Step motor: cihaz, çalışma prensibi, kapsam

DC step motorlar, bilgisayar sayısal kontrol makinelerinde ve robotikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu elektrik motoru arasındaki temel fark, çalışma prensibidir. Step motorun şaftı uzun süre dönmez, sadece belirli bir açıyla döner. Bu, çalışma elemanının uzayda hassas bir şekilde konumlandırılmasını sağlar. Böyle bir motorun güç kaynağı ayrıdır, yani darbelerle gerçekleştirilir. Bu darbeler mili belirli bir açıyla döndürür, bu tür her dönüşe adım denir, dolayısıyla adı. Çoğu zaman, bu motorlar, şaft üzerindeki ayar doğruluğunu ve torku iyileştirmek için bir dişli kutusu ve belirli bir anda şaft konumunu izlemek için bir kodlayıcı ile birlikte çalışır. Bu elemanlar dönüş açısını aktarmak ve dönüştürmek için gereklidir. Bu yazıda sitenin okuyucularına anlatacağız elektrikçi kendisi cihaz, çalışma prensibi ve step motorların amacı hakkında.

step motor nasıl çalışır

Türüne göre fırçasız senkron motordur. içerir stator ve rotor. Rotorda genellikle elektrikli çelik saclardan yapılmış bölümler vardır (fotoğrafta bu "dişli" kısımdır) ve bunlar da kalıcı mıknatıslarla ayrılır. Sargılar, ayrı bobinler şeklinde stator üzerinde bulunur.

Çalışma prensibi

Bir step motorun nasıl çalıştığı koşullu bir modelde görülebilir. 1 konumunda, A ve B sargılarına belirli bir polaritede bir voltaj uygulanır. Sonuç olarak, statorda bir elektromanyetik alan üretilir. Farklı manyetik kutuplar çekildiğinden, rotor manyetik alanın ekseni boyunca pozisyonunu alacaktır. Ayrıca motorun manyetik alanı, rotorun konumunu dışarıdan değiştirme girişimlerini önleyecektir. Basit bir ifadeyle, statorun manyetik alanı, rotorun belirli bir konumu değiştirmesini engellemek için çalışacaktır (örneğin, şaft üzerindeki mekanik baskı altında).

D ve C sargılarına aynı polaritede bir voltaj uygulanırsa, elektromanyetik alan değişecektir. Bu, kalıcı mıknatıs rotorunun 2. konuma dönmesine neden olur. Bu durumda, dönüş açısı 90 ° 'dir. Bu açı rotoru döndürme adımı olacaktır.

Konum 3, A ve B sargılarına ters polarite voltajı uygulanarak elde edilir. Bu durumda elektromanyetik alan konum 1'in karşısına gelecek, motorların rotoru yer değiştirecek ve toplam açı 180° olacaktır.

D ve C sargılarına ters polarite voltajı uygulandığında, rotor başlangıç ​​konumuna göre 270 ° 'ye kadar dönecektir. A ve B sargılarına pozitif bir voltaj bağlandığında, rotor orijinal konumunu alacaktır - 360 ° bir dönüşü tamamlayacaktır. Rotorun hareketinin en kısa yol boyunca, yani konum 1'den konum 1'e kadar gerçekleştiği akılda tutulmalıdır. konum 4 saat yönünde rotor ancak ara 2 ve 3'ü geçtikten sonra dönecektir hükümler. Sargıları 1. konumdan sonra, hemen 4. konuma bağlarken, rotor saat yönünün tersine dönecektir.

Polarite veya sargı tipine göre tipler ve tipler

Step motorlar bipolar ve tek kutuplu sargılar kullanır. Çalışma prensibi, bipolar bir makine temelinde ele alındı. Bu tasarım, sargılara güç sağlamak için farklı fazların kullanılmasını sağlar. Devre çok karmaşıktır ve pahalı ve güçlü kontrol kartları gerektirir.

Tek kutuplu makinelerde daha basit bir kontrol şeması. Böyle bir şemada, sargıların başlangıcı ortak bir "artı" ile bağlanır. Sargıların ikinci sonuçlarında, dönüşümlü olarak "eksi" verilir. Bu rotorun dönmesini sağlar.

Bipolar step motorlar daha güçlüdür, unipolar olanlardan %40 daha fazla torka sahiptirler. Unipolar elektrik motorlarının çalıştırılması çok daha uygundur.

Rotor tasarımına göre motor tipleri

Rotor tasarımının tipine göre step motorlar makinelere ayrılır:

• kalıcı bir mıknatıs ile;
• değişken isteksizlik ile;
• melez.

Rotor üzerinde sabit mıknatıslı SM, yukarıda tartışılan örneklerle aynı şekilde tasarlanmıştır. Tek fark, gerçek makinelerde çok daha fazla mıknatıs bulunmasıdır. Genellikle paylaşılan bir diskte dağıtılırlar. Modern motorlardaki kutup sayısı 48'e ulaşıyor. Bu tür elektrik motorlarında bir adım 7.5 ° 'dir.

Değişken relüktans motorları. Bu makinelerin rotoru yumuşak manyetik alaşımlardan yapılmıştır, bunlara "reaktif adımlı motor" da denir. Rotor, ayrı plakalardan monte edilmiştir ve kesitte bir dişli çark gibi görünmektedir. Bu tasarım, manyetik akının dişlerin içinden geçmesi için gereklidir. Bu tasarımın ana avantajı, kilitleme torkunun olmamasıdır. Gerçek şu ki, sabit mıknatıslı rotor, elektrik motorunun metal kısımlarına çekilir. Ve statorda gerilim yokken mili döndürmek oldukça zordur. Değişken relüktanslı bir step motorda böyle bir problem yoktur. Bununla birlikte, önemli bir dezavantaj, küçük torktur. Bu tür makinelerin eğimi genellikle 5 ° ile 15 ° arasındadır.

Hibrit step motor, önceki iki türün en iyi özelliklerini birleştirmek için geliştirildi. Bu motorlar 0,9 ila 5 ° arasında değişen küçük bir adıma sahiptir ve yüksek tork ve tutma kapasitesine sahiptir. En önemli avantajı cihazın yüksek doğruluğudur. Bu tür elektrik motorları, en modern yüksek hassasiyetli ekipmanlarda kullanılmaktadır. Dezavantajları sadece yüksek maliyetlerini içerir. Yapısal olarak, bu cihazın rotoru, üzerinde yumuşak manyetik dişlerin bulunduğu manyetize bir silindirdir.

Örneğin, 200 kademeli bir step motor, her biri 50 dişe sahip iki dişli disk kullanır. Diskler, pozitif kutbun boşluğu, negatif kutbun çıkıntısı ile çakışacak ve bunun tersi olacak şekilde, birbirine göre bir yarım diş ile kaydırılır. Bu sayede rotor ters polariteye sahip 100 kutba sahiptir.

Yani hem güney hem de kuzey kutupları statora göre 50 farklı pozisyonda ve toplamda 100 yer değiştirebilir. Ve çeyreklik bir faz kayması 100 pozisyon daha verir, bu sıralı uyarma nedeniyle yapılır.

step motor kontrolü

Yönetim aşağıdaki yöntemlerle gerçekleştirilir:

1. Dalga. Bu yöntemde, rotorun çekildiği sadece bir bobine voltaj uygulanır. Sadece bir sargı söz konusu olduğundan rotor torku küçüktür ve yüksek güç aktarımı için uygun değildir.
2. Tam adım. Bu düzenlemede, iki sargı aynı anda uyarılır, böylece maksimum tork sağlanır.
3. Yarı adım. İlk iki yöntemi birleştirir. Bu uygulamada, voltaj önce sargılardan birine, sonra ikiye uygulanır. Bu sayede daha fazla adım ve rotoru yüksek hızlarda durduran maksimum tutma kuvveti gerçekleştirilir.
4. Mikro adım kontrolü, mikro adım darbeleri uygulanarak gerçekleştirilir. Bu yöntem, rotorun düzgün dönmesini sağlar ve çalışma sırasında sarsıntıyı azaltır.

Step motorların avantajları ve dezavantajları

Bu tip elektrikli makinelerin avantajları şunları içerir:

• yüksek başlatma, durdurma, geri dönüş hızları;
• şaft, kontrol cihazının komutuna göre önceden belirlenmiş bir açıda döndürülür;
• durduktan sonra pozisyonun net bir şekilde sabitlenmesi;
• geri bildirimin varlığı için katı gereksinimler olmaksızın yüksek konumlandırma doğruluğu;
• toplayıcı olmaması nedeniyle yüksek güvenilirlik;
• düşük hızlarda maksimum torku korumak.

Dezavantajları:

• mil üzerindeki mekanik yük, belirli bir motor modeli için izin verilenden daha yüksek olduğunda konumlandırma ihlal edilebilir;
• rezonans olasılığı;
• karmaşık kontrol şeması;
• düşük dönüş hızı, ancak bu önemli dezavantajlara atfedilemez, çünkü step motorlar basitçe bir şeyi döndürmek için kullanılmazlar. fırçasız, örneğin, ancak konumlandırma mekanizmaları için.

Bir step motor, "sonlu sayıda rotor konumu" motoru olarak da adlandırılır. Bu, bu tür elektrikli makinelerin en geniş ve aynı zamanda özlü tanımıdır. CNC makinelerinde, 3D yazıcılarda ve robotlarda aktif olarak kullanılmaktadırlar. Step motorun ana rakibi servo, ancak her birinin, her durumda birini veya diğerini kullanmanın uygunluğunu belirleyen kendi avantajları ve dezavantajları vardır.

İlgili malzemeler:

• Elektrik motorlarının türleri nelerdir ve nasıl farklıdırlar?
• Adım voltajı nedir ve ne kadar tehlikelidir?
• Senkron motor nedir ve nerede kullanılır?