Trinnmotor: enhet, prinsipp for drift, omfang

DC stepper motorer er mye brukt i datamaskin numeriske kontrollmaskiner og robotikk. Hovedforskjellen mellom denne elektriske motoren er prinsippet for driften. Akselen til trinnmotoren roterer ikke lenge, men roterer bare gjennom en viss vinkel. Dette sikrer presis posisjonering av arbeidselementet i rommet. Strømforsyningen til en slik motor er diskret, det vil si at den utføres av pulser. Disse impulsene snur akselen i en viss vinkel, hver slik sving kalles et trinn, derav navnet. Ofte fungerer disse motorene samtidig med en girkasse for å forbedre innstillingsnøyaktigheten og dreiemomentet på akselen, og med en encoder for å spore akselposisjonen for øyeblikket. Disse elementene er nødvendige for å overføre og transformere rotasjonsvinkelen. I denne artikkelen vil vi fortelle leserne av nettstedet Elektriker selv om enheten, prinsippet om drift og formålet med trinnmotorer.

Hvordan en trinnmotor fungerer

Etter sin type er det en børsteløs synkron motor. Omfatter stator og rotor. På rotoren er det vanligvis seksjoner laget av elektriske stålplater (på bildet er dette den "tannede" delen), og disse er igjen atskilt med permanente magneter. Viklingene er plassert på statoren, i form av separate spoler.

Driftsprinsipp

Hvordan en trinnmotor fungerer kan sees på en betinget modell. I posisjon 1 påføres en spenning med en viss polaritet på viklingene A og B. Som et resultat genereres et elektromagnetisk felt i statoren. Siden forskjellige magnetiske poler tiltrekkes, vil rotoren ta sin posisjon langs aksen til magnetfeltet. Videre vil motorens magnetfelt forhindre forsøk på å endre rotorens posisjon fra utsiden. Enkelt sagt vil stators magnetfelt fungere for å hindre at rotoren endrer en gitt posisjon (for eksempel under mekanisk belastning på akselen).

Hvis en spenning med samme polaritet påføres viklingene D og C, vil det elektromagnetiske feltet skifte. Dette vil føre til at permanentmagnetrotoren svinger til posisjon 2. I dette tilfellet er rotasjonsvinkelen 90 °. Denne vinkelen vil være trinnet for å snu rotoren.

Posisjon 3 oppnås ved å bruke omvendt polaritetsspenning på viklingene A og B. I dette tilfellet vil det elektromagnetiske feltet være motsatt posisjon 1, rotoren til motorene vil forskyves, og den totale vinkelen vil være 180 °.

Når en spenning med omvendt polaritet påføres viklingene D og C, vil rotoren rotere gjennom en vinkel på opptil 270 ° i forhold til startposisjonen. Når en positiv spenning er koblet til viklingene A og B, vil rotoren ta sin opprinnelige posisjon - den vil fullføre en 360 ° revolusjon. Det må tas i betraktning at rotoren beveger seg langs den korteste banen, det vil si fra posisjon 1 til posisjon 4 med klokken rotoren roterer først etter å ha passert mellom 2 og 3 bestemmelser. Når viklingene etter 1 posisjon umiddelbart kobles til 4 posisjoner, roterer rotoren mot klokken.

Typer og typer etter polaritet eller type viklinger

Steppermotorer bruker bipolare og unipolare viklinger. Operasjonsprinsippet ble vurdert på grunnlag av en bipolar maskin. Dette designet gir bruk av forskjellige faser for å drive viklingene. Kretsen er veldig kompleks og krever dyre og kraftige kontrollkort.

En enklere kontrollordning i unipolare maskiner. I en slik ordning er begynnelsen på viklingene koblet til et vanlig "pluss". På de andre konklusjonene av viklingene leveres "minus" vekselvis. Dette sikrer rotoren til rotoren.

Bipolare steppermotorer er kraftigere, de har 40% mer dreiemoment enn unipolare. Unipolare elektriske motorer er mye mer praktisk å betjene.

Motortyper etter rotordesign

I henhold til typen rotordesign er trinnmotorer delt inn i maskiner:

• med en permanent magnet;
• med variabel motvilje;
• hybrid.

SM med permanente magneter på rotoren er utformet på samme måte som i eksemplene diskutert ovenfor. Den eneste forskjellen er at det er mye flere magneter i ekte maskiner. De distribueres vanligvis på en delt disk. Antallet poler i moderne motorer når 48. Ett trinn i slike elektriske motorer er 7,5 °.

