Apa itu motor stepper, mengapa ia diperlukan dan bagaimana ia berfungsi
Motor stepper DC banyak digunakan dalam mesin dan robotik yang dikendalikan secara berangka. Perbezaan utama motor elektrik ini adalah prinsip pengoperasiannya. Poros motor stepper tidak berputar dalam jangka masa yang lama, tetapi hanya memutar sudut tertentu. Ini memastikan kedudukan item kerja dengan tepat di ruang. Bekalan kuasa enjin sedemikian berbeza, iaitu, ia dilakukan oleh denyutan. Nadi ini juga memutar poros dengan sudut tertentu, setiap putaran tersebut disebut langkah, maka namanya. Selalunya, motor elektrik ini bekerjasama dengan kotak gear untuk meningkatkan ketepatan pemasangan dan tork pada poros, dan dengan pengekod untuk mengesan kedudukan poros pada saat ini. Unsur-unsur ini diperlukan untuk menghantar dan menukar sudut putaran. Dalam artikel ini kami akan memberitahu pembaca laman web ini Elecroexpert mengenai peranti, prinsip operasi dan pelantikan motor stepper.
Bagaimana motor stepper berfungsi
Jenisnya adalah motor elektrik segerak tanpa berus. Terdiri daripada pemegun dan pemutar. Pada rotor, bahagian biasanya terletak, dipasang dari kepingan keluli elektrik (dalam gambar ini adalah bahagian "gear"), dan pada gilirannya, dipisahkan oleh magnet kekal. Di stator terdapat belitan dalam bentuk gegelung yang terpisah.
Prinsip operasi
Bagaimana motor stepper berfungsi dapat dipertimbangkan berdasarkan model bersyarat. Pada kedudukan 1, voltan kekutuban tertentu dikenakan pada belitan A dan B. Akibatnya, medan elektromagnetik dihasilkan di stator. Oleh kerana kutub magnet yang berbeza tertarik, pemutar akan mengambil kedudukannya di sepanjang paksi medan magnet. Lebih-lebih lagi, medan magnet motor akan menghalang percubaan untuk mengubah kedudukan pemutar dari luar. Dengan kata mudah, medan magnet stator akan berfungsi agar pemutar tidak mengubah kedudukannya yang telah ditentukan (contohnya, di bawah beban mekanikal pada batang).
Sekiranya voltan kekutuban yang sama diterapkan pada belitan D dan C, medan elektromagnetik akan beralih. Ini menyebabkan pemutar magnet kekal berputar ke kedudukan 2. Dalam kes ini, sudut putaran adalah 90 °. Sudut ini akan menjadi langkah putaran rotor.
Kedudukan 3 dicapai dengan menerapkan voltan polaritas terbalik pada belitan A dan B. Dalam kes ini, medan elektromagnetik akan menjadi bertentangan dengan kedudukan 1, rotor motor akan bergeser, dan sudut keseluruhan akan 180 °.
Semasa menerapkan voltan polaritas terbalik pada belitan D dan C, rotor akan memutar sudut hingga 270 ° berbanding dengan kedudukan awal. Apabila voltan positif disambungkan ke belitan A dan B, pemutar akan mengambil kedudukan awalnya - ia akan menyelesaikan revolusi 360 °.Perlu diingat bahawa pemutar bergerak di sepanjang jalan terkecil, iaitu, dari kedudukan 1 ke kedudukan 4, pemutar akan berputar hanya setelah melewati posisi pertengahan 2 dan 3. Semasa menyambung belitan setelah 1 posisi, segera ke posisi 4, rotor akan berpusing berlawanan arah jarum jam.
Jenis dan jenis mengikut kekutuban atau jenis belitan
Pada motor stepper, belitan bipolar dan unipolar digunakan. Prinsip operasi dipertimbangkan berdasarkan mesin bipolar. Reka bentuk ini melibatkan penggunaan fasa yang berbeza untuk menggerakkan belitan. Litarnya sangat kompleks dan memerlukan kad kawalan yang mahal dan kuat.
Skema kawalan yang lebih mudah di mesin unipolar. Dalam skema seperti itu, permulaan belitan dihubungkan dengan "tambah" biasa. Pada kesimpulan kedua belitan, tolak digunakan secara bergantian. Ini memastikan putaran pemutar.
Motor stepper bipolar lebih kuat, torknya 40% lebih tinggi daripada motor unipolar. Motor elektrik unipolar lebih senang dikendalikan.
Jenis motor untuk reka bentuk rotor
Mengikut jenis reka bentuk rotor, motor stepper dibahagikan kepada mesin:
- dengan magnet kekal;
- dengan rintangan magnet berubah-ubah;
- kacukan.
Motor stepper magnet kekal pada rotor disusun dengan cara yang sama seperti pada contoh di atas. Satu-satunya perbezaan adalah bahawa dalam mesin sebenar bilangan magnet jauh lebih besar. Ia biasanya diedarkan pada pemacu bersama. Bilangan tiang pada motor moden mencapai 48. Satu langkah pada motor elektrik tersebut ialah 7.5 °.
