Ovládač krokového motora - zariadenie, typy a možnosti

Krokové motory sa dnes používajú v mnohých priemyselných aplikáciách. Motory tohto typu sa vyznačujú tým, že umožňujú dosiahnuť vysokú presnosť polohovania pracovného tela v porovnaní s inými typmi motorov. Je jasné, že pre chod krokového motora je potrebné presné automatické ovládanie. Na tento účel slúžia ako ovládače krokových motorov, zabezpečujúce nepretržitú a presnú prevádzku elektrických pohonov na rôzne účely.

Princíp činnosti krokového motora možno zhruba opísať nasledovne. Každá úplná rotácia rotora krokového motora pozostáva z niekoľkých krokov. Väčšina krokových motorov je navrhnutá pre 1,8 stupňové kroky a na celú otáčku je 200 krokov. Pohon zmení svoju polohu kroku, keď sa na konkrétne vinutie statora privedie napájacie napätie. Smer otáčania závisí od smeru prúdu v cievke.

Ďalším krokom je vypnutie prvého vinutia, napájanie druhého a tak ďalej, výsledkom čoho je, že po vypracovaní každého vinutia sa rotor úplne otočí. Ale toto je hrubý popis, v skutočnosti sú algoritmy trochu komplikovanejšie a o tom sa bude diskutovať neskôr.

Algoritmy riadenia krokového motora

Riadenie krokového motora môže byť realizované podľa jedného zo štyroch základných algoritmov: variabilné prepínanie fáz, riadenie prekrývania fáz, polovičné riadenie alebo mikrokrokové riadenie.

V prvom prípade v ktoromkoľvek časovom okamihu dostáva energiu iba jedna z fáz a body rovnováhy rotora motora sa v každom kroku zhodujú s kľúčovými bodmi rovnováhy – póly sú jasne definované.

Riadenie prekrývania fáz umožňuje rotoru prechádzať do polôh medzi pólmi statora, čo zvyšuje krútiaci moment o 40 % v porovnaní s riadením bez fázového prekrytia. Uhol sklonu je zachovaný, ale poloha zámku je posunutá - nachádza sa medzi hrebeňmi pólov statora. Tieto prvé dva algoritmy sa používajú v elektrických zariadeniach, kde sa nevyžaduje veľmi vysoká presnosť.

Polkrokové riadenie je kombináciou prvých dvoch algoritmov: jedna fáza (vinutie) alebo dve sú napájané krokom. Veľkosť kroku je znížená na polovicu, presnosť polohovania je vyššia a pravdepodobnosť mechanickej rezonancie v motore je znížená.

A nakoniec režim na mikroúrovni.Tu sa prúd vo fázach mení vo veľkosti tak, že poloha upevnenia rotora na krok dopadá na bod medzi pólmi a v závislosti od pomeru prúdov v súčasne pripojených fázach možno získať niekoľko takýchto krokov. Úpravou pomeru prúdov, úpravou počtu pracovných pomerov sa získajú mikrokroky — najpresnejšie umiestnenie rotora.

Viac podrobností so schémami nájdete tu: Ovládanie krokovým motorom

Ovládač krokového motora

Pre uvedenie zvoleného algoritmu do praxe implementujte ovládač krokového motora... Ovládač obsahuje napájací zdroj a riadiacu časť.

Výkonová časť vodiča je polovodičový výkonový zosilňovač, ktorého úlohou je previesť impulzy prúdu aplikovaného na fázy na pohyby rotora: jeden impulz - jeden presný krok alebo mikrostupeň.

Smer a veľkosť prúdu — smer a veľkosť kroku. To znamená, že úlohou pohonnej jednotky je dodávať prúd určitej veľkosti a smeru do zodpovedajúceho vinutia statora, aby tento prúd nejaký čas udržal a tiež na rýchle zapnutie a vypnutie prúdov, takže rýchlostné a výkonové charakteristiky zariadenia zodpovedajú danej úlohe.

