מנוע צעד: מכשיר, עקרון הפעולה, ההיקף

מנועי צעד DC נמצאים בשימוש נרחב בכלי מכונה ונשלטים ברובוטיקה. ההבדל העיקרי בין מנוע חשמלי זה הוא עקרון פעולתו. ציר מנוע הצעד אינו מסתובב במשך זמן רב, אלא רק מסתובב בזווית מסוימת. זה מבטיח מיקום מדויק של אלמנט העבודה בחלל. אספקת החשמל של מנוע כזה היא דיסקרטית, כלומר היא מתבצעת על ידי פולסים. דחפים אלה מסובבים את הפיר בזווית מסוימת, כל סיבוב כזה נקרא שלב, ומכאן השם. לעתים קרובות, מנועים אלה עובדים במקביל לתיבת הילוכים כדי לשפר את דיוק ההגדרה והמומנט על הפיר, ועם מקודד לעקוב אחר עמדת הפיר כרגע. אלמנטים אלה נחוצים כדי להעביר ולהפוך את זווית הסיבוב. במאמר זה נספר לקוראי האתר חשמלאי עצמו על המכשיר, עקרון הפעולה ומטרת מנועי צעד.

איך עובד מנוע צעד

לפי סוגו, זהו מנוע סינכרוני ללא מברשות. כולל סטאטור ורוטור. על הרוטור, ישנם בדרך כלל חלקים העשויים מלוחות פלדה חשמליים (בתמונה זהו החלק ה"שיני "), ובתורם מופרדים באמצעות מגנטים קבועים. הפיתולים ממוקמים על הסטאטור בצורה של סלילים נפרדים.

עקרון הפעולה

כיצד ניתן לראות מנוע צעד יכול להיראות על דגם מותנה. במיקום 1, מתח של קוטביות מסוימת מופעל על פיתולים A ו- B. כתוצאה מכך נוצר שדה אלקטרומגנטי בסטאטור. מאחר וקטבים מגנטיים שונים נמשכים, הרוטור יתפוס את מיקומו לאורך ציר השדה המגנטי. יתר על כן, השדה המגנטי של המנוע ימנע ניסיונות לשנות את מיקום הרוטור מבחוץ. במילים פשוטות, השדה המגנטי של הסטטור יפעל כדי למנוע מהרוטור לשנות את המיקום הנתון (למשל, במתח מכני על הפיר).

אם מתח של אותה קוטביות מופעל על פיתולים D ו- C, השדה האלקטרומגנטי ישתנה. זה יגרום לסובב את רוטור המגנט הקבוע למיקום 2. במקרה זה, זווית הסיבוב היא 90 °. זווית זו תהיה שלב הפיכת הרוטור.

מיקום 3 מושג על ידי החלת מתח קוטביות הפוכה על פיתולים A ו- B. במקרה זה, השדה האלקטרומגנטי יהיה מנוגד למיקום 1, הרוטור של המנועים יעקר, והזווית הכוללת תהיה 180 °.

כאשר מתח של קוטביות הפוכה מופעל על פיתולים D ו- C, הרוטור יסתובב עד 270 ° ממיקום ההתחלה. כאשר מתח חיובי מתחבר לסלילים A ו- B, הרוטור יתפוס את מיקומו המקורי - הוא ישלים מהפכה של 360 °. יש לזכור כי תנועת הרוטור מתרחשת לאורך הנתיב הקצר ביותר, כלומר מעמדה 1 עד מיקום 4 בכיוון השעון הרוטור יסתובב רק לאחר מעבר ביניים 2 ו -3 הוראות. בעת חיבור הפיתולים לאחר מיקום 1 מיד למצב 4, הרוטור יסתובב נגד כיוון השעון.

סוגים וסוגים לפי קוטביות או סוג פיתולים

מנועי צעד משתמשים בפיתולים דו קוטביים וחד קוטביים. עקרון הפעולה נחשב על בסיס מכונה דו קוטבית. עיצוב זה מספק שימוש בשלבים שונים להפעלת הפיתולים. המעגל מורכב מאוד ודורש לוחות בקרה יקרים וחזקים.

תכנית בקרה פשוטה יותר במכונות חד קוטביות. בתוכנית כזו, תחילת הסבילים מחוברים ל"פלוס "משותף. על המסקנות השניות של הפיתולים, "מינוס" מסופק לסירוגין. זה מבטיח את סיבוב הרוטור.

מנועי צעד דו קוטביים הם חזקים יותר, יש להם מומנט של 40% יותר מאשר חד קוטבי. מנועים חשמליים חד קוטביים הרבה יותר נוחים לתפעול.

סוגי מנועים לפי עיצוב הרוטור

בהתאם לסוג עיצוב הרוטור, מנועי צעד מחולקים למכונות:

• עם מגנט קבוע;
• עם רתיעה משתנה;
• היברידי.

SM עם מגנטים קבועים על הרוטור מעוצב באותו אופן כמו בדוגמאות שנדונו לעיל. ההבדל היחיד הוא שיש הרבה יותר מגנטים במכונות אמיתיות. בדרך כלל הם מופצים בדיסק משותף. מספר הקטבים במנועים המודרניים מגיע ל -48. שלב אחד במנועים חשמליים כאלה הוא 7.5 °.

