Curs № 5 - cum funcționează motoare pas cu pas

Folosind un motor pas cu pas este una dintre cele mai simple, ieftine și ușor soluții pentru realizarea de sisteme de poziționare precise. Aceste motoare sunt adesea folosite într-o varietate de mașini-unelte și roboți CNC. Astăzi voi vorbi despre modul de a construi motoare pas cu pas și modul în care acestea funcționează.

În primul rând, motorul pas cu pas - este motorul. Acest lucru înseamnă că transformă energia electrică în energie mecanică. Principala diferență între el și toate celelalte tipuri de motoare este modul prin care se produce rotirea. Spre deosebire de alte motoare, motoare pas cu pas nu se rotesc în mod continuu! În schimb, acestea se rotesc în trepte (de unde și numele lor). Fiecare pas reprezintă o parte dintr-un viraj complet. Această parte depinde în principal de blocul motor mecanic și gestionarea procesului selectat. motoare pas cu pas sunt, de asemenea, diferite moduri de putere. Spre deosebire de motoare de curent alternativ sau DC, acestea sunt de obicei controlate de impulsuri. Fiecare puls este convertit într-un grad la care are loc rotația. De exemplu, 1.8º motor pas cu pas se rotește arborele său la 1,8 ° pentru fiecare impuls de intrare. De multe ori, din cauza acestei caracteristici, motoare pas cu pas, de asemenea, numit digitale.

Ca toate motoarele, motoare pas cu pas constă dintr-un stator și rotor. Un rotor montat magneți permanenți și partea stator include o bobină (înfășurare). Motorul pas cu pas, în general, după cum urmează:

Aici vedem înfășurării 4, la un unghi de 90 ° în raport una față de alta, situate pe stator. Diferențele în metode de conectare înfășurări determină în final tipul de conexiune al motorului pas cu pas. În figura de mai sus, înfășurările nu sunt conectate împreună. Motor în conformitate cu acest sistem are un pas de cotitură de 90 °. Înfășurările sunt utilizate într-un cerc - unul după altul. Sensul de rotație este determinată de ordinea în care sunt utilizate înfășurări. Ceea ce urmează ilustrează funcționarea unui astfel de motor. Curentul prin infasurarea are loc la intervale de 1 secundă. Arborele motorului este rotit cu 90 ° de fiecare dată când curentul trece prin bobina.

Acum, ia în considerare diferitele metode de furnizare de curent bobinaj și va vedea ca rezultat al rotirea axului motorului.

Controlul Wave sau gestionarea etapei totale de o înfășurare

Metoda descrisă mai sus este numit un val de control al înfășurării. Acest lucru înseamnă că, printr-o singură bobină curge un curent electric. Această metodă este rar utilizată. Practic, oamenii recurg la aceasta, în scopul de a reduce consumul de energie. O astfel de metodă permite obținerea de mai puțin de jumătate din momentul motorului, astfel, sarcina motorului nu poate fi semnificativă.

Un astfel de motor este de 4 pași pe rotație, care este numărul nominal de pași.

Al doilea și cel mai frecvent utilizată metodă este metoda totală pas. Pentru a pune în aplicare această metodă, tensiunea aplicată la înfășurările în perechi. În funcție de metoda de înfășurare de conectare (serial sau paralel), motorul va necesita dubla tensiune sau curent pentru a opera dublu față de cel necesar în urma excitării înfășurării. În acest caz, motorul va produce 100% din cuplul nominal.

Un astfel de motor are 4 etape pentru o revoluție completă, care este numărul nominal de pași pentru el.

Acesta este un mod foarte distractiv de a obține de două ori precizia sistemului de poziționare, fără a schimba nimic în „de fier“! Pentru a pune în aplicare această metodă, toate perechile de bobine sunt alimentate simultan, prin care rotorul este rotit cu o jumătate de pas normal. Această metodă poate fi, de asemenea, pusă în aplicare folosind una sau două bobine. Mai jos arată cum funcționează.

Folosind această metodă, același motor va fi capabil să dubleze numărul de pași pe rotație, ceea ce înseamnă că sistemul de poziționare dublă precizie. De exemplu, acest motor va da 8 pași pe revoluție!

Modul Microstepping este cel mai frecvent utilizată metodă pentru controlul motoarelor pas cu pas până în prezent. microstepping Ideea este de a furniza puterea înfășurărilor motorului impulsurile, și semnalul, prin forma sa, care se aseamănă cu o undă sinusoidală. Această metodă de schimbare a poziției tranziției de la o etapă la alta permite obținerea unei mișcări line, făcând motoarele pas cu pas sunt utilizate pe scară largă în aplicații cum ar fi sistemele de poziționare în mașini CNC. De asemenea, spurts diferitelor părți conectate la motor, precum și străpungerea motorului este redus semnificativ. În modul microstep, motor pas cu pas se poate roti la fel de ușor ca și motoarele convenționale de curent continuu.

Forma curentului care curge prin bobina este similar cu o undă sinusoidală. Acesta poate fi, de asemenea, utilizat sub formă de semnale digitale. Iată câteva exemple:

Metoda microstepping este, de fapt, un mod de a alimenta motorul, mai degrabă decât metoda de control de lichidare. În consecință, microstep poate fi folosit la un management val și modul totală pas. Mai jos este prezentată activitatea acestei metode:

Deși se pare că modul de pași microstepping devin mai mari, dar, de fapt, acest lucru nu se întâmplă. Pentru a îmbunătăți precizia uneltelor trapezoidală utilizate în mod obișnuit. Această metodă este utilizată pentru a asigura o mișcare lină.

Stepper motor cu un magnet permanent

Rotorul motorului are un magnet permanent sub forma unui disc cu două sau mai mulți poli. Acesta funcționează exact așa cum este descris mai sus. înfășurări statorice va atrage sau respinge un magnet permanent pe rotor și, prin urmare, generează un cuplu. Mai jos este o diagramă a unui motor pas cu pas, cu un magnet permanent.

De obicei, astfel de motoare pas dimensiune situată în intervalul 45-90 °.

Stepper motor cu reluctanță variabilă

În acest tip de motor pe rotor nu este un magnet permanent. In schimb, rotorul este realizat dintr-un metal magnetic moale, sub forma unui angrenaj de tip disc dințată. Înfășurările statorului este mai mult de patru. Înfășurările sunt alimentate în perechi opuse, și de a atrage rotorul. Absența unui magnet permanent afectează negativ valoarea cuplului, acesta este redus semnificativ. Dar există, de asemenea, un mare plus. Aceste motoare nu au cuplul de blocare. Punctul de blocare - este cuplul generat de magneții permanenți ai rotorului sunt atrase de armătura statorului în absența curentului în înfășurări. Se poate înțelege cu ușurință că acest lucru este pentru moment, dacă încercați să rotiți brațul motor pas cu pas deconectat cu un magnet permanent. Vei simți clicurile distincte pe fiecare motor pas. De fapt, ceea ce simți și va fi punctul de fixare, care atrage magneții la armătura stator. Ceea ce urmează ilustrează funcționarea unui motor pas cu pas cu reluctanță variabilă.

motoare pas cu reluctanță variabilă sunt de obicei smoală situată în intervalul 5-15 °.

motor pas cu pas hibrid

Acest tip de motoare pas cu pas este numit „hibrid“, deoarece combină caracteristicile de motoare pas cu pas și magnet permanent și reluctanță variabilă. Ei au de retenție excelentă și un cuplu dinamic, precum și o dimensiune pas foarte mică situată în intervalul 0.9-5 °, oferind o precizie excelentă. Părțile lor mecanice se poate roti la o rată mai mare decât alte tipuri de motoare pas cu pas. Acest tip de motor utilizat în mașini CNC un high-end și roboți. Principalul lor dezavantaj - costul ridicat.

