Elektromos hajtás léptetőmotorral - tanulmányi útmutató, 1. oldal

Stepper motoros hajtás

Vezérlőrendszer léptetőmotorokkal

Stepper Motor Controller

A Shagovye motorokat régóta sikeresen használják számos eszközben. Megtalálhatók lemezmeghajtók, nyomtatók, plotterek, szkennerek, faxok, valamint számos ipari és speciális berendezésben. Jelenleg sokféle típusú léptetőmotort állítanak elő minden esetben. A megfelelő típusú motor kiválasztása azonban még mindig a fele. Ugyanilyen fontos a megfelelő illesztőprogram és működési algoritmus kiválasztása, amelyet gyakran a mikrokontroller programja határoz meg. Ennek a cikknek a célja a léptetőmotorok eszközével kapcsolatos információk rendszerezése, azok kezelése, illesztőprogram-áramkörök és algoritmusok. Példaként egy egyszerű és alacsony költségű léptetőmotor hajtás gyakorlati megvalósítása a mikrokontrollerek AVR családján

Mi a léptetőmotor, és miért van szükség?

A léptetőmotor egy elektromechanikus eszköz, amely az elektromos impulzusokat különálló mechanikai mozgásokká alakítja át. Talán szigorú definíciót adhatsz. Valószínűleg mindenki látta, hogy a léptető motor kívülről néz ki: ez gyakorlatilag nem különbözik más típusú motoroktól. Leggyakrabban ez egy kör alakú, tengelyes, több vezeték (1. ábra).

Ábra. 1. A DShI-200 család léptetőmotorainak megjelenése.

A léptetőmotorok azonban néhány egyedi tulajdonsággal rendelkeznek, amelyek néha rendkívül kényelmesek a használathoz vagy akár pótolhatatlanok.

Mi a jó léptetőmotor?

a forgórész forgási szög határozza meg az impulzusok számát, melyek táplálják a motoros hajtás biztosítja a teljes perdület stop üzemmódban (ha a tekercseket motorok) pozicionálási pontosság és ismételhetőség. A jó léptetőmotorok a lépésméret 3-5% -ának megfelelő pontossággal rendelkeznek. Ez a hiba nem halmozódik fel lépésről lépésre, hogy gyorsan start / stop / hátra nagy megbízhatóság kapcsolódó hiányában kefék, a kifejezés a léptetőmotor szolgáltatást ténylegesen határozza meg a csapágy élettartamát az egyedi helyzetétől függően a bemeneti impulzus a pozícionálást visszacsatolás nélkül megszerzésének lehetőségét nagyon alacsony sebességgel közvetlenül a motor tengelyéhez közbenső sebességváltó nélkül csatlakoztatva, a sebességek meglehetősen nagy tartománya blokkolható , a sebesség arányos a bemeneti impulzusok frekvenciájával. De nem minden olyan jó.

A léptetőmotor a rezonancia inherens jelensége

Lehetséges pozíciószabályozás elvesztése visszacsatolás miatt

az energiafogyasztás nem csökken sem terhelés nélkül

Nehéz nagy sebességgel dolgozni

alacsony fajlagos teljesítmény

viszonylag összetett kontrollrendszer

A léptetőmotorok a kefe nélküli DC motorok osztályába tartoznak. Mint minden kefe nélküli motorhoz hasonlóan, nagy megbízhatósággal és hosszú élettartammal rendelkeznek, ami lehetővé teszi számukra, hogy kritikus, például ipari alkalmazásokban használják őket. A hagyományos egyenáramú motorokhoz képest a léptetőmotorok jelentősen összetettebb vezérlési sémákat igényelnek, amelyeket minden feltekercseléssel kell végrehajtani, amikor a motor működik. Ráadásul maga a léptetőmotor egy drága eszköz, ezért ahol a pontos pozícionálás nem szükséges, a hagyományos kollektoros motorok észrevehető előnyökkel bírnak. Az igazságszolgáltatás kedvéért meg kell jegyezni, hogy az elmúlt években a gyűjtőmotorok vezérlőit egyre inkább a vezérlők használják, amelyek a bonyolultság szempontjából szinte ugyanolyan jóak, mint a léptetőmotoros vezérlők.

A léptetőmotorok egyik fő előnye a precíz pozícionálás és sebességvezérlés lehetősége a visszacsatolás érzékelő nélkül. Ez nagyon fontos, mivel az ilyen érzékelők sokkal többet költhetnek, mint maga a motor. Ez azonban csak olyan rendszerekre alkalmazható, amelyek kis gyorsulást és viszonylag állandó terhelést működtetnek. Ugyanakkor a visszacsatolási rendszerek nagy gyorsulásokkal és akár változó terhelési mintákkal is működhetnek. Ha a léptetőmotor terhelése meghaladja nyomatékát, akkor a forgórész helyzetére vonatkozó információ elveszik, és a rendszer alaphelyzetet igényel például egy végálláskapcsolóval vagy más érzékelővel. A visszacsatolt rendszereknek nincs ilyen hátrányuk.

Speciális rendszerek tervezésénél szükség van a szervomotor és a léptetőmotor közötti választásra. Ha precíziós pozícionálásra és pontos sebességszabályozásra van szükség, és a szükséges nyomaték és sebesség a megengedett határokon belül van, akkor a léptetőmotor a legkedvezőbb megoldás. A hagyományos hajtóművekhez hasonlóan csökkentett sebességváltó is használható a nyomaték növelésére. A léptetőmotorok esetében azonban a reduktor nem mindig megfelelő. A gyűjtőmotorokkal ellentétben, ahol a nyomaték növekvő sebességgel növekszik, a léptetőmotor alacsonyabb fordulatszámon nagyobb nyomatékkal rendelkezik. Ezenkívül a léptetőmotorok sokkal kisebb sebességet érnek el a kollektor motorokhoz képest, ami korlátozza a maximális sebességfokozatot, és ennek megfelelően a nyomaték növelését egy reduktor segítségével. A szűkítővel rendelkező készenléti léptetőmotorok, bár léteznek, mégis egzotikusak. Egy másik tényező, amely korlátozza a sebességváltó használatát, a benne rejlő holtjáték. Az alacsony forgási frekvencia megszerzésének lehetősége gyakran az oka, hogy a fejlesztők szükségtelenül gyakran használják a léptetőmotorokat, mivel nem képesek szűkítőt kialakítani. Ugyanakkor a kollektor motor nagyobb fajlagos teljesítményt, alacsonyabb költséggel, egyszerű vezérlőáramkörrel rendelkezik, és egyfokozatú csigakerékkel együtt ugyanazt a sebességtartományt képes biztosítani, mint a léptetőmotor. Ezenkívül sokkal nagyobb idő áll rendelkezésre. A kollektoros motorokon alapuló meghajtókat gyakran használják a katonai technológiában, és ez közvetetten jó paramétereket és nagy megbízhatóságot mutat az ilyen meghajtókhoz. És a modern háztartási gépek, autók, ipari berendezések, kollektoros motorok széles körben elosztott. Mindazonáltal a léptetőmotorok saját, bár meglehetősen szűk, hatókörűek, ahol elengedhetetlenek.

A léptetőmotorok típusai

Három fő típusa van a léptetőmotoroknak:

változó mágneses ellenállású motorok

állandó mágneses motorok

Határozza meg, hogy a motor típusa még érezhető-e: ha egy eldugult motornak a permanens mágnesekkel (vagy hibridekkel) történő forgatásakor változó ellenállást tapasztal a forgatással, a motor elfordul, mintha kattintásokkal lenne. Ugyanakkor a változtatható mágneses ellenállású, de-energizált motor tengelye szabadon forog. A hibrid motorok tovább javítják az állandó mágnesekkel ellátott motorokat, és a vezérlés útján nem különböznek tőlük. A motor típusa is meghatározható a tekercsek konfigurációjából. A változó mágneses ellenállású motorok általában három (ritkán négy) tekercseléssel rendelkeznek egy közös terminállal. Az állandó mágnesekkel rendelkező motorok leggyakrabban két független tekercset tartalmaznak. Ezek a tekercsek lehetnek csapok a közepén. Néha az állandó mágnesekkel rendelkező motorok 4 külön tekercseléssel rendelkeznek.

A léptetőmotorban a forgatónyomatékot az állórész és a forgórész mágneses fluxusai generálják, amelyek megfelelően vannak elrendezve egymáshoz képest. Az állórész nagy mágneses permeabilitású anyagból készül, és több oszlopot tartalmaz. A pólus lehet egy mágnesezett test egy része, ahol a mágneses tér koncentrálódik. A pólusoknak van egy állórésze és egy rotorja is. Az örvényáramok okozta veszteségek csökkentése érdekében a mágneses magokat különálló lemezekből szerelik össze, hasonlóan a transzformátor magjához. A nyomaték arányos a mágneses mező nagyságával, ami arányos a tekercsben lévõ árammal és a fordulatok számával. Így a pillanat a tekercsek paramétereitől függ. Ha a léptetőmotor legalább egy tekercselése feszültség alatt van, akkor a rotor adott helyzetben van. Ebben a helyzetben lesz, amíg a külső alkalmazott pillanat meghalad egy bizonyos értéket, amelyet retenciós időnek neveznek. Ezután a rotor megfordul, és megpróbálja megtenni az alábbi egyensúlyi helyzetek egyikét.

Motorok változó mágneses ellenállással

A változtatható mágneses ellenállással rendelkező fokozatos motorok több oszlopot tartalmaznak az állórészen és egy fogazott alakú rotorot, amely puha mágneses anyagból készül (2. A forgórész nem mágnesezhető. Az egyszerűség kedvéért a rotornak 4 foga van az ábrán, és az állórész 6 pólusú. A motor 3 független tekercseléssel rendelkezik, amelyek mindegyike az állórész két ellentétes pólusán van feltekerve. Egy ilyen motornak 30 fokos lépése van.

Ábra. 2. Változó mágneses ellenállású motor.

Ha az áramot az egyik tekercsben bekapcsolja, akkor a rotor általában a mágneses fluxus lezárásakor elfoglalja a pozíciót. A rotor fogai ellentétesek azokkal a pólusokkal, amelyeken a feszültség alatt álló tekercs található. Ha ezután kikapcsolja ezt a tekercselést, és bekapcsolja a következőt, a rotor megváltoztatja helyzetét, ismét bezárja a mágneses fluxusokat. Így a folyamatos forgatás érdekében a fázisokat váltakozva kell felváltani. A motor nem érzékeny a tekercsek áramának irányára. Az igazi motor nagyobb számú pólust tartalmazhat az állórészben és a rotor több fogában, ami több fordulatonként halad. Néha az állórész minden pólusának felületét befogja, amely a forgórész megfelelő fogakkal együtt nagyon kicsi értéket ad a pálya szögének, többfokozatú sorrendben. A változó mágneses ellenállással rendelkező motorokat ritkán használják ipari alkalmazásokban.

Állandó mágnesekkel ellátott motorok

Az állandó mágnesekkel ellátott motorok egy tekercselt állórészből és állandó mágneseket tartalmazó forgórészből állnak (3. Ábra). A rotor váltakozó oszlopai egyenes vonalúak, és párhuzamosak a motor tengelyével. A rotor mágnesezésével az ilyen motorok nagyobb mágneses fluxust és ennek következtében nagyobb pillanatot biztosítanak, mint a változó mágneses ellenállású motoroknál.

Ábra. 3. A motor állandó mágnesekkel.

Az ábrán látható motor 3 pár rotoroszlopot és 2 pár állórészoszlopot tartalmaz. A motor két független tekercset tartalmaz, amelyek mindegyike az állórész két ellentétes pólusán van feltekerve. Az ilyen motor, mint az előzőleg tárgyalt változó-ellenállás motor, 30 fokos lépcsõs méretû. Ha az áramot az egyik tekercsben bekapcsolja, akkor a rotor olyan helyzetben van, hogy a rotor és az állórész ellentétes pólusai egymással szemben helyezkednek el. A folyamatos forgatás végrehajtásához a fázisokat felváltva kell váltani. A gyakorlatban az állandó mágneses motorok általában 48-24 lépést mutatnak fordulatonként (a szögtartomány 7,5-15 fok).

Az állandó mágnesekkel ellátott valódi léptetőmotor szekciója a 3. ábrán látható. 4.

Ábra. 4. Egy állandó mágneses léptetőmotor vágása.

A motor megépítésének költségeinek csökkentése érdekében az állórész magja bélyegzett üveg formájában készül. Belsejében lamellák formájában vannak pole darabok. A fázis-tekercseket két különböző mágneskörre helyezzük, amelyek egymásra vannak szerelve. A rotor hengeres többpólusú állandó mágnes.