz rotund, arbore, mai multe conducte (Figura 1).
Fig. 1. Aspectul motoarelor pas cu pas ale familiei DShI-200.
Cu toate acestea, motoarele pas cu pas au câteva proprietăți unice, ceea ce le face uneori extrem de convenabil de utilizat sau chiar de neînlocuit.
Ce este un bun motor pas cu pas?
unghiul de rotație a rotorului este determinată de numărul de impulsuri care sunt alimentate la unitatea cu motor furnizează impulsul unghiular totală în modul oprire (dacă înfășurările sunt alimentate) precizie de poziționare și repetabilitate. Motoarele pas cu pas au o precizie de 3-5% din dimensiunea pasului. Această eroare nu se acumulează la un pas la a porni rapid / oprire / revers fiabilitate ridicată asociată cu lipsa periilor, termenul serviciului motor pas cu pas este de fapt determinat de durata de serviciu care poartă dependența unică a poziției impulsului de intrare oferă poziționare fără un feedback posibilitate de a obține viteze foarte mici sarcina conectată direct la arborele motorului fără o cutie de viteze intermediară, poate fi blocată o gamă destul de mare de viteze , viteza este proporțională cu frecvența impulsurilor de intrare. Dar nu totul este atât de bun.
Stepper motor fenomen inerent de rezonanță
Posibila pierdere a controlului poziției din cauza funcționării fără feedback
consumul de energie nu scade chiar și fără încărcătură
Este dificil să lucrați la viteze mari
putere specifică scăzută
schema de control relativ complexă
Motoarele Stepper aparțin clasei de motoare cc fără perii. Ca orice motoare fără perii, ele au fiabilitate ridicată și durată lungă de funcționare, ceea ce le permite să fie utilizate în aplicații critice, de exemplu, industriale. În comparație cu motoarele cu curent continuu, motoarele pas cu pas necesită sisteme de control mult mai complexe, care trebuie efectuate de toate comutările de lichidare atunci când motorul funcționează. În plus, motorul pas cu pas este un dispozitiv costisitor, prin urmare, în cazul în care nu este necesară o poziționare precisă, motoarele colectoare convenționale au un avantaj vizibil. Din motive de justiție, trebuie remarcat faptul că, în ultimii ani, controlorii pentru motoarele cu colectori sunt din ce în ce mai mulți utilizați de controlori, care, din punctul de vedere al complexității, sunt aproape la fel de buni ca și controlorii cu motor pas cu pas.
Unul dintre principalele avantaje ale motoarelor pas cu pas este capacitatea de a efectua poziționarea precisă și controlul vitezei fără un senzor de feedback. Acest lucru este foarte important, deoarece astfel de senzori pot costa mult mai mult decât motorul însuși. Cu toate acestea, acest lucru este adecvat numai pentru sistemele care funcționează cu accelerație redusă și cu o sarcină relativ constantă. În același timp, sistemele de feedback pot funcționa cu accelerații mari și chiar cu un model de încărcare variabilă. Dacă sarcina motorului pas cu pas depășește cuplul său, informațiile despre poziția rotorului sunt pierdute și sistemul necesită o punere în funcțiune, de exemplu printr-un întrerupător de limitare sau alt senzor. Sistemele cu feedback nu au un astfel de dezavantaj.
La proiectarea sistemelor specifice, este necesar să se facă o alegere între servomotor și motorul pas cu pas. Când poziționarea necesară o precizie și un control precis al vitezei, un cuplu necesară și viteza sunt în limitele admisibile, motorul pas cu pas este soluția cea mai economică. La fel ca și în cazul motoarelor convenționale, se poate utiliza o cutie de viteză pentru reducerea cuplului. Cu toate acestea, pentru motoarele pas cu pas, reductorul nu este întotdeauna potrivit. Spre deosebire de motoarele colectoare, în care cuplul crește odată cu creșterea vitezei, motorul pas cu pas are un cuplu mai mare la viteze mai mici. Mai mult decât atât, motoare pas cu pas au o viteză maximă mult mai mică în comparație cu motoarele, care limitează comutatoare raportul de viteză maximă și o creștere corespunzătoare în momentul folosirii reductorului. Motoarele pas cu pas, cu reductoare, deși există, sunt totuși exotice. Un alt fapt care limitează utilizarea cutiei de viteze este reacția sa inerentă. Posibilitatea de a obține o frecvență joasă de rotație este adesea motivul pentru care dezvoltatorii, care nu pot proiecta un reductor, folosesc frecvent în mod inutil motoare pas cu pas. În același timp are motor cu colector o densitate de putere mai mare, costuri reduse, circuitele de control simplu, și cu melcat o singură etapă el este capabil să ofere același interval de viteză ca și motorul pas cu pas. În plus, în același timp, este prevăzut un timp mult mai mare. Unitățile bazate pe motoarele colectoare sunt foarte des folosite în tehnologia militară și acest lucru indică indirect parametrii buni și fiabilitatea ridicată a acestor dispozitive. Și în aparatele moderne de uz casnic, mașinile, echipamentele industriale, motoarele colectoare sunt distribuite pe scară largă. Cu toate acestea, motoarele pas cu pas au un domeniu propriu, deși destul de îngust, unde sunt indispensabile.
