Što je stepper motor, zašto je potreban i kako funkcionira
DC koračni motori naširoko se koriste u numerički upravljanim strojevima i robotizaciji. Glavna razlika ovog elektromotora je princip njegovog rada. Osovina koračnog motora ne okreće se dugo vremena, već samo rotira određeni kut. To osigurava precizno pozicioniranje radnog predmeta u prostoru. Napajanje takvog motora je diskretno, to jest, provodi se impulsima. Ti impulsi također rotiraju osovinu za određeni kut, svaka takva rotacija se naziva korak, otuda i naziv. Često ovi električni motori rade u tandemu s mjenjačem kako bi povećali točnost ugradnje i zakretnog momenta na osovini, te pomoću davača koji bi pratili položaj osovine u ovom trenutku. Ti su elementi potrebni za prijenos i pretvaranje kuta rotacije. U ovom ćemo članku reći čitateljima stranice our.electricianexp o uređaju, principu rada i svrsi koračnih motora.
Kako djeluje stepper motor
Po tipu je sinhroni elektromotor bez četkice. Sastoji se od stator i rotor, Na rotoru se obično nalaze odjeljci sastavljeni od listova električnog čelika (na fotografiji je to dio zupčanika), a oni su zauzvrat odvojeni trajnim magnetima. Na statoru se nalaze namotaji u obliku zasebnih zavojnica.
Princip rada
Kako djeluje stepper motor može se razmotriti na uvjetnom modelu. U položaju 1, napon određene polarnosti primjenjuje se na namotaje A i B. Kao rezultat, u statoru se stvara elektromagnetsko polje. Budući da privlače različite magnetske stupove, rotor će zauzeti svoj položaj duž osi magnetskog polja. Štoviše, magnetsko polje motora ometaće pokušaje promjene položaja rotora izvana. Jednostavno rečeno, magnetsko polje statora će raditi na tome da zadrži rotor da promijeni svoj unaprijed određeni položaj (na primjer, pod mehaničkim opterećenjima na osovini).
Ako se napon iste polarnosti primijeni na namotaje D i C, elektromagnetsko polje će se pomaknuti. To uzrokuje da se rotor stalnog magneta okreće u položaj 2. U ovom slučaju kut rotacije je 90 °. Taj kut će biti korak rotacije rotora.
Položaj 3 postiže se primjenom napona obrnute polarnosti na namotaje A i B. U tom će slučaju elektromagnetsko polje postati suprotno položaju 1, rotor motora će se pomaknuti, a ukupni kut će biti 180 °.
Pri primjeni napona obrnute polarnosti na namotaje D i C, rotor će zakretati kut do 270 ° u odnosu na početni položaj. Kada se pozitivni napon priključi namotima A i B, rotor će zauzeti početni položaj - dovršit će okretanje za 360 °.Treba imati na umu da se rotor kreće po najmanjoj putanji, tj. Od položaja 1 do položaja 4, rotor će se rotirati tek nakon što prođe između međuprodukta 2 i 3. Kada spojite namotaje nakon 1 položaja, odmah u položaj 4, rotor će se okrenuti u smjeru suprotnom od kazaljke na satu.
Vrste i vrste prema polaritetu ili vrsti namotaja
U stepper motorima koriste se bipolarni i unipolarni namoti. Načelo rada razmatrano je na osnovi bipolarnog stroja. Ovaj dizajn uključuje upotrebu različitih faza za napajanje namotaja. Krug je vrlo složen i zahtijeva skupe i snažne upravljačke kartice.
Jednostavnija shema upravljanja u unipolarnim strojevima. U takvoj shemi početak namotaja povezan je s zajedničkim "plusom". Na drugom zaključku namotaja naizmjenično se primjenjuje minus. To osigurava zakretanje rotora.
Bipolarni stepper motori su snažniji, okretni moment im je 40% veći nego kod unipolarnih. Unipolarni električni motori mnogo su prikladniji za rad.
Vrste motora za dizajn rotora
Prema vrsti dizajna rotora, stepper motori su podijeljeni u strojeve:
- s trajnim magnetom;
- s promjenjivim magnetskim otporom;
- hibrid.
Stepeni motor s trajnim magnetom na rotoru smješten je na isti način kao u gornjim primjerima. Jedina je razlika što je u stvarnim strojevima broj magneta mnogo veći. Obično se distribuiraju na zajedničkom pogonu. Broj polova u modernim motorima doseže 48. Jedan korak u takvim električnim motorima je 7,5 °.
