Krokové motory

Krokový motor je elektromechanické zariadenie, ktoré premieňa elektrické signály na diskrétne uhlové pohyby hriadeľa. Použitie krokových motorov umožňuje pracovným orgánom strojov vykonávať prísne dávkované pohyby fixovaním ich polohy na konci pohybu.

Krokové motory sú akčné členy, ktoré zabezpečujú pevné uhlové pohyby (kroky). Akákoľvek zmena uhla rotora je odpoveďou krokového motora na vstupný impulz.

Diskrétny elektrický pohon krokovým motorom je prirodzene kombinovaný s digitálnymi riadiacimi zariadeniami, čo umožňuje jeho úspešné použitie v digitálne riadených strojoch na rezanie kovov, v priemyselných robotoch a manipulátoroch, v hodinových mechanizmoch.

Diskrétny elektrický pohon je možné realizovať aj pomocou série asynchrónne elektromotory, ktorý vďaka špeciálnemu ovládaniu môže pracovať v krokovom režime.

Krokové motory sa používajú v elektrických pohonoch s výkonom od zlomku wattu až po niekoľko kilowattov.Rozšírenie výkonovej stupnice diskrétneho elektrického pohonu je možné dosiahnuť pomocou sériových asynchrónnych elektromotorov, ktoré vďaka vhodnému riadeniu môžu pracovať v krokovom režime.

Princíp činnosti krokových motorov všetkých typov je nasledujúci. Pomocou elektronického spínača sú generované napäťové impulzy, ktoré sú privádzané do riadiacich cievok umiestnených na statore krokového motora.

V závislosti od poradia budenia riadiacich cievok dochádza v pracovnej medzere motora k jednej alebo druhej diskrétnej zmene magnetického poľa. Pri uhlovom posunutí osi magnetického poľa riadiacich cievok krokového motora sa jeho rotor diskrétne otáča podľa magnetického poľa. Zákon otáčania rotora je určený sekvenciou, pracovným cyklom a frekvenciou riadiacich impulzov, ako aj typom a konštrukčnými parametrami krokového motora.

Princíp činnosti krokového motora (získanie diskrétneho pohybu rotora) bude uvažovaný na príklade najjednoduchšieho zapojenia dvojfázového krokového motora (obr. 1).

Ryža. 1. Zjednodušená schéma krokového motora s aktívnym rotorom

Krokový motor má dva páry jasne definovaných pólov statora, na ktorých sú umiestnené budiace (riadiace) vinutia: vinutie 3 so svorkami 1H — 1K a vinutie 2 so svorkami 2H — 2K. Každé vinutie pozostáva z dvoch častí umiestnených na opačných póloch statora 1 SM.

Rotor v uvažovanej schéme je dvojpólový permanentný magnet.Cievky sú napájané impulzmi z riadiaceho zariadenia, ktoré premieňa jednokanálovú sekvenciu vstupných riadiacich impulzov na viackanálovú (podľa počtu fáz krokového motora).

Zvážte činnosť krokového motora za predpokladu, že v počiatočnom momente je napätie privedené na cievku 3. Prúd v tejto cievke zmagnetizuje vertikálne umiestnené póly N a 8. V dôsledku interakcie magnetického poľa s trvalým magnet rotora, tento zaujme rovnovážnu polohu, v ktorej sú osi magnetického poľa statora a rotora rovnaké.

Poloha bude stabilná, pretože na rotor pôsobí synchronizačný moment, ktorý má tendenciu vrátiť rotor do rovnovážnej polohy: M = Mmax x sinα,

kde M.max — maximálny moment, α — uhol medzi osami magnetických polí statora a rotora.

Keď riadiaca jednotka prepne napätie z cievky 3 na cievku 2, vznikne magnetické pole s vodorovnými pólmi, t.j. magnetické pole statora vykonáva diskrétnu rotáciu so štvrtinou obvodu statora. V tomto prípade sa objaví uhol divergencie medzi osami statora a rotora α = 90 ° a na rotor bude pôsobiť maximálny krútiaci moment Mmax. Rotor sa otočí o uhol α = 90° a zaujme novú stabilnú polohu. Po krokovom pohybe statorového poľa sa teda rotor motora pohybuje postupne.