Motor normal cu 200 de trepte pe rotație va avea un rezultat pozitiv 50 și negative 50 de stâlpi cu 8 înfășurări (cu 4 perechi). Datorită faptului că magnetul nu poate fi făcută, o soluție elegantă a fost găsit. Luate separat, două discuri de 50-dințate. un magnet permanent cilindric este, de asemenea, utilizat. Discuri sunt sudate una cu pozitiv, celălalt la polul negativ al magnetului permanent. Astfel, o unitate are un pol pozitiv asupra danturii lor, cealaltă - negative.

Două disc 50-dințat plasate deasupra și dedesubtul magnetul permanent

Trucul este că discurile sunt aranjate în așa fel încât atunci când te uiți la ele de mai sus, ele arata ca o singură unitate de 100 de Zuby! Altitudinile pe același disc sunt aliniate cu depresiuni pe de altă parte.

Depresiunile într-un singur disc sunt aliniate cu protuberanțe pe de altă parte

Ceea ce urmează ilustrează o operațiune a unui motor pas cu pas hibrid având 75 de trepte pe rotație (1,5 ° per etapă). Este de remarcat faptul că 6 înfășurări sunt cuplate, fiecare având o bobină de pe partea opusă. Probabil vă așteptați ca bobinele sunt dispuse la un unghi de 60 ° unul lângă altul, dar, de fapt, nu este. Presupunând că prima pereche - este cea mai de sus și cea mai de jos bobina, în timp ce a doua pereche este părtinitoare la 60 + 5 ° în raport cu primul și al treilea de offset 60 + 5 ° în raport cu al doilea. Diferența unghiulară este cauza rotației motorului. Moduri de control cu ​​trepte complete și jumătate pot fi folosite, dar ca de control al undei pentru a reduce consumul de energie. Mai jos au demonstrat un control total pas. În modul polushagovom, numărul de pași pentru a crește la 150!

Nu încercați să urmați înfășurărilor, pentru a vedea cum funcționează. Doar se concentreze pe o lichidare și să aștepte. Vei observa că de fiecare dată când este implicată bobina, există 3 poli pozitiv (roșu) la 5 ° în spatele, care sunt atrași de direcția de rotație și celelalte 3 poli negativ (albastru) într-un 5 ° înainte, care împinge în direcția de rotație. bobina pedalat este întotdeauna situat între polii pozitivi și negativi.

Conectarea înfășurărilor

Motoarele Stepper sunt motoare polifazice. Mai înfășurării înseamnă mai multe faze. Mai multe faze, funcționare lină a motorului și mai multe costuri vyokaya. Cuplul nu este legat de numărul de faze. Cele mai utilizate motoare în două faze. Aceasta este suma minimă necesară pentru a se asigura că motorul pas cu pas este operat. Trebuie înțeles faptul că numărul de faze nu determină în mod necesar numărul de înfășurări. De exemplu, dacă fiecare fază are două perechi de înfășurări și un motor cu două faze, numărul de înfășurări este egal cu 8. Acest lucru determină numai caracteristicile mecanice ale motorului. Pentru simplificare, voi lua în considerare cel mai simplu motor de curent alternativ cu o pereche pentru fiecare înfășurări de fază.

Există trei tipuri diferite de conexiune pentru motoare pas cu pas în două faze. Înfășurările sunt conectate între ele, și, în funcție de conexiunea, un număr diferit de fire utilizate pentru conectarea motorului la controler.

motor bipolar

Aceasta este cea mai simplă configurație. Folosește 4 fire pentru a conecta motorul la controler. Înfășurările sunt conectate în serie sau în paralel. EXEMPLU Motor bipolar:

Motorul are 4 terminale. Două terminale galben (! Culoare care nu sunt conforme cu standardul) Nourish vertical de lichidare, două roz - