Ovládanie krokovým motorom

Elektromotory premieňajú elektrickú energiu na mechanickú energiu a ako pri krokových motoroch premieňajú energiu elektrických impulzov na rotačné pohyby rotora. Pohyb generovaný pôsobením každého impulzu sa iniciuje a opakuje s vysokou presnosťou, vďaka čomu sú guľové motory účinným pohonom pre zariadenia, ktoré vyžadujú presné polohovanie.

Krokové motory s permanentným magnetom zahŕňajú: rotor s permanentným magnetom, vinutia statora a magnetické jadro. Energetické cievky vytvárajú magnetické severné a južné póly, ako je znázornené. Pohybujúce sa magnetické pole statora núti rotor, aby sa s ním neustále vyrovnával. Toto rotujúce magnetické pole je možné vyladiť riadením sériového budenia statorových cievok na otáčanie rotora.

Na obrázku je znázornená schéma typickej metódy budenia pre dvojfázový motor. Vo fáze A sú dve cievky statora napájané a to spôsobí, že sa rotor pritiahne a zablokuje, keď sa protiľahlé magnetické póly navzájom priťahujú.Keď sú vinutia fázy A vypnuté, vinutia fázy B sú zapnuté, rotor sa otáča v smere hodinových ručičiek (anglicky CW - v smere hodinových ručičiek, CCW - proti smeru hodinových ručičiek) o 90 °.

Potom sa fáza B vypne a fáza A sa zapne, ale póly sú teraz opačné, ako boli na úplnom začiatku. To vedie k ďalšiemu otočeniu o 90°. Potom sa vypne fáza A, s obrátenou polaritou sa zapne fáza B. Opakovaním týchto krokov sa rotor otočí v smere hodinových ručičiek v prírastkoch 90°.

Postupná regulácia znázornená na obrázku sa nazýva jednofázová regulácia. Prijateľnejším spôsobom krokového riadenia je dvojfázové aktívne riadenie, kde sú obe fázy motora vždy zapnuté, ale polarita jednej z nich sa mení, ako je znázornené na obrázku.

Toto ovládanie spôsobí, že sa rotor krokového motora pohybuje tak, že sa s každým krokom zarovná v strede vytvoreného severného a južného pólu, medzi výstupkami magnetického obvodu. Pretože obe fázy sú vždy zapnuté, tento spôsob riadenia poskytuje o 41,4 % väčší krútiaci moment ako riadenie s jednou aktívnou fázou, ale vyžaduje dvojnásobný elektrický výkon.

Pol kroku

Krokový motor môže byť aj "polostupňový", potom sa pri fázovom prechode pridáva vypínací stupeň. Tým sa uhol sklonu zníži na polovicu. Napríklad namiesto 90° sa krokový motor môže otočiť o 45° pri každom «polkroku», ako je znázornené na obrázku.

Ale polovičný krokový režim predstavuje stratu krútiaceho momentu 15-30% v porovnaní s krokovým riadením s dvoma aktívnymi fázami, pretože jedno z vinutí je počas polovice kroku neaktívne a to v konečnom dôsledku vedie k strate elektromagnetickej sily pôsobiacej na rotor, t.j. čistá strata krútiaceho momentu.

Bipolárna cievka

Dvojfázové krokové riadenie predpokladá prítomnosť dvojpólového vinutia statora. Každá fáza má svoju vlastnú cievku a keď sa prúd cez cievky obráti, zmení sa aj elektromagnetická polarita. Počiatočná fáza je typická dvojfázový ovládač znázornené na obrázku. Schéma ovládania je uvedená v tabuľke. Je vidieť, ako jednoduchou zmenou smeru prúdu cez cievky je možné zmeniť magnetickú polaritu vo fázach.

Jednopólová cievka

Ďalším typickým typom cievky je unipolárna cievka.Tu sú cievky rozdelené na dve časti a pri napájaní jednej časti cievky vzniká severný pól, pri napájaní druhej časti vzniká južný pól. Toto riešenie sa nazýva unipolárna cievka, pretože elektrická polarita zodpovedná za prúd sa nikdy nemení. Fázy ovládania sú znázornené na obrázku.

Tento dizajn umožňuje použitie jednoduchšieho elektronického bloku. V porovnaní s bipolárnou cievkou sa tu však stratí takmer 30 % krútiaceho momentu, pretože cievky majú polovicu drôtu ako bipolárna cievka.

Iné uhly sklonu

Na získanie menších uhlov stúpania je potrebné mať väčší počet pólov na rotore aj statore. Rotor 7,5° má 12 pólových párov a magnetické jadro statora má 12 výstupkov. Dve uši cievky a dve cievky.

To dáva 48 pólov pre každý krok 7,5°. Na obrázku môžete vidieť 4-pólové oká v reze. Je samozrejme možné kombinovať kroky na dosiahnutie veľkých posunov, napríklad šesť krokov po 7,5° bude mať za následok rotáciu rotora o 45°.

Presnosť

Presnosť krokových motorov je 6-7% na krok (bez akumulácie). Krokový motor s krokmi po 7,5° bude vždy v rozmedzí 0,5° od teoreticky predpokladanej polohy, bez ohľadu na to, koľko krokov už bolo urobených. Chyba sa nebude kumulovať, pretože mechanicky sa každých 360° opakuje krok za krokom. Bez zaťaženia bude fyzická poloha pólov statora a rotora voči sebe vždy rovnaká.

Rezonancia

Krokové motory majú svoju vlastnú rezonančnú frekvenciu, pretože sú to systémy podobné hmotnosti pružiny. Keď je rytmus rovnaký ako prirodzená rezonančná frekvencia motora, je možné počuť hluk generovaný motorom a vibrácie sú zosilnené.

Rezonančný bod závisí od aplikácie motora, jeho zaťaženia, ale vo všeobecnosti sa rezonančná frekvencia pohybuje od 70 do 120 krokov za sekundu. V najhoršom prípade motor stratí presnosť riadenia, ak prejde do rezonancie.

Jednoduchým spôsobom, ako sa vyhnúť problémom s rezonanciou systému, je zmeniť rytmus mimo rezonančný bod. V polovičnom alebo mikrokrokovom režime sa problém s rezonanciou zníži, pretože rezonančný bod sa pri zvyšovaní rýchlosti opustí.

Krútiaci moment

Krútiaci moment krokového motora je funkciou: rýchlosti kroku, prúdu vinutia statora, typu motora. S týmito tromi faktormi súvisí aj výkon konkrétneho krokového motora.Krútiaci moment krokového motora je súčtom trecieho momentu a zotrvačného momentu.

Trecí moment v gramoch na centimeter je sila potrebná na pohyb bremena s hmotnosťou určitého počtu gramov s ramenom páky s dĺžkou 1 cm. Je dôležité si uvedomiť, že pri zvyšovaní krokovej rýchlosti motora dochádza k spätnému EMF v motore. , to znamená, že napätie generované motorom sa zvyšuje. To obmedzuje prúd vo vinutí statora a znižuje krútiaci moment.