Mga stepper motor

Ang stepper motor ay isang electromechanical device na nagko-convert ng mga electrical signal sa discrete angular motions ng isang shaft. Ang paggamit ng mga stepper motor ay nagpapahintulot sa gumaganang katawan ng mga makina na magsagawa ng mahigpit na dosed na paggalaw sa pamamagitan ng pag-aayos ng kanilang posisyon sa dulo ng paggalaw.

Ang mga stepper motor ay mga actuator na nagbibigay ng mga nakapirming angular na paggalaw (mga hakbang). Ang anumang pagbabago sa anggulo ng rotor ay ang tugon ng stepper motor sa input pulse.

Ang discrete electric stepper motor drive ay natural na pinagsama sa mga digital control device, na nagbibigay-daan upang matagumpay itong magamit sa digitally controlled metal cutting machine, sa mga pang-industriyang robot at manipulator, sa mga mekanismo ng orasan.

Ang isang discrete electric drive ay maaari ding ipatupad gamit ang isang serye asynchronous electric motors, na dahil sa espesyal na kontrol ay maaaring gumana sa step mode.

Ang mga stepper motor ay ginagamit sa mga electric drive na may kapangyarihan mula sa isang fraction ng isang watt hanggang sa ilang kilowatts.Ang isang extension ng sukat ng kapangyarihan ng isang discrete electric drive ay maaaring makamit gamit ang serye asynchronous electric motors, na, dahil sa naaangkop na kontrol, ay maaaring gumana sa step mode.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng stepper motors ng lahat ng uri ay ang mga sumusunod. Sa tulong ng isang elektronikong switch, ang mga pulso ng boltahe ay nabuo, na pinapakain sa mga control coils na matatagpuan sa stator ng stepper motor.

Depende sa pagkakasunud-sunod ng paggulo ng mga control coils, ang isa o isa pang discrete na pagbabago sa magnetic field ay nangyayari sa operating gap ng motor. Gamit ang angular displacement ng axis ng magnetic field ng control coils ng stepper motor, ang rotor nito ay discretely umiikot kasunod ng magnetic field. Ang batas ng pag-ikot ng rotor ay tinutukoy ng pagkakasunud-sunod, duty cycle at dalas ng mga pulso ng kontrol, pati na rin sa uri at mga parameter ng disenyo ng stepper motor.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang stepper motor (pagkuha ng discrete movement ng rotor) ay isasaalang-alang gamit ang halimbawa ng pinakasimpleng circuit ng isang two-phase stepper motor (Fig. 1).

kanin. 1. Pinasimpleng diagram ng isang stepper motor na may aktibong rotor

Ang stepper motor ay may dalawang pares ng malinaw na tinukoy na mga stator pole kung saan matatagpuan ang paggulo (kontrol) windings: winding 3 na may mga terminal 1H — 1K at winding 2 na may mga terminal 2H — 2K. Ang bawat paikot-ikot ay binubuo ng dalawang bahagi na matatagpuan sa tapat ng mga poste ng stator 1 SM.

Ang rotor sa isinasaalang-alang na pamamaraan ay isang dalawang-pol na permanenteng magnet.Ang mga coils ay pinapagana ng mga pulso mula sa isang control device na nagko-convert ng isang single-channel na sequence ng input control pulses sa isang multi-channel na isa (ayon sa bilang ng mga phase ng stepper motor).

Isaalang-alang ang pagpapatakbo ng isang stepper motor, sa pag-aakalang sa paunang sandali ang boltahe ay inilapat sa likid 3. Ang kasalukuyang sa likid na ito ay mag-magnetize sa patayong matatagpuan na mga pole N at 8. Bilang resulta ng pakikipag-ugnayan ng magnetic field sa permanenteng magnet ng rotor, ang huli ay sasakupin ang isang equilibrium na posisyon kung saan ang mga axes ng stator at rotor magnetic field ay pareho.

Ang posisyon ay magiging stable dahil mayroong isang synchronizing moment na kumikilos sa rotor na may posibilidad na ibalik ang rotor sa equilibrium na posisyon: M = Mmax x sinα,

kung saan M.max — ang pinakamataas na sandali, α — ang anggulo sa pagitan ng mga axes ng stator at rotor magnetic field.

Kapag inilipat ng control unit ang boltahe mula sa coil 3 hanggang coil 2, isang magnetic field na may mga pahalang na pole ay nabuo, i.e. ang stator magnetic field ay gumagawa ng discrete rotation na may isang-kapat ng stator circumference. Sa kasong ito, ang isang anggulo ng divergence sa pagitan ng mga axes ng stator at rotor α = 90 ° ay lilitaw at ang maximum na torque Mmax ay kumilos sa rotor. Ang rotor ay iikot sa isang anggulo α = 90 ° at kukuha ng bagong matatag na posisyon. Kaya, pagkatapos ng stepping motion ng stator field, ang rotor ng motor ay gumagalaw nang sunud-sunod.