Hlavný režim činnosti krokového motora je dynamický. Krokové motory, na rozdiel od synchrónnych motorov, sú navrhnuté tak, aby vstúpili do synchronizácie z pokoja a núteného elektrického brzdenia.Vďaka tomu krokový elektrický pohon zabezpečuje štart, stop, spätný chod a prechod z jednej frekvencie riadiacich impulzov na druhú.

Krokový motor sa spúšťa náhlym alebo postupným zvyšovaním frekvencie vstupného signálu z nuly na pracovnú, zastavenie je znižovaním nuly a naopak zmenou poradia spínania vinutí krokového motora.

Krokové motory sa vyznačujú nasledujúcimi parametrami: počtom fáz (riadiace cievky) a schémou ich zapojenia, typom krokového motora (s aktívnym alebo pasívnym rotorom), krokom jedného rotora (uhol natočenia rotora s jedným impulzom ), menovité napájacie napätie, maximálny statický časový moment, menovitý krútiaci moment, moment zotrvačnosti rotora, frekvencia zrýchlenia.

Krokové motory sú jednofázové, dvojfázové a viacfázové s aktívnym alebo pasívnym rotorom. Krokový motor je riadený elektronickou riadiacou jednotkou. Príklad schémy riadenia krokového motora je znázornený na obrázku 2.

Ryža. 2. Funkčná schéma elektrického pohonu krokového motora s otvorenou slučkou

Na vstup bloku 1 sa privádza riadiaci signál vo forme napäťových impulzov, ktorý prevádza sled impulzov napríklad na štvorfázový systém unipolárnych impulzov (podľa počtu fáz krokového motora) .

Blok 2 generuje tieto impulzy s ohľadom na dobu trvania a amplitúdu potrebnú pre normálnu činnosť spínača 3, na ktorého výstupy sú pripojené vinutia krokového motora 4. Spínač a ostatné bloky sú napájané zdrojom jednosmerného prúdu. 5.

Pri zvýšených požiadavkách na kvalitu diskrétneho pohonu sa používa uzavretý obvod krokového elektropohonu (obr. 3), ktorý okrem krokového motora obsahuje menič P, komutátor K a krokový snímač DSh. Pri takomto diskrétnom pohone sa na vstup automatického regulátora privádza informácia o skutočnej polohe hriadeľa pracovného mechanizmu RM a otáčkach krokového motora, ktorý zabezpečuje nastavený charakter pohybu pohonu.

Ryža. 3. Funkčná schéma diskrétnej jednotky s uzavretou slučkou

Moderné systémy diskrétnych pohonov využívajú mikroprocesorové ovládacie prvky. Rozsah aplikácií pre pohony krokových motorov sa neustále rozširuje. Ich použitie je perspektívne vo zváracích strojoch, synchronizačných zariadeniach, páskových a záznamových mechanizmoch, systémoch riadenia dodávky paliva pre spaľovacie motory.

Výhody krokových motorov:

• vysoká presnosť aj pri štruktúre s otvorenou slučkou, t.j. bez snímača uhla natočenia volantu;

• natívna integrácia s aplikáciami digitálneho manažmentu;

• nedostatok mechanických spínačov, ktoré často spôsobujú problémy s inými typmi motorov.

Nevýhody krokových motorov:

• nízky krútiaci moment, ale v porovnaní s motormi s nepretržitým pohonom;

• obmedzená rýchlosť;

• vysoká úroveň vibrácií v dôsledku trhavého pohybu;

• veľké chyby a oscilácie so stratou impulzov v systémoch s otvorenou slučkou.

Výhody krokových motorov ďaleko prevyšujú ich nevýhody, preto sa často používajú v prípadoch, keď stačí malý výkon pohonných zariadení.

V článku sú použité materiály z knihy Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Elektrické zariadenia poľnohospodárskych podnikov.