Động cơ bước là gì, tại sao cần thiết và hoạt động như thế nào
Động cơ bước DC được sử dụng rộng rãi trong các máy và robot điều khiển số. Sự khác biệt chính của động cơ điện này là nguyên tắc hoạt động của nó. Trục của động cơ bước không quay trong một thời gian dài mà chỉ xoay một góc nhất định. Điều này đảm bảo định vị chính xác của mục công việc trong không gian. Việc cung cấp năng lượng của một động cơ như vậy là rời rạc, nghĩa là, nó được thực hiện bằng các xung. Các xung này cũng xoay trục theo một góc nhất định, mỗi vòng quay như vậy được gọi là một bước, do đó có tên. Thông thường, các động cơ điện này hoạt động song song với hộp số để tăng độ chính xác của việc lắp đặt và mô-men xoắn trên trục, và với một bộ mã hóa để theo dõi vị trí của trục tại thời điểm này. Các yếu tố này là cần thiết để truyền và chuyển đổi góc quay. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ nói với độc giả của trang web Elecroexpert về thiết bị, nguyên tắc hoạt động và bổ nhiệm động cơ bước.
Làm thế nào một động cơ bước hoạt động
Trong loại nó là một động cơ điện đồng bộ không chổi than. Bao gồm stato và rôto. Trên rôto, các bộ phận thường được định vị, lắp ráp từ các tấm thép điện (trong ảnh là phần bánh răng của hãng) và các phần, lần lượt được phân tách bằng nam châm vĩnh cửu. Trên stato có các cuộn dây ở dạng cuộn riêng biệt.
Nguyên lý hoạt động
Làm thế nào một động cơ bước hoạt động có thể được xem xét trên một mô hình có điều kiện. Ở vị trí 1, điện áp của một cực nhất định được đặt vào cuộn dây A và B. Kết quả là, một trường điện từ được tạo ra trong stato. Vì các cực từ khác nhau được thu hút, rôto sẽ đưa vị trí của nó dọc theo trục của từ trường. Hơn nữa, từ trường của động cơ sẽ cản trở nỗ lực thay đổi vị trí của rôto từ bên ngoài. Nói một cách đơn giản, từ trường của stato sẽ hoạt động để giữ cho rôto không thay đổi vị trí định trước của nó (ví dụ, dưới tải trọng cơ học trên trục).
Nếu điện áp có cùng cực được đặt vào cuộn dây D và C, trường điện từ sẽ dịch chuyển. Điều này làm cho rôto nam châm vĩnh cửu quay đến vị trí 2. Trong trường hợp này, góc quay là 90 °. Góc này sẽ là cao độ của rôto.
Vị trí 3 đạt được bằng cách đặt điện áp phân cực ngược cho cuộn dây A và B. Trong trường hợp này, trường điện từ sẽ ngược với vị trí 1, rôto của động cơ sẽ dịch chuyển và tổng góc sẽ là 180 °.
Khi đặt điện áp phân cực ngược vào cuộn dây D và C, rôto sẽ quay một góc tới 270 ° so với vị trí ban đầu. Khi điện áp dương được kết nối với cuộn dây A và B, rôto sẽ giữ vị trí ban đầu - nó sẽ hoàn thành một cuộc cách mạng 360 °.Cần lưu ý rằng rôto di chuyển dọc theo con đường nhỏ nhất, nghĩa là từ vị trí 1 đến vị trí 4, rôto sẽ chỉ quay sau khi vượt qua 2 và 3 vị trí trung gian. Khi kết nối các cuộn dây sau 1 vị trí, ngay lập tức đến vị trí 4, rôto sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ.
Các loại và loại theo cực hoặc loại cuộn dây
Trong động cơ bước, cuộn dây lưỡng cực và đơn cực được sử dụng. Nguyên lý hoạt động đã được xem xét trên cơ sở của một máy lưỡng cực. Thiết kế này liên quan đến việc sử dụng các pha khác nhau để cung cấp năng lượng cho cuộn dây. Mạch rất phức tạp và đòi hỏi thẻ điều khiển đắt tiền và mạnh mẽ.
Một sơ đồ điều khiển đơn giản hơn trong các máy đơn cực. Trong sơ đồ như vậy, bắt đầu của cuộn dây được kết nối với một "cộng" chung. Trên kết luận thứ hai của cuộn dây, một điểm trừ được áp dụng xen kẽ. Điều này đảm bảo sự quay của rôto.
Động cơ bước lưỡng cực mạnh hơn, mô-men xoắn của chúng nhiều hơn 40% so với động cơ đơn cực. Động cơ điện đơn cực thuận tiện hơn nhiều để hoạt động.
Các loại động cơ cho thiết kế cánh quạt
Theo loại thiết kế cánh quạt, động cơ bước được chia thành các máy:
- với một nam châm vĩnh cửu;
- với điện trở từ thay đổi;
- lai.
