Pakāpju motors: ierīce, darbības princips, darbības joma

Līdzstrāvas pakāpju motori tiek plaši izmantoti datoru ciparu vadības mašīnās un robotikā. Galvenā atšķirība starp šo elektromotoru ir tā darbības princips. Stepper motora vārpsta ilgu laiku negriežas, bet rotē tikai noteiktā leņķī. Tas nodrošina precīzu darba elementa novietojumu telpā. Šāda motora barošanas avots ir diskrēts, tas ir, to veic impulsi. Šie impulsi pagriež vārpstu noteiktā leņķī, katru šādu pagriezienu sauc par soli, līdz ar to arī nosaukums. Bieži vien šie motori darbojas kopā ar pārnesumkārbu, lai uzlabotu iestatīšanas precizitāti un griezes momentu uz vārpstas, un ar kodētāju, lai izsekotu vārpstas stāvokli šobrīd. Šie elementi ir nepieciešami rotācijas leņķa pārvietošanai un pārveidošanai. Šajā rakstā mēs pastāstīsim vietnes lasītājiem Pats elektriķis par ierīci, darbības principu un pakāpju motoru mērķi.

Kā darbojas pakāpju motors

Pēc sava veida tas ir sinhronais motors bez birstēm. Sastāv no stators un rotors. Uz rotora parasti ir sekcijas, kas izgatavotas no elektriskā tērauda loksnēm (fotoattēlā šī ir "zobainā daļa"), un tās, savukārt, ir atdalītas ar pastāvīgajiem magnētiem. Tinumi atrodas uz statora atsevišķu spoļu veidā.

Darbības princips

Kā darbojas soļu motors, var redzēt uz nosacīta modeļa. 1. pozīcijā A un B tinumiem tiek pielietots noteiktas polaritātes spriegums. Tā 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 novērsīs mēģinājumus mainīt rotora stāvokli no ārpuses. Vienkārši sakot, statora magnētiskais lauks darbosies, lai rotors nemainītos noteiktā pozīcijā (piemēram, mehāniska sprieguma ietekmē uz vārpstas).

Ja tinumiem D un C tiek pielietots tādas pašas polaritātes spriegums, elektromagnētiskais lauks mainīsies. Tas izraisīs pastāvīgā magnēta rotora pagriešanos 2. pozīcijā. Šajā gadījumā rotācijas leņķis ir 90 °. Šis leņķis būs rotora pagriešanas solis.

3. pozīcija tiek sasniegta, pielietojot apgrieztās polaritātes spriegumu tinumiem A un B. Šajā gadījumā elektromagnētiskais lauks būs pretējs 1. pozīcijai, motoru rotors tiks pārvietots, un kopējais leņķis būs 180 °.

Ja tinumiem D un C tiek piemērots pretējas polaritātes spriegums, rotors griezīsies leņķī līdz 270 ° attiecībā pret sākuma stāvokli. Kad tinumiem A un B ir pievienots pozitīvs spriegums, rotors ieņems sākotnējo stāvokli - tas pabeigs 360 ° apgriezienu. Jāpatur prātā, ka rotora kustība notiek pa īsāko ceļu, tas ir, no 1. pozīcijas uz pozīcijā 4 pulksteņrādītāja virzienā, rotors griezīsies tikai pēc 2. un 3. starpposma iziešanas noteikumiem. Savienojot tinumus pēc 1 pozīcijas uzreiz uz 4 pozīciju, rotors griezīsies pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Veidi un veidi pēc polaritātes vai tinumu veida

Pakāpju motoros tiek izmantoti bipolāri un vienpolāri tinumi. Darbības princips tika izskatīts, pamatojoties uz bipolāru mašīnu. Šī konstrukcija paredz dažādu fāžu izmantošanu tinumu barošanai. Ķēde ir ļoti sarežģīta, un tai ir nepieciešami dārgi un jaudīgi vadības paneļi.

Vienkāršāka vadības shēma vienpolārās mašīnās. Šādā shēmā tinumu sākums ir savienots ar kopēju "plus". Pēc otrajiem tinumu secinājumiem "mīnus" tiek piegādāts pārmaiņus. Tas nodrošina rotora rotāciju.

Bipolārie soļu motori ir jaudīgāki, tiem ir par 40% lielāks griezes moments nekā vienpolāriem. Vienpolārie elektromotori ir daudz ērtāk darbināmi.

Motoru veidi pēc rotora konstrukcijas

Atkarībā no rotora konstrukcijas veida soļu motori ir sadalīti mašīnās:

• ar pastāvīgu magnētu;
• ar mainīgu nevēlēšanos;
• hibrīds.

SM ar pastāvīgajiem magnētiem uz rotora ir veidots tāpat kā iepriekš apskatītajos piemēros. Vienīgā atšķirība ir tāda, ka reālās mašīnās ir daudz vairāk magnētu. Parasti tie tiek izplatīti koplietotā diskā. Mūsdienu motoru polu skaits sasniedz 48. Viens solis šādos elektromotoros ir 7,5 °.

Mainīgas pretestības motori. Šo mašīnu rotors ir izgatavots no mīkstiem magnētiskiem sakausējumiem, tos sauc arī par "reaktīvo pakāpju motoru". Rotors ir samontēts no atsevišķām plāksnēm un šķērsgriezumā izskatās kā zobrats. Šis dizains ir nepieciešams, lai magnētiskā plūsma tiktu aizvērta caur zobiem. Šīs konstrukcijas galvenā priekšrocība ir bloķēšanas griezes momenta trūkums. Fakts ir tāds, ka pastāvīgā magnēta rotoru piesaista elektromotora metāla daļas. Un ir diezgan grūti pagriezt vārpstu, ja nav statora sprieguma. Pakāpju motorā ar mainīgu nevēlēšanos šādas problēmas nav. Tomēr būtisks trūkums ir mazais griezes moments. Šādu mašīnu slīpums parasti ir no 5 ° līdz 15 °.

Hibrīds pakāpju motors tika izstrādāts, lai apvienotu divu iepriekšējo tipu labākās īpašības. Šiem motoriem ir neliels solis, kas svārstās no 0,9 līdz 5 °, un tiem ir liels griezes moments un izturība. Vissvarīgākā priekšrocība ir ierīces augstā precizitāte. Šādi elektromotori tiek izmantoti vismodernākajās augstas precizitātes iekārtās. Trūkumi ietver tikai to augstās izmaksas. Strukturāli šīs ierīces rotors ir magnetizēts cilindrs, uz kura atrodas mīkstie magnētiskie zobi.

Piemēram, 200 pakāpju pakāpju motorā tiek izmantoti divi zobaini diski ar 50 zobiem katrā. Diski ir nobīdīti viens pret otru ar puszoba palīdzību, lai pozitīvā pola dobums sakristu ar negatīvā pola izvirzījumu un otrādi. Pateicoties tam, rotoram ir 100 stabi ar apgrieztu polaritāti.

Tas ir, gan dienvidu, gan ziemeļu polus var pārvietot attiecībā pret statoru 50 dažādās pozīcijās un kopā 100. Un fāzes nobīde par ceturtdaļu dod vēl 100 pozīcijas, tas tiek darīts secīgas ierosmes dēļ.

Pakāpju motora vadība

Pārvaldība tiek veikta ar šādām metodēm:

1. Vilnis. Šajā metodē spriegums tiek pielietots tikai vienai spolei, kurai piesaista rotoru. Tā kā ir iesaistīts tikai viens tinums, rotora griezes moments ir mazs un nav piemērots lielas jaudas pārvadei.
2. Pilns solis. Šajā iemiesojumā divi tinumi tiek ierosināti vienlaikus, tādējādi nodrošinot maksimālo griezes momentu.
3. Pusposms. Apvieno pirmās divas metodes. Šajā iemiesojumā spriegums vispirms tiek pielietots vienam no tinumiem un pēc tam diviem. Tādā veidā tiek realizēts vairāk soļu un maksimālais noturēšanas spēks, kas apstādina rotoru lielā ātrumā.
4. Mikrosoņu kontrole tiek veikta, pielietojot mikrostepa impulsus. Šī metode nodrošina vienmērīgu rotora rotāciju un samazina raustīšanos darbības laikā.

Pakāpju motoru priekšrocības un trūkumi

Šāda veida elektrisko mašīnu priekšrocības ietver:

• liels palaišanas, apstāšanās, atpakaļgaitas ātrums;
• vārpsta tiek pagriezta saskaņā ar vadības ierīces komandu iepriekš noteiktā leņķī;
• skaidra pozīcijas fiksācija pēc apstāšanās;
• augsta pozicionēšanas precizitāte, bez stingrām prasībām atgriezeniskās saites klātbūtnei;
• augsta uzticamība kolektora trūkuma dēļ;
• saglabājot maksimālo griezes momentu zemā ātrumā.

Trūkumi:

• pozicionēšana var tikt pārkāpta, ja vārpstas mehāniskā slodze ir lielāka par konkrēta motora modeļa pieļaujamo;
• rezonanses varbūtība;
• sarežģīta kontroles shēma;
• zems rotācijas ātrums, taču to nevar attiecināt uz būtiskiem trūkumiem, jo ​​soļu motorus neizmanto, lai vienkārši pagrieztu kaut ko līdzīgu bez birstēm, piemēram, bet pozicionēšanas mehānismiem.

Stepper motoru sauc arī par "ierobežotu skaitu rotora pozīciju" motoru. Šī ir ietilpīgākā un vienlaikus kodolīgākā šādu elektrisko mašīnu definīcija. Tos aktīvi izmanto CNC mašīnās, 3D printeros un robotos. Pakāpju motora galvenais konkurents ir servo, bet katram no tiem ir savas priekšrocības un trūkumi, kas nosaka, vai katrā gadījumā ir lietderīgi izmantot vienu vai otru.

Saistītie materiāli:

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