Čím dokonalejšia je výkonová časť hnacieho mechanizmu, tým väčší krútiaci moment možno získať na hriadeli. Vo všeobecnosti je trendom v zdokonaľovaní krokových motorov a ich pohonov získavať značný prevádzkový moment z motorov s malými rozmermi, vysokou presnosťou a zároveň zachovaním vysokej účinnosti.

Ovládač krokového motora

Regulátor krokového motora je inteligentnou súčasťou systému, ktorý je zvyčajne vyrobený na báze preprogramovateľného mikrokontroléra. Regulátor je zodpovedný za to, v akom čase, do ktorej cievky, ako dlho a koľko prúdu bude dodávať. Ovládač riadi činnosť pohonnej jednotky vodiča.

Pokročilé ovládače sú pripojené k počítaču a možno ich nastaviť v reálnom čase pomocou počítača. Možnosť opakovaného preprogramovania mikrokontroléra oslobodzuje používateľa od potreby kupovať nový kontrolér pri každej úprave úlohy — stačí prekonfigurovať existujúci, v tom je flexibilita, kontrolér sa dá jednoducho programovo preorientovať na vykonávanie nových funkcií .

Dnes je na trhu široká škála ovládačov krokových motorov od rôznych výrobcov, ktoré majú rozšíriteľné funkcie. Programovateľné automaty zahŕňajú nahrávanie programov a niektoré obsahujú programovateľné logické bloky, pomocou ktorých je možné flexibilne konfigurovať algoritmus riadenia krokového motora pre určitý technologický proces.

Možnosti ovládača

Ovládanie krokového motora s ovládačom umožňuje vysokú presnosť až 20 000 mikro krokov na otáčku. Okrem toho je možné správu vykonávať priamo z počítača a pomocou programu všitého do zariadenia alebo pomocou programu z pamäťovej karty. Ak sa parametre počas vykonávania úlohy zmenia, počítač môže interogovať senzory, sledovať meniace sa parametre a rýchlo zmeniť prevádzkový režim krokového motora.

Existujú komerčne dostupné riadiace bloky krokového motora, ktoré sú pripojené k: prúdovému zdroju, ovládacím tlačidlám, zdroju hodín, krokovému potenciometru atď. Takéto bloky vám umožňujú rýchlo integrovať krokový motor do zariadenia na vykonávanie opakujúcich sa cyklických úloh s manuálnym alebo automatickým ovládaním ... Možnosť synchronizácie s externými zariadeniami a podpora automatického zapínania, vypínania a ovládania je nespornou výhodou riadiacej jednotky krokového motora.

Zariadenie je možné ovládať priamo z počítača, ak chcete napríklad spustiť program pre CNC stroj, alebo v manuálnom režime bez dodatočného externého ovládania, teda autonómne, keď smer otáčania hriadeľa krokového motora je nastavený spätným snímačom a otáčky sú riadené potenciometrom. Riadiace zariadenie sa volí podľa parametrov krokového motora, ktorý sa má použiť.

V závislosti od charakteru cieľa sa zvolí spôsob riadenia krokového motora. Ak potrebujete nastaviť jednoduché ovládanie elektrického pohonu s nízkou spotrebou, kde sa vždy aplikuje jeden impulz na jedno vinutie statora: pre celú otáčku povedzme 48 krokov a rotor sa s každým krokom posunie o 7,5 stupňa. Režim jedného impulzu je v tomto prípade v poriadku.

Na dosiahnutie vyššieho krútiaceho momentu sa používa dvojitý impulz - privádza sa na dve susedné cievky súčasne na jeden impulz. A ak je potrebných 48 krokov na celú otáčku, potom je potrebných opäť 48 takýchto dvojitých impulzov, každý bude mať za následok krok o 7,5 stupňa, ale o 40 % väčší krútiaci moment ako v režime s jedným impulzom.Kombináciou týchto dvoch metód môžete získať 96 impulzov rozdelením krokov – získate 3,75 stupňa na krok – toto je kombinovaný (polkrokový) režim ovládania.