Elektromotori s promjenjivim magnetskim otporom. Rotor ovih strojeva izrađen je od mekih magnetskih legura, oni se nazivaju i "mlaznim koračnim motorom". Rotor je sastavljen od pojedinačnih ploča i u kontekstu izgleda poput zupčanika. Ovaj dizajn je neophodan kako bi se magnetski tok zatvorio kroz zube. Glavna prednost ovog dizajna je odsutnost trenutka zaključavanja. Činjenica je da rotor s trajnim magnetima privlači metalne dijelove elektromotora. A okrenuti osovinu u nedostatku napona na statoru prilično je teško. U koračnom motoru s promjenjivim magnetskim otporom nema takvih problema. Međutim, značajan nedostatak je mali zakretni moment. Nagib takvih strojeva je obično od 5 ° do 15 °.
Hibridni stepper motor dizajniran je za spajanje najboljih karakteristika dva prethodna tipa. Takvi motori imaju mali nagib u rasponu od 0,9 do 5 °, imaju visoki obrtni moment i sposobnost zadržavanja. Najvažniji plus je velika preciznost uređaja. Takvi se električni motori koriste u najmodernijoj visoko preciznoj opremi. Protivima se mogu pripisati samo njihovi visoki troškovi. Strukturno je rotor ovog uređaja magnetizirani cilindar na kojem se nalaze magnetski mekani zubi.
Na primjer, u koračnom motoru od 200 koraka koriste se dva diska zupčanika sa po 50 zuba. Diskovi se pomiču jedan prema drugom zubom tako da se depresija pozitivnog pola podudara s izbočenjem negativnog i obrnuto. Zbog toga rotor ima 100 polova s obrnutim polaritetom.
Odnosno, južni i sjeverni pol mogu se pomicati u odnosu na stator u 50 različitih položaja, a ukupno u 100. A fazni pomak od četvrtine daje još 100 položaja, to se događa uslijed sekvencijalnog pobuđenja.
Upravljanje SD-om
Upravljanje se vrši sljedećim metodama:
- Val. U ovoj se metodi napon primjenjuje na samo jednu zavojnicu, na koju se privlači rotor. Budući da je uključeno samo jedno navijanje, zakretni moment rotora je mali i nije pogodan za prijenos velikih sila.
- Potpun korak. U ovoj izvedbi, dva su namota pobuđena odjednom, što osigurava maksimalni okretni moment.
- Pola koraka. Kombinira prve dvije metode.U ovoj izvedbi napon se primjenjuje prvo na jedno od namotaja, a potom na dva. Tako se ostvaruje veći broj koraka i najveća sila držanja koja zaustavlja rotor pri velikim brzinama.
- Mikrostepen se provodi primjenom mikrostepskih impulsa. Ova metoda omogućuje glatko okretanje rotora i smanjuje trzanje tokom rada.
Prednosti i nedostaci koračnih motora
Prednosti ove vrste električnih strojeva uključuju:
- visoki start, stop, obrnute brzine;
- vratilo se okreće u skladu s naredbom upravljačkog uređaja pod unaprijed određenim kutom;
- jasno fiksiranje položaja nakon zaustavljanja;
- visoka točnost pozicioniranja, bez strogih zahtjeva za povratne informacije;
- visoka pouzdanost zbog nedostatka kolektora;
- održavanje najvećeg zakretnog momenta pri malim brzinama.
nedostaci:
- moguće kršenje položaja tijekom mehaničkog opterećenja na vratilu veće je od dopuštenog za određeni model motora;
- vjerojatnost rezonancije;
- složena kontrolna shema;
- niska brzina rotacije, ali to se ne može pripisati značajnim nedostacima, jer se stepper motori ne koriste za jednostavno okretanje bilo čega bez četkicana primjer, ali za mehanizme pozicioniranja.
Steper motor se također naziva i električni motor s konačnim rotorom. Ovo je najopsežnija i istovremeno kratka definicija takvih električnih strojeva. Aktivno se koriste u CNC strojevima, 3D pisačima i robotima. Glavni konkurent koračnim motorom je servo pogon, ali svaki od njih ima svoje prednosti i nedostatke koji određuju prikladnost korištenja jedne ili druge za svaki slučaj.
Srodni materijali:
Učitavanje ...