Tipuri de motoare pas cu pas
Există trei tipuri principale de motoare pas cu pas:
motoare cu rezistență magnetică variabilă
motoare cu magneți permanenți
Se determină tipul de motor este posibilă chiar și la atingere: a întrerupe alimentarea cu energie în timpul rotației arborelui unui motor cu magnet permanent (sau hibrid) a simțit o rezistență variabilă de rotație, motorul se rotește ca se aude un clic. În același timp, arborele motorului deconectat cu rezistență magnetică variabilă se rotește liber. Motoarele hibride reprezintă o îmbunătățire suplimentară a motoarelor cu magneți permanenți și, prin modul de control, nu diferă de acestea. Tipul motorului poate fi de asemenea determinat din configurația înfășurărilor. Motoarele cu rezistență magnetică variabilă au de obicei trei înfășurări (mai puțin de patru) cu un singur terminal comun. Motoarele cu magneți permanenți au cel mai adesea două înfășurări independente. Aceste înfășurări pot avea robinete de la mijloc. Uneori motoarele cu magneți permanenți au 4 înfășurări separate.
În motorul pas cu pas, cuplul este generat de fluxurile magnetice ale statorului și ale rotorului, orientate în mod corespunzător unul față de celălalt. Statorul este fabricat dintr-un material cu permeabilitate magnetică mare și are mai mulți poli. Stâlpul poate fi definit ca o zonă a unui corp magnetizat în care câmpul magnetic este concentrat. Polii au atât un stator, cât și un rotor. Pentru a reduce pierderile datorate curenților turbionari, miezurile magnetice sunt asamblate din plăci separate, similare cu miezul transformatorului. Cuplul este proporțional cu magnitudinea câmpului magnetic, proporțional cu curentul înfășurării și numărul de viraje. Astfel, momentul depinde de parametrii înfășurărilor. Dacă cel puțin o înfășurare a motorului pas cu pas este alimentată, rotorul preia o anumită poziție. Acesta va fi în această poziție până când momentul extern aplicat depășește o anumită valoare, numită timpul de retenție. După aceasta rotorul se va întoarce și va încerca să ia una din următoarele poziții de echilibru.
Motoare cu rezistență magnetică variabilă
Motoarele cu tracțiune cu rezistență magnetică variabilă au mai mulți stâlpi pe stator și un rotor în formă de roată din material magnetic moale (figura 2). Nu există magnetizarea rotorului. Pentru simplitate, rotorul are 4 dinți în figură, iar statorul are 6 poli. Motorul are 3 înfășurări independente, fiecare dintre acestea fiind înfășurată la doi stâlpi opuși ai statorului. Un astfel de motor are un pas de 30 de grade.
Fig. 2. Motor cu rezistență magnetică variabilă.
Când curentul este pornit într-una dintre bobine, rotorul tinde să ocupe poziția când fluxul magnetic este închis, adică Dinții rotorului vor fi opuși polilor pe care se află bobina energizată. Dacă apoi opriți această bobină și porniți următoarea, rotorul își schimbă poziția, închizând din nou fluxurile sale magnetice. Astfel, pentru a efectua o rotație continuă, este necesar să se rotească alternativ fazele. Motorul nu este sensibil la direcția curentului în bobină. Un motor real poate avea un număr mai mare de stâlpi ai statorului și mai mulți dinți ai rotorului, ceea ce corespunde mai multor pași pe revoluție. Uneori suprafața fiecărui polar al statorului este crestat, care împreună cu dinții corespondenți ai rotorului asigură o valoare foarte mică a unghiului de înclinare, de ordinul mai multor grade. Motoarele cu rezistență magnetică variabilă sunt rareori utilizate în aplicații industriale.
Motoare cu magneți permanenți
Motoarele cu magneți permanenți constau dintr-un stator care are înfășurări și un rotor care conține magneți permanenți (figura 3). Stâlpii alternativi ai rotorului au o formă rectilinie și sunt paralele cu axa motorului. Datorită magnetizării rotorului, astfel de motoare asigură un flux magnetic mai mare și, în consecință, un moment mai mare decât pentru motoarele cu rezistență magnetică variabilă.
Fig. 3. Motorul cu magneți permanenți.
Motorul prezentat în figură are 3 perechi de poli de rotor și 2 perechi de stâlpi de stator. Motorul are 2 înfășurări independente, fiecare dintre acestea fiind înfășurată pe doi poli opuși ai statorului. Un astfel de motor, la fel ca motorul cu rezistență variabilă discutat anterior, are o dimensiune de treaptă de 30 de grade. Atunci când curentul este pornit într-una dintre bobine, rotorul tinde să ocupe o poziție în care polii opuși ai rotorului și statorului sunt opuși unul altuia. Pentru a efectua o rotație continuă, este necesar să rotiți alternativ fazele. În practică, motoarele cu magnet permanent au de obicei 48 până la 24 de pași pe revoluție (unghi de înclinare de 7,5 până la 15 grade).
Secțiunea unui motor pas cu pas cu magneți permanenți este prezentată în Fig. 4.
Fig. 4. Tăierea unui motor pas cu magneți permanenți.
Pentru a reduce costul construirii motorului, miezul statoric este realizat sub forma unui geam ștanțat. În interior sunt piese sub formă de lamele. Înfășurările de fază sunt plasate pe două circuite magnetice diferite, care sunt montate unul pe celălalt. Rotorul este un magnet cilindric multipolar permanent.
Trimiteți-le prietenilor: