Styring af stepmotor

Elektriske motorer omdanner elektrisk energi til mekanisk energi, og hvad angår stepmotorer, omdanner de energien fra elektriske impulser til roterende bevægelser af rotoren. Bevægelsen, der genereres af handlingen af ​​hver puls, initieres og gentages med høj præcision, hvilket gør kuglemotorer til effektive drev til enheder, der kræver præcis positionering.

Permanent magnet stepmotorer inkluderer: en permanent magnet rotor, statorviklinger og en magnetisk kerne. Energispolerne skaber magnetiske nord- og sydpoler som vist. Statorens magnetiske felt i bevægelse tvinger rotoren til at flugte med den hele tiden. Dette roterende magnetfelt kan indstilles ved at styre serie-excitationen af ​​statorspolerne for at dreje rotoren.

Figuren viser et diagram over en typisk excitationsmetode for en tofaset motor. I fase A aktiveres de to statorspoler, og dette får rotoren til at tiltrække og låse, da de modsatte magnetiske poler tiltrækker hinanden.Når viklingerne i fase A er slukket, tændes viklingerne i fase B, rotoren roterer med uret (engelsk CW — med uret, CCW — mod uret) 90 °.

Så slukker fase B og fase A tænder, men polerne er nu modsatte af, hvad de var i begyndelsen. Dette fører til den næste 90° drejning. Fase A slukkes derefter, fase B tændes med omvendt polaritet. Gentagelse af disse trin vil få rotoren til at rotere med uret i trin på 90°.

Den trinvise styring vist på figuren kaldes enfaset styring. En mere acceptabel måde at trinvise styring på er to-faset aktiv styring, hvor begge faser af motoren altid er tændt, men polariteten i en af ​​dem ændres, som vist på figuren.

Denne kontrol får stepmotorens rotor til at bevæge sig, så den flugter med hvert trin i midten af ​​de dannede nord- og sydpoler, mellem de magnetiske kredsløbsfremspring. Fordi begge faser altid er tændt, giver denne kontrolmetode 41,4 % mere moment end kontrol med én aktiv fase, men kræver dobbelt så meget elektrisk effekt.

Et halvt skridt

En stepmotor kan også være "semi-stepped", så tilføjes et tripping-trin under faseovergangen. Dette halverer pitch-vinklen. For eksempel kan en stepmotor i stedet for 90° foretage 45° rotationer på hvert «halvt trin», som vist på figuren.

Men halvtrinstilstanden introducerer et drejningsmomenttab på 15-30 % sammenlignet med trinstyringen med to aktive faser, fordi en af ​​viklingerne er inaktiv i halvdelen af ​​trinene, og dette fører i sidste ende til et tab af elektromagnetisk kraft, der virker på rotoren, dvs. netto drejningsmomenttab.

Bipolær spole

To-faset trinstyring forudsætter tilstedeværelsen af ​​en to-polet statorvikling. Hver fase har sin egen spole, og når strømmen vendes gennem spolerne, ændres de elektromagnetiske polariteter også. Den indledende fase er typisk to-faset driver vist på figuren. Kontrolskemaet er vist i tabellen. Det kan ses, hvordan det enkelt ved at ændre retningen af ​​strømmen gennem spolerne er muligt at ændre den magnetiske polaritet i faserne.

Enkeltpolet spole

En anden typisk type spole er en unipolær spole.Her er spolerne opdelt i to dele og når den ene del af spolen er spændingsfør, skabes en nordpol, når den anden del spændes, skabes en sydpol. Denne løsning kaldes en unipolær spole, fordi den elektriske polaritet, der er ansvarlig for strømmen, aldrig ændres. Kontroltrinene er vist på figuren.

Dette design gør det muligt at bruge en enklere elektronisk blok. Men næsten 30 % af drejningsmomentet går tabt her i forhold til en bipolær spole, fordi spolerne har halvdelen af ​​ledningen som en bipolær spole.

Andre hældningsvinkler

For at opnå mindre stigningsvinkler er det nødvendigt at have et større antal poler på både rotoren og statoren. 7,5° rotoren har 12 polpar og statormagnetkernen har 12 fremspring. To undertrådsører og to spoler.

Dette giver 48 poler for hvert trin på 7,5°. På figuren kan du se de 4-polede ører i snit. Det er selvfølgelig muligt at kombinere trinene for at opnå store forskydninger, for eksempel vil seks trin á 7,5° resultere i en rotorrotation på 45°.

Nøjagtighed

Nøjagtigheden af ​​stepmotorer er 6-7% pr. trin (uden akkumulering). En stepmotor med 7,5° trin vil altid være inden for 0,5° fra den teoretisk forudsagte position, uanset hvor mange trin der allerede er taget. Fejlen vil ikke akkumulere, fordi mekanisk hver 360° gentages trin for trin. Uden belastning vil den fysiske position af stator- og rotorpolerne i forhold til hinanden til enhver tid være den samme.

Resonans

Stepmotorer har deres egen resonansfrekvens, fordi de er fjedervægtagtige systemer. Når rytmen er den samme som motorens naturlige resonansfrekvens, kan støjen fra motoren høres, og vibrationen forstærkes.

Resonanspunktet afhænger af motorapplikationen, dens belastning, men generelt varierer resonansfrekvensen fra 70 til 120 trin i sekundet. I værste fald vil motoren miste kontrolnøjagtighed, hvis den går i resonans.

En nem måde at undgå systemresonansproblemer på er at ændre rytmen væk fra resonanspunktet. I halv- eller mikrotrinstilstand reduceres resonansproblemet, fordi resonanspunktet forlades, når hastigheden øges.

Moment

Drejningsmomentet for en stepmotor er en funktion af: trinhastighed, statorviklingsstrøm, motortype. Effekten af ​​en bestemt stepmotor er også relateret til disse tre faktorer.Drejningsmomentet for en stepmotor er summen af ​​friktionsmomentet og inertimomentet.

Friktionsmomentet i gram pr. centimeter er den kraft, der kræves for at flytte en last, der vejer et vist antal gram med en håndtagsarm på 1 cm. Det er vigtigt at bemærke, at efterhånden som motorens trinhastighed øges, vil den bageste EMF i motoren , det vil sige, at spændingen, der genereres af motoren, stiger. Dette begrænser strømmen i statorviklingerne og reducerer momentet.