Motor pas cu pas: dispozitiv, principiu de funcționare, scop

Motoarele pas cu pas DC sunt utilizate pe scară largă în mașinile-unelte și robotica controlate numeric. Principala diferență între acest motor electric este principiul funcționării sale. Arborele motorului pas cu pas nu se rotește mult timp, ci se rotește doar printr-un anumit unghi. Acest lucru asigură poziționarea precisă a elementului de lucru în spațiu. Alimentarea cu energie a unui astfel de motor este discretă, adică este realizată prin impulsuri. Aceste impulsuri rotesc arborele la un anumit unghi, fiecare astfel de viraj se numește pas, de unde și numele. Adesea, aceste motoare funcționează în tandem cu o cutie de viteze pentru a îmbunătăți precizia de reglare și cuplul pe arbore și cu un codificator pentru a urmări poziția arborelui la un moment dat. Aceste elemente sunt necesare pentru a transfera și transforma unghiul de rotație. În acest articol vom spune cititorilor site-ului Electrician însuși despre dispozitiv, principiul de funcționare și scopul motoarelor pas cu pas.

Cum funcționează un motor pas cu pas

După tipul său, este un motor sincron fără perii. Cuprinde stator și rotor. Pe rotor, există de obicei secțiuni din foi electrice de oțel (în fotografie aceasta este partea „dințată”), iar acestea, la rândul lor, sunt separate de magneți permanenți. Înfășurările sunt situate pe stator, sub formă de bobine separate.

Principiul de funcționare

Cum funcționează un motor pas cu pas poate fi văzut pe un model condiționat. În poziția 1, o tensiune de o anumită polaritate este aplicată înfășurărilor A și B. Ca rezultat, un câmp electromagnetic este generat în stator. 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 funcționa pentru a împiedica rotorul să schimbe o poziție dată (de exemplu, sub solicitări mecanice pe arbore).

Dacă se aplică o tensiune de aceeași polaritate înfășurărilor D și C, câmpul electromagnetic se va schimba. Acest lucru va face ca rotorul cu magnet permanent să se întoarcă în poziția 2. În acest caz, unghiul de rotație este de 90 °. Acest unghi va fi pasul rotirii rotorului.

Poziția 3 se realizează prin aplicarea tensiunii de polaritate inversă înfășurărilor A și B. În acest caz, câmpul electromagnetic va fi opus poziției 1, rotorul motoarelor va fi deplasat, iar unghiul total va fi de 180 °.

Când se aplică o tensiune de polaritate inversă înfășurărilor D și C, rotorul se va roti până la 270 ° de la poziția de pornire. Când o tensiune pozitivă este conectată la înfășurările A și B, rotorul își va lua poziția inițială - va realiza o rotație de 360 ​​°. Trebuie avut în vedere faptul că mișcarea rotorului are loc de-a lungul celei mai scurte căi, adică de la poziția 1 la poziția 4 în sensul acelor de ceasornic, rotorul se va roti numai după trecerea intermediarului 2 și 3 prevederi. La conectarea înfășurărilor după 1 poziție imediat la 4 poziții, rotorul se va roti în sens invers acelor de ceasornic.

Tipuri și tipuri după polaritate sau tip de înfășurări

Motoarele pas cu pas folosesc înfășurări bipolare și unipolare. Principiul de funcționare a fost luat în considerare pe baza unei mașini bipolare. Acest design prevede utilizarea diferitelor faze pentru alimentarea înfășurărilor. Circuitul este foarte complex și necesită plăci 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 concluzie a înfășurărilor, "minus" este furnizat alternativ. Acest lucru asigură rotația rotorului.

Motoarele pas cu pas bipolare sunt mai puternice, au un cuplu cu 40% mai mare decât cele unipolare. Motoarele electrice unipolare sunt mult mai convenabile de operat.

Tipuri de motoare prin designul rotorului

În funcție de tipul de proiectare a rotorului, motoarele pas cu pas sunt împărțite în mașini:

• cu magnet permanent;
• cu reticență variabilă;
• hibrid.

SM cu magneți permanenți pe rotor este proiectat în același mod ca în exemplele discutate mai sus. Singura diferență este că există mai mulți magneți în mașinile reale. De obicei sunt distribuite pe un disc partajat. Numărul de poli în motoarele moderne ajunge la 48. Un pas în astfel de motoare electrice este de 7,5 °.

