Stepper motora vadība

Elektromotori pārvērš elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā, un, tāpat kā pakāpju motoriem, tie pārvērš elektrisko impulsu enerģiju rotora rotējošās kustībās. Kustība, ko rada katra impulsa darbība, tiek uzsākta un atkārtota ar augstu precizitāti, padarot lodīšu motorus par efektīvu piedziņu ierīcēm, kurām nepieciešama precīza pozicionēšana.

Pastāvīgā magnēta pakāpju motori ietver: pastāvīgā magnēta rotoru, statora tinumus un magnētisko serdi. Enerģijas spoles izveido magnētiskos ziemeļu un dienvidu polus, kā parādīts attēlā. Statora kustīgais magnētiskais lauks liek rotoru vienmēr saskaņot ar to. Šo rotējošo magnētisko lauku var noregulēt, kontrolējot statora spoļu virknes ierosmi, lai pagrieztu rotoru.

Attēlā parādīta divfāžu motora tipiskas ierosmes metodes diagramma. A fāzē abas statora spoles tiek iedarbinātas, un tas izraisa rotora piesaisti un bloķēšanos, jo pretējie magnētiskie poli piesaista viens otru.Kad tiek izslēgti A fāzes tinumi, tiek ieslēgti B fāzes tinumi, rotors griežas pulksteņrādītāja virzienā (angļu valodā CW - pulksteņrādītāja virzienā, CCW - pretēji pulksteņrādītāja virzienam) par 90 °.

Tad fāze B izslēdzas un fāze A ieslēdzas, bet stabi tagad ir pretēji tiem, kādi tie bija pašā sākumā. Tas noved pie nākamā 90 ° pagrieziena. Pēc tam fāze A tiek izslēgta, fāze B tiek ieslēgta ar apgrieztu polaritāti. Atkārtojot šīs darbības, rotors griezīsies pulksteņrādītāja virzienā ar 90° soli.

Pakāpenisko vadību, kas parādīta attēlā, sauc par vienfāzes vadību. Pieņemamāks pakāpju kontroles veids ir divfāžu aktīvā vadība, kur vienmēr ir ieslēgtas abas motora fāzes, bet vienā no tām mainās polaritāte, kā parādīts attēlā.

Šī vadība liek pakāpju motora rotoram kustēties tā, lai tas izlīdzinās ar katru soli izveidotā ziemeļu un dienvidu pola centrā starp magnētiskās ķēdes izvirzījumiem. Tā kā abas fāzes vienmēr ir ieslēgtas, šī vadības metode nodrošina par 41,4% lielāku griezes momentu nekā vadība ar vienu aktīvo fāzi, taču tai ir nepieciešama divreiz lielāka elektriskā jauda.

Pussolis

Stepper motors var būt arī "puspakāpju", tad fāzes pārejas laikā tiek pievienots atvienošanas posms. Tādējādi slīpuma leņķis tiek samazināts uz pusi. Piemēram, 90 ° vietā pakāpju motors var pagriezt 45 ° katrā "pussolī", kā parādīts attēlā.

Bet pussoļa režīms rada griezes momenta zudumu 15-30% apmērā, salīdzinot ar soļu vadību ar divām aktīvām fāzēm, jo ​​viens no tinumiem ir neaktīvs pusi soļa un tas galu galā noved pie elektromagnētiskā spēka zuduma, iedarbojoties uz rotoru, t.i., neto griezes momenta zudumu.

Bipolārā spole

Divfāžu pakāpju vadība pieņem divu polu statora tinumu. Katrai fāzei ir sava spole, un, kad strāva tiek apgriezta caur spolēm, mainās arī elektromagnētiskās polaritātes. Sākotnējais posms ir tipisks divfāžu draiveris parādīts attēlā. Kontroles shēma ir parādīta tabulā. Redzams, kā vienkārši mainot strāvas virzienu caur spolēm, iespējams mainīt magnētisko polaritāti fāzēs.

Viena pola spole

Vēl viens tipisks spoles veids ir unipolārā spole.Šeit spoles tiek sadalītas divās daļās un, kad viena spoles daļa tiek pieslēgta pie sprieguma, tiek izveidots ziemeļpols, kad otra daļa tiek pieslēgta, tiek izveidots dienvidu pols. Šo risinājumu sauc par vienpolāru spoli, jo elektriskā polaritāte, kas ir atbildīga par strāvu, nekad nemainās. Kontroles posmi ir parādīti attēlā.

Šis dizains ļauj izmantot vienkāršāku elektronisko bloku. Tomēr šeit tiek zaudēti gandrīz 30% griezes momenta salīdzinājumā ar bipolāru spoli, jo spolēm ir puse no stieples kā bipolārajai spolei.

Citi slīpuma leņķi

Lai iegūtu mazākus slīpuma leņķus, ir nepieciešams lielāks polu skaits gan uz rotora, gan uz statora. 7,5° rotoram ir 12 polu pāri, un statora magnētiskajā serdenī ir 12 izvirzījumi. Divas spoles ausis un divas spoles.

Tas dod 48 stabus katram 7,5° pakāpienam. Attēlā sadaļā var redzēt 4 polu uzgaļus. Protams, ir iespējams apvienot soļus, lai sasniegtu lielus pārvietojumus, piemēram, seši soļi pa 7,5° radīs rotora rotāciju par 45°.

Precizitāte

Stepper motoru precizitāte ir 6-7% uz soli (bez uzkrāšanas). Pakāpju motors ar 7,5° soļiem vienmēr atradīsies 0,5° robežās no teorētiski paredzētās pozīcijas neatkarīgi no tā, cik soļu jau ir veikti. Kļūda neuzkrāsies, jo mehāniski ik pēc 360 ° atkārtojas soli pa solim. Bez slodzes statora un rotora polu fiziskais stāvoklis viens pret otru vienmēr būs vienāds.

Rezonanse

Stepper motoriem ir sava rezonanses frekvence, jo tie ir atsperes svaram līdzīgas sistēmas. Ja ritms ir tāds pats kā motora dabiskās rezonanses frekvence, var dzirdēt motora radīto troksni un pastiprina vibrāciju.

Rezonanses punkts ir atkarīgs no motora pielietojuma, tā slodzes, bet parasti rezonanses frekvence svārstās no 70 līdz 120 soļiem sekundē. Sliktākajā gadījumā motors zaudēs kontroles precizitāti, ja tas nonāks rezonansē.

Vienkāršs veids, kā izvairīties no sistēmas rezonanses problēmām, ir mainīt ritmu prom no rezonanses punkta. Pus- vai mikropakāpju režīmā rezonanses problēma tiek samazināta, jo rezonanses punkts tiek pamests, palielinoties ātrumam.

Griezes moments

Pakāpju motora griezes moments ir atkarīgs no: soļa ātruma, statora tinuma strāvas, motora veida. Konkrēta pakāpju motora jauda ir saistīta arī ar šiem trim faktoriem.Stepper motora griezes moments ir berzes griezes momenta un inerces griezes momenta summa.

Berzes griezes moments gramos uz centimetru ir spēks, kas nepieciešams, lai ar 1 cm garu sviras sviru pārvietotu kravu, kas sver noteiktu gramu skaitu.. Ir svarīgi ņemt vērā, ka, palielinoties motora soļu ātrumam, motora aizmugurē esošais EMF , tas ir, motora radītais spriegums palielinās. Tas ierobežo strāvu statora tinumos un samazina griezes momentu.