Động cơ bước nam châm vĩnh cửu trên rôto được sắp xếp theo cách tương tự như trong các ví dụ trên. Sự khác biệt duy nhất là trong các máy thật, số lượng nam châm lớn hơn nhiều. Chúng thường được phân phối trên một ổ đĩa chung. Số cực trong động cơ hiện đại đạt 48. Một bước trong động cơ điện như vậy là 7,5 °.
Động cơ điện có điện trở từ thay đổi. Rôto của các máy này được làm bằng hợp kim từ mềm, chúng còn được gọi là "động cơ bước phản lực". Các cánh quạt được lắp ráp từ các tấm riêng lẻ và trong bối cảnh trông giống như một bánh răng. Thiết kế này là cần thiết để từ thông đóng lại qua răng. Ưu điểm chính của thiết kế này là không có khoảnh khắc khóa. Thực tế là rôto với nam châm vĩnh cửu bị thu hút vào các bộ phận kim loại của động cơ điện. Và để quay trục trong trường hợp không có điện áp trên stato là khá khó khăn. Trong một động cơ bước với điện trở từ thay đổi, không có vấn đề như vậy. Tuy nhiên, một nhược điểm đáng kể là mô-men xoắn nhỏ. Độ cao của các máy như vậy thường từ 5 ° đến 15 °.
Động cơ bước lai được thiết kế để kết hợp các tính năng tốt nhất của hai loại trước đó. Những động cơ như vậy có một khoảng nhỏ trong phạm vi từ 0,9 đến 5 °, có mô-men xoắn cao và khả năng giữ. Điểm cộng quan trọng nhất là độ chính xác cao của thiết bị. Động cơ điện như vậy được sử dụng trong các thiết bị chính xác cao hiện đại nhất. Bởi khuyết điểm có thể được quy cho chi phí cao của họ. Về mặt cấu trúc, rôto của thiết bị này là một hình trụ được từ hóa, trên đó có răng mềm từ tính.
Ví dụ, trong một động cơ bước 200 bước, hai đĩa bánh răng với 50 răng mỗi cái được sử dụng. Các đĩa được dịch chuyển tương đối với nhau bằng một chiếc răng sao cho độ lõm của cực dương trùng với phần nhô ra của âm và ngược lại. Do đó, rôto có 100 cực với cực ngược.
Nghĩa là, cực nam và cực bắc có thể dịch chuyển so với stato ở 50 vị trí khác nhau và trong tổng số 100. Và sự dịch pha của một phần tư cho 100 vị trí khác, điều này được thực hiện do sự kích thích tuần tự.
Quản lý SD
Quản lý được thực hiện theo các phương pháp sau:
- Sóng. Trong phương pháp này, điện áp được đặt vào chỉ một cuộn dây mà rôto bị hút. Vì chỉ có một cuộn dây tham gia, nên mô-men xoắn của rô-to nhỏ và không phù hợp để truyền công suất lớn.
- Bước đầy đủ. Trong phương án này, hai cuộn dây được kích thích cùng một lúc, đảm bảo mô-men xoắn cực đại.
- Nửa bước. Kết hợp hai phương pháp đầu tiên.Trong phương án này, điện áp được áp dụng đầu tiên cho một trong các cuộn dây, và sau đó đến hai. Do đó, một số bước lớn hơn được nhận ra và lực giữ tối đa dừng rôto ở tốc độ cao.
- Microstepping được thực hiện bằng cách áp dụng các xung microstep. Phương pháp này cung cấp một vòng quay trơn tru của rôto và giảm giật trong quá trình vận hành.
Ưu điểm và nhược điểm của động cơ bước
Ưu điểm của loại máy điện này bao gồm:
- khởi động cao, dừng lại, tốc độ ngược;
- trục quay theo lệnh của thiết bị điều khiển ở một góc định trước;
- cố định rõ ràng vị trí sau khi dừng lại;
- độ chính xác định vị cao, không có yêu cầu phản hồi nghiêm ngặt;
- độ tin cậy cao do thiếu người thu gom;
- duy trì mô-men xoắn cực đại ở tốc độ thấp.
Nhược điểm:
- có thể vi phạm định vị trong khi tải cơ học trên trục cao hơn mức cho phép đối với một mô hình động cơ cụ thể;
- xác suất cộng hưởng;
- sơ đồ điều khiển phức tạp;
- tốc độ quay thấp, nhưng điều này không thể được quy cho những nhược điểm đáng kể, vì động cơ bước không được sử dụng để đơn giản là xoay bất cứ thứ gì như không chổi than, ví dụ, nhưng cho các cơ chế định vị.
Một động cơ bước cũng được gọi là một động cơ điện vị trí cánh quạt hữu hạn. Đây là định nghĩa mạnh mẽ nhất và đồng thời ngắn gọn về các máy điện như vậy. Chúng được sử dụng tích cực trong các máy CNC, máy in 3D và robot. Đối thủ cạnh tranh chính của động cơ bước là ổ đĩa servo, nhưng mỗi người trong số họ có những ưu điểm và nhược điểm riêng để xác định sự phù hợp của việc sử dụng cái này hay cái khác trong mỗi trường hợp.
Tài liệu liên quan:
Đang tải ...
