Stepmotorer
En stepmotor er en elektromekanisk enhed, der konverterer elektriske signaler til diskrete vinkelbevægelser af en aksel. Brugen af stepmotorer gør det muligt for maskinernes arbejdslegemer at udføre strengt doserede bevægelser ved at fastgøre deres position ved slutningen af bevægelsen.
Stepmotorer er aktuatorer, der giver faste vinkelbevægelser (trin). Enhver ændring i rotorvinklen er stepmotorens reaktion på inputimpulsen.
Et diskret elektrisk stepmotordrev er naturligt kombineret med digitale styreenheder, som gør det muligt med succes at blive brugt i digitalt styrede metalskæremaskiner, i industrirobotter og manipulatorer, i urmekanismer.
Et diskret elektrisk drev kan også implementeres ved hjælp af en serie asynkrone elektriske motorer, som på grund af speciel styring kan fungere i step mode.
Princippet for drift af stepmotorer af alle typer er som følger. Ved hjælp af en elektronisk omskifter genereres spændingsimpulser, som føres til styrespolerne placeret på stepmotorens stator.
Afhængigt af sekvensen af excitation af styrespolerne sker der en eller anden diskret ændring i magnetfeltet i motorens driftsgab. Med vinkelforskydningen af magnetfeltets akse af stepmotorens styrespoler roterer dens rotor diskret efter magnetfeltet. Rotorens rotationslov bestemmes af sekvensen, driftscyklussen og frekvensen af styreimpulserne samt af stepmotorens type og designparametre.
Princippet om drift af en stepmotor (opnåelse af diskret bevægelse af rotoren) vil blive overvejet ved hjælp af eksemplet på det enkleste kredsløb af en tofaset stepmotor (fig. 1).
Ris. 1. Forenklet diagram af en stepmotor med en aktiv rotor
Stepmotoren har to par klart definerede statorpoler, hvorpå excitations-(kontrol)viklingerne er placeret: vikling 3 med terminaler 1H — 1K og vikling 2 med terminaler 2H — 2K. Hver vikling består af to dele placeret ved modsatte poler af statoren 1 SM.
Rotoren i den betragtede ordning er en to-polet permanent magnet.Spolerne drives af impulser fra en kontrolenhed, der konverterer en enkelt-kanals sekvens af input-styreimpulser til en multi-kanal (i henhold til antallet af faser af stepmotoren).
Positionen vil være stabil, fordi der er et synkroniseringsmoment, der virker på rotoren, som har tendens til at returnere rotoren til ligevægtspositionen: M = Mmax x sinα,
hvor M.max — det maksimale moment, α — vinklen mellem stator- og rotormagnetfelternes akser.
Når styreenheden skifter spændingen fra spole 3 til spole 2, genereres et magnetfelt med vandrette poler, dvs. statormagnetfeltet laver en diskret rotation med en fjerdedel af statorens omkreds. I dette tilfælde vil en divergensvinkel mellem statoren og rotorens akser α = 90 ° fremkomme, og det maksimale drejningsmoment Mmax vil virke på rotoren. Rotoren vil rotere gennem en vinkel α = 90° og indtage en ny stabil position. Efter statorfeltets trinvise bevægelse bevæger motorens rotor sig således trinvist.
Stepmotoren startes af en pludselig eller gradvis stigning i frekvensen af indgangssignalet fra nul til den i drift, stoppet er ved at mindske nulpunktet, og det omvendte er ved at ændre koblingssekvensen af stepmotorens viklinger.
Stepmotorer er kendetegnet ved følgende parametre: antallet af faser (kontrolspoler) og deres tilslutningsskema, typen af stepmotor (med aktiv eller passiv rotor), enkelt rotortrin (rotorens rotationsvinkel med en enkelt puls ), nominel strømforsyningsspænding, maksimalt statisk tidsmoment, nominelt drejningsmoment, rotorinertimoment, accelerationsfrekvens.
Stepmotorer er enfasede, tofasede og flerfasede med en aktiv eller passiv rotor. Stepmotoren styres af en elektronisk styreenhed. Et eksempel på et stepmotorstyringsskema er vist i figur 2.
Ris. 2. Funktionsdiagram af et elektrisk drev med open-loop stepmotor
Et styresignal i form af spændingsimpulser leveres til indgangen til blok 1, som konverterer sekvensen af impulser, for eksempel til et firefaset system af unipolære impulser (i overensstemmelse med antallet af faser af stepmotoren) .
Blok 2 genererer disse impulser med hensyn til varigheden og amplituden, der er nødvendig for normal drift af omskifteren 3, til hvis udgange viklingerne på stepmotoren 4 er forbundet. 5.
Med øgede krav til kvaliteten af et diskret drev anvendes et lukket kredsløb af et stepper-elektrisk drev (fig. 3), som udover en stepmotor inkluderer en omformer P, en kommutator K og en stepsensor DSh. I et sådant diskret drev føres information om den faktiske position af akslen af arbejdsmekanismen RM og hastigheden af stepmotoren til indgangen til den automatiske regulator, som giver den indstillede karakter af drevets bevægelse.
Ris. 3. Funktionsdiagram over et diskret drev med lukket sløjfe
Moderne diskrete drevsystemer bruger mikroprocessorstyringer. Anvendelsesområdet for stepmotordrev udvides konstant. Deres brug er lovende i svejsemaskiner, synkroniseringsenheder, bånd- og optagemekanismer, brændstofforsyningskontrolsystemer til forbrændingsmotorer.
Fordelene ved stepmotorer:
-
høj nøjagtighed, selv med en open-loop struktur, dvs. uden styrevinkelsensor;
-
indbygget integration med digitale administrationsapplikationer;
-
mangel på mekaniske kontakter, der ofte giver problemer med andre typer motorer.
Ulemper ved stepmotorer:
-
lavt drejningsmoment, men sammenlignet med kontinuerlige drevmotorer;
-
begrænset hastighed;
-
højt vibrationsniveau på grund af rykkende bevægelser;
-
store fejl og svingninger med tab af pulser i open-loop systemer.
Fordelene ved stepmotorer opvejer langt deres ulemper, så de bruges ofte i tilfælde, hvor drivanordningernes lille kraft er tilstrækkelig.
Artiklen bruger materialer fra bogen Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Elektrisk udstyr i landbrugsvirksomheder.