Ang pangunahing mode ng pagpapatakbo ng stepper motor ay dynamic. Ang mga stepper motor, hindi tulad ng mga kasabay na motor, ay idinisenyo upang pumasok sa pag-synchronism mula sa pagtigil at sapilitang pagpepreno ng kuryente.Salamat dito, ang stepper electric drive ay nagbibigay ng pagsisimula, paghinto, pag-reverse at paglipat mula sa isang dalas ng control pulses patungo sa isa pa.

Ang stepper motor ay sinimulan ng isang biglaang o unti-unting pagtaas sa dalas ng input signal mula sa zero hanggang sa operating isa, ang paghinto ay sa pamamagitan ng pagpapababa ng zero, at ang reverse ay sa pamamagitan ng pagbabago ng switching sequence ng windings ng stepper motor.

Ang mga stepper motor ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sumusunod na parameter: ang bilang ng mga phase (control coils) at ang kanilang scheme ng koneksyon, ang uri ng stepper motor (na may aktibo o passive rotor), solong rotor step (ang anggulo ng pag-ikot ng rotor na may isang solong pulso ), nominal power supply boltahe, maximum na static na oras ng sandali, na-rate na metalikang kuwintas, rotor moment ng pagkawalang-galaw, acceleration frequency.

Ang mga stepper motor ay single-phase, two-phase at multiphase na may aktibo o passive rotor. Ang stepper motor ay kinokontrol ng isang electronic control unit. Ang isang halimbawa ng isang stepper motor control scheme ay ipinapakita sa Figure 2.

kanin. 2. Functional na diagram ng isang open-loop stepper motor electric drive

Ang isang control signal sa anyo ng mga pulso ng boltahe ay ibinibigay sa input ng block 1, na nagko-convert ng pagkakasunud-sunod ng mga pulso, halimbawa, sa isang apat na yugto ng sistema ng mga unipolar pulse (alinsunod sa bilang ng mga phase ng stepper motor) .

Binubuo ng Block 2 ang mga pulso na ito na may paggalang sa tagal at amplitude na kinakailangan para sa normal na operasyon ng switch 3, sa mga output kung saan nakakonekta ang windings ng stepper motor 4. Ang switch at ang iba pang mga bloke ay pinapagana ng isang direktang kasalukuyang pinagmumulan 5.

Sa pagtaas ng mga kinakailangan para sa kalidad ng isang discrete drive, ang isang closed circuit ng isang stepper electric drive (Larawan 3) ay ginagamit, na, bilang karagdagan sa isang stepper motor, kasama ang isang converter P, isang commutator K at isang step sensor DSh. Sa ganoong discrete drive, ang impormasyon tungkol sa aktwal na posisyon ng baras ng gumaganang mekanismo RM at ang bilis ng stepper motor ay pinapakain sa input ng awtomatikong regulator, na nagbibigay ng nakatakdang katangian ng paggalaw ng drive.

kanin. 3. Functional na diagram ng isang closed-loop discrete drive

Ang mga modernong discrete drive system ay gumagamit ng mga kontrol ng microprocessor. Ang hanay ng mga aplikasyon para sa mga stepper motor drive ay patuloy na lumalawak. Ang kanilang paggamit ay nangangako sa mga welding machine, pag-synchronize ng mga device, tape at recording mechanism, fuel supply control system para sa internal combustion engine.

Ang mga bentahe ng stepper motors:

• mataas na katumpakan, kahit na may isang open-loop na istraktura, i.e. walang sensor ng anggulo ng pagpipiloto;

• katutubong pagsasama sa mga digital na application ng pamamahala;

• kakulangan ng mga mekanikal na switch na kadalasang nagdudulot ng mga problema sa iba pang mga uri ng makina.

Mga disadvantages ng stepper motors:

• mababang metalikang kuwintas, ngunit kumpara sa tuloy-tuloy na drive motors;

• limitadong bilis;

• mataas na antas ng panginginig ng boses dahil sa maalog na paggalaw;

• malalaking error at oscillation na may pagkawala ng mga pulso sa mga open-loop system.

Ang mga bentahe ng stepper motors ay mas malaki kaysa sa kanilang mga disadvantages, kaya madalas itong ginagamit sa mga kaso kung saan ang maliit na kapangyarihan ng mga drive device ay sapat.

Gumagamit ang artikulo ng mga materyales mula sa aklat na Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Mga kagamitang elektrikal ng mga negosyong pang-agrikultura.