Motor elektrik dengan rintangan magnet yang berubah-ubah. Rotor mesin-mesin ini diperbuat daripada aloi magnet lembut, ia juga disebut "jet stepper motor". Rotor dipasang dari plat individu dan dalam konteksnya kelihatan seperti roda gigi. Reka bentuk ini diperlukan supaya fluks magnet menutup melalui gigi. Kelebihan utama reka bentuk ini adalah ketiadaan momen penguncian. Faktanya ialah rotor dengan magnet kekal tertarik pada bahagian logam motor elektrik. Dan untuk menghidupkan poros jika tidak ada voltan pada stator agak sukar. Dalam motor stepper dengan rintangan magnet berubah tidak ada masalah seperti itu. Walau bagaimanapun, kelemahan yang ketara adalah tork kecil. Suara mesin sedemikian biasanya dari 5 ° hingga 15 °.
Motor stepper hibrid direka untuk menggabungkan ciri terbaik dari dua jenis sebelumnya. Enjin sedemikian mempunyai nada kecil dalam kisaran 0,9 hingga 5 °, memiliki daya kilas dan daya tahan yang tinggi. Nilai tambah yang paling penting ialah ketepatan tinggi peranti. Motor elektrik seperti itu digunakan dalam peralatan berketepatan tinggi yang paling moden. Oleh keburukan hanya boleh dikaitkan dengan kos tinggi. Secara struktural, pemutar alat ini adalah silinder magnet di mana gigi lembut magnet terletak.
Sebagai contoh, dalam motor stepper 200 langkah, masing-masing dua cakera gear dengan 50 gigi digunakan. Cakera dipindahkan satu sama lain dengan gigi sehingga tekanan tiang positif bertepatan dengan penonjolan negatif dan sebaliknya. Oleh kerana itu, rotor mempunyai 100 kutub dengan kekutuban terbalik.
Artinya, kedua kutub selatan dan utara dapat bergeser relatif dengan stator dalam 50 posisi yang berbeza, dan total 100. Dan pergeseran fasa seperempat memberikan 100 posisi lagi, ini dilakukan dengan pengujaan berurutan.
Pengurusan SD
Pengurusan dijalankan dengan kaedah berikut:
- Gelombang. Dalam kaedah ini, voltan diterapkan hanya pada satu gegelung, yang mana rotor tertarik. Oleh kerana hanya satu penggulungan yang terlibat, torsi rotor kecil, dan tidak sesuai untuk menghantar daya yang besar.
- Langkah penuh. Dalam perwujudan ini, dua belitan teruja sekaligus, yang memastikan tork maksimum.
- Separuh langkah. Menggabungkan dua kaedah pertama.Dalam perwujudan ini, voltan dikenakan pertama pada salah satu belitan, dan kemudian ke dua. Oleh itu, semakin banyak langkah dapat dicapai, dan daya tahan maksimum yang menghentikan pemutar pada kelajuan tinggi.
- Microstepping dilakukan dengan menggunakan denyutan microstep. Kaedah ini memberikan putaran rotor yang lancar dan mengurangkan sentakan semasa operasi.
Kelebihan dan kekurangan motor stepper
Kelebihan mesin elektrik jenis ini termasuk:
- permulaan, berhenti, kelajuan terbalik yang tinggi;
- poros berputar sesuai dengan arahan alat kawalan pada sudut yang telah ditentukan;
- penetapan kedudukan yang jelas selepas berhenti;
- ketepatan kedudukan tinggi, tanpa keperluan maklum balas yang ketat;
- kebolehpercayaan yang tinggi kerana kekurangan pemungut;
- mengekalkan tork maksimum pada kelajuan rendah.
Kekurangan:
- kemungkinan pelanggaran kedudukan semasa beban mekanikal pada poros lebih tinggi daripada yang dibenarkan untuk model mesin tertentu;
- kebarangkalian resonans;
- skim kawalan kompleks;
- kelajuan putaran rendah, tetapi ini tidak dapat dikaitkan dengan kelemahan yang ketara, kerana motor stepper tidak digunakan untuk hanya memutar sesuatu yang serupa tanpa berus, misalnya, tetapi untuk mekanisme penentududukan.
Motor stepper juga disebut "motor elektrik kedudukan rotor terhingga". Ini adalah definisi ringkas yang paling luas dan sekaligus mesin elektrik sedemikian. Mereka digunakan secara aktif dalam mesin CNC, pencetak 3D dan robot. Pesaing utama motor stepper adalah servo, tetapi masing-masing mempunyai kelebihan dan kekurangan tersendiri yang menentukan kesesuaian penggunaan satu atau yang lain dalam setiap kes.
Bahan berkaitan:
Memuat ...