Motoare cu reticență variabilă. Rotorul acestor mașini este realizat din aliaje magnetice moi, sunt numite și „motor pas cu pas reactiv”. Rotorul este asamblat din plăci separate și arată ca o roată dințată în secțiune. Acest design este necesar pentru ca fluxul magnetic să fie închis prin dinți. Principalul avantaj al acestui design este absența unui cuplu de blocare. Faptul este că rotorul cu magnet permanent este atras de părțile metalice ale motorului electric. Și este destul de dificil să rotiți arborele în absența tensiunii pe stator. Nu există o astfel de problemă într-un motor pas cu pas cu reticență variabilă. Cu toate acestea, un dezavantaj semnificativ este cuplul mic. Înălțimea acestor mașini este de obicei între 5 ° și 15 °.

Motorul pas cu pas hibrid a fost dezvoltat pentru a combina cele mai bune caracteristici ale celor două tipuri anterioare. Aceste motoare au un pas mic de la 0,9 la 5 ° și au un cuplu și o capacitate de reținere ridicate. Cel mai important avantaj este precizia ridicată a dispozitivului. Astfel de motoare electrice sunt utilizate în cele mai moderne echipamente de înaltă precizie. Dezavantajele includ doar costul ridicat. Structural, rotorul acestui dispozitiv este un cilindru magnetizat pe care se află dinții magnetici moi.

De exemplu, un motor pas cu pas în 200 de pași folosește două discuri dințate cu câte 50 de dinți. Discurile sunt decalate una față de cealaltă de o jumătate de dinte, astfel încât cavitatea polului pozitiv să coincidă cu proeminența polului negativ și invers. Datorită acestui fapt, rotorul are 100 de poli cu polaritate inversă.

Adică, atât polul sud cât și cel nordic pot fi deplasați în raport cu statorul în 50 de poziții diferite și în total 100. Și o schimbare de fază cu un sfert dă alte 100 de poziții, acest lucru se face datorită excitației secvențiale.

Comanda motorului pas cu pas

Managementul se realizează prin următoarele metode:

1. Val. În această metodă, tensiunea se aplică unei singure bobine, la care este atras rotorul. Deoarece este implicată o singură înfășurare, cuplul rotorului este mic și nu este potrivit pentru transmisia de mare putere.
2. Pas complet. În acest exemplu de realizare, două înfășurări sunt excitate simultan, asigurând astfel cuplul maxim.
3. Semi-pas. Combină primele două metode. În acest exemplu de realizare, tensiunea este aplicată mai întâi la unul dintre înfășurări, apoi la două. În acest fel, se realizează mai multe trepte și forța maximă de reținere, care oprește rotorul la viteze mari.
4. Controlul microstepping se realizează prin aplicarea impulsurilor de microstep. Această metodă asigură o rotație lină a rotorului și reduce sacadările în timpul funcționării.

Avantajele și dezavantajele motoarelor pas cu pas

Avantajele acestui tip de mașini electrice includ:

• viteze mari de pornire, oprire, inversare;
• arborele este rotit în conformitate cu comanda dispozitivului de control la un unghi prestabilit;
• fixarea clară a poziției după oprire;
• precizie ridicată a poziționării, fără cerințe stricte pentru prezența feedback-ului;
• fiabilitate ridicată datorită absenței unui colector;
• menținând cuplul maxim la viteze mici.

Dezavantaje:

• posibila încălcare a poziționării atunci când sarcina mecanică pe arbore este mai mare decât cea permisă pentru un anumit model de motor;
• probabilitatea de rezonanță;
• schemă complexă de control;
• viteza redusă de rotație, dar acest lucru nu poate fi atribuit unor dezavantaje semnificative, deoarece motoarele pas cu pas nu sunt utilizate pentru a roti pur și simplu ceva de genul fără perii, de exemplu, dar pentru mecanismele de poziționare.

Un motor pas cu pas este, de asemenea, denumit un motor cu "număr finit de poziții ale rotorului". Aceasta este definiția cea mai încăpătoare și, în același timp, concisă a unor astfel de mașini electrice. Acestea sunt utilizate în mod activ în mașini CNC, imprimante 3D și roboți. Principalul concurent al motorului pas cu pas este servo, dar fiecare dintre ele are propriile sale avantaje și dezavantaje, care determină oportunitatea utilizării unuia sau altuia în fiecare caz.

Materiale conexe:

• Care sunt tipurile de motoare electrice și în ce fel diferă acestea
• Ce este tensiunea în trepte și cât de periculoasă este
• Ce este un motor sincron și unde este utilizat