Variable motvillighetsmotorer. Rotoren til disse maskinene er laget av myke magnetiske legeringer, de kalles også "reaktiv trinnmotor". Rotoren er montert fra individuelle plater og ser ut som et tannhjul i seksjon. Denne konstruksjonen er nødvendig slik at magnetfluksen lukkes gjennom tennene. Den største fordelen med denne designen er fraværet av et låsemoment. Faktum er at den permanente magnetrotoren tiltrekkes av metalldelene i den elektriske motoren. Og det er ganske vanskelig å snu akselen i fravær av spenning på statoren. Det er ikke et slikt problem i en trinnmotor med variabel motvilje. En vesentlig ulempe er imidlertid det lille dreiemomentet. Stigningen på slike maskiner er vanligvis mellom 5 ° og 15 °.

Hybrid steppermotor ble utviklet for å kombinere de beste egenskapene til de to tidligere typene. Disse motorene har en liten stigning fra 0,9 til 5 °, og har høyt dreiemoment og holdbarhet. Den viktigste fordelen er enhetens høye nøyaktighet. Slike elektriske motorer brukes i det mest moderne utstyret med høy presisjon. Ulempene inkluderer bare de høye kostnadene. Strukturelt er rotoren til denne enheten en magnetisert sylinder som myke magnetiske tenner er plassert på.

For eksempel bruker en 200-trinns trinnmotor to tannskiver med 50 tenner hver. Skivene forskyves i forhold til hverandre med en halv tann, slik at hulrommet til den positive polen sammenfaller med den utstikkende delen av den negative polen og omvendt. Takket være dette har rotoren 100 poler med omvendt polaritet.

Det vil si at både sør- og nordpolen kan forskyves i forhold til statoren i 50 forskjellige stillinger, og totalt 100. Og et faseskift med en fjerdedel gir ytterligere 100 stillinger, dette gjøres på grunn av sekvensiell eksitasjon.

Stepper motor kontroll

Styring utføres på følgende måter:

1. Bølge. I denne metoden påføres spenning på bare en spole, som rotoren tiltrekkes av. Siden bare én vikling er involvert, er rotormomentet lite og ikke egnet for kraftoverføring.
2. Fullt trinn. I denne utførelsen eksiteres to viklinger på en gang, og sikrer dermed maksimalt dreiemoment.
3. Halvtrinn. Kombinerer de to første metodene. I denne utførelsen tilføres spenningen først til en av viklingene, og deretter til to. På denne måten realiseres flere trinn, og den maksimale holdkraften, som stopper rotoren ved høye hastigheter.
4. Microstepping -kontroll utføres ved å påføre microstep -impulser. Denne metoden sikrer jevn rotasjon av rotoren og reduserer rykk under drift.

Fordeler og ulemper med trinnmotorer

Fordelene med denne typen elektriske maskiner inkluderer:

• høye hastigheter for start, stopp, revers;
• akselen roteres i samsvar med kommandoen til styreenheten i en forhåndsbestemt vinkel;
• klar fiksering av stillingen etter stopp;
• høy posisjoneringsnøyaktighet, uten strenge krav til tilstedeværelse av tilbakemelding;
• høy pålitelighet på grunn av fravær av en samler;
• opprettholde maksimalt dreiemoment ved lave turtall.

Ulemper:

• mulig brudd på posisjonering når den mekaniske belastningen på akselen er høyere enn det som er tillatt for en bestemt motormodell;
• resonans sannsynlighet;
• kompleks kontrollordning;
• lav rotasjonshastighet, men dette kan ikke tilskrives betydelige ulemper, siden trinnmotorer ikke bare brukes til å rotere noe som børsteløsfor eksempel, men for posisjoneringsmekanismer.

En trinnmotor kalles også en "begrenset antall rotorposisjoner" -motor. Dette er den mest romslige og samtidig konsise definisjonen på slike elektriske maskiner. De brukes aktivt i CNC -maskiner, 3D -skrivere og roboter. Hovedkonkurrenten til trinnmotoren er servo, men hver av dem har sine egne fordeler og ulemper, som bestemmer om det er hensiktsmessig å bruke den ene eller den andre i hvert tilfelle.

Relaterte materialer:

• Hva er typene elektriske motorer og hvordan de er forskjellige
• Hva er trinnspenning og hvor farlig det er
• Hva er en synkron motor og hvor brukes den?