מנועים של רתיעה משתנה. הרוטור של מכונות אלה עשוי מסגסוגות מגנטיות רכות, הן נקראות גם "מנוע דריכה תגובתי". הרוטור מורכב מלוחות נפרדים ונראה כמו גלגל הילוכים בקטע. עיצוב זה נחוץ כך שהשטף המגנטי ייסגר דרך השיניים. היתרון העיקרי של עיצוב זה הוא היעדר מומנט נעילה. העובדה היא שרוטור המגנט הקבוע נמשך לחלקי המתכת של המנוע החשמלי. וזה די קשה לסובב את הפיר בהיעדר מתח על הסטאטור. אין בעיה כזו במנוע צעד עם רתיעה משתנה. עם זאת, חיסרון משמעותי הוא המומנט הקטן. המגרש של מכונות כאלה הוא בדרך כלל בין 5 ° ל -15 °.

מנוע הצעד ההיברידי פותח כדי לשלב את המאפיינים הטובים ביותר משני הסוגים הקודמים. מנועים אלה בעלי המגרש קטן הנע בין 0.9 ל -5 °, ובעלי מומנט גבוה ויכולת אחיזה. היתרון החשוב ביותר הוא הדיוק הגבוה של המכשיר. מנועים חשמליים כאלה משמשים בציוד המודרני ביותר. החסרונות כוללים רק את העלות הגבוהה שלהם. מבחינה מבנית, הרוטור של מכשיר זה הוא גליל ממוגנט שעליו נמצאות שיניים מגנטיות רכות.

לדוגמה, מנוע צעד בן 200 שלבים משתמש בשתי דיסקיות שיניים עם כל אחת 50 שיניים. הדיסקים מקוזזים ביחס אחד לשני בחצי שן כך שחלל הקוטב החיובי עולה בקנה אחד עם בליטת הקוטב השלילי ולהיפך. הודות לכך, לרוטור יש 100 קטבים עם קוטביות הפוכה.

כלומר, גם הקוטב הדרומי והצפוני ניתנים לעקירה ביחס לסטאטור ב -50 עמדות שונות, ובסך הכל 100. ושינוי פאזה ברבע נותן עוד 100 עמדות, זה נעשה בשל עירור רציף.

שליטה על מנוע צעד

הניהול מתבצע בשיטות הבאות:

1. גַל. בשיטה זו, מתח מופעל רק על סליל אחד, שאליו נמשך הרוטור. מכיוון שמדובר רק בסלילה אחת, מומנט הרוטור קטן ואינו מתאים להעברת הספק גבוה.
2. צעד מלא. בהתגלמות זו, שני פיתולים מתרגשים בבת אחת, ובכך מבטיחים את המומנט המרבי.
3. חצי שלב. משלב את שתי השיטות הראשונות. בהתגלמות זו, המתח מופעל תחילה על אחד הפיתולים ולאחר מכן על שניים. בדרך זו, צעדים נוספים מתממשים, וכוח ההחזקה המרבי, שעוצר את הרוטור במהירויות גבוהות.
4. בקרת המיקרוסטאפ מתבצעת על ידי החלת דחפים של מיקרוסטפ. שיטה זו מבטיחה סיבוב חלק של הרוטור ומפחיתה את הטלטולים במהלך הפעולה.

יתרונות וחסרונות של מנועי צעד

היתרונות של מכונות חשמל מסוג זה כוללות:

• מהירויות גבוהות של התחלה, עצירה, הפוך;
• הפיר מסתובב בהתאם לפקודה של מכשיר הבקרה בזווית שנקבעה מראש;
• קיבוע ברור של המיקום לאחר העצירה;
• דיוק מיקום גבוה, ללא דרישות קפדניות לנוכחות משוב;
• אמינות גבוהה בשל היעדר אספן;
• שמירה על מומנט מרבי במהירויות נמוכות.

חסרונות:

• הפרה אפשרית של המיקום כאשר העומס המכני על הפיר גבוה מהמותר עבור דגם מנוע מסוים;
• הסתברות לתהודה;
• תוכנית בקרה מורכבת;
• מהירות סיבוב נמוכה, אך לא ניתן לייחס זאת לחסרונות משמעותיים, מכיוון שמנועי צעד אינם משמשים פשוט לסובב משהו כמו ללא מברשת, למשל, אבל למנגנוני מיקום.

מנוע צעד נקרא גם מנוע "מספר סופי של עמדות הרוטור". זו ההגדרה המרווחת ביותר ובו זמנית התמציתית של מכונות חשמליות כאלה. הם משמשים באופן פעיל במכונות CNC, מדפסות תלת מימד ורובוטים. המתחרה העיקרי של מנוע הצעד הוא סרוו, אך לכל אחד מהם יש יתרונות וחסרונות משלו, הקובעים את ההתאמה של השימוש בכל אחד מהם.

חומרים קשורים:

• מהם סוגי המנועים החשמליים וכיצד הם שונים
• מהו מתח צעד וכמה הוא מסוכן
• מהו מנוע סינכרוני והיכן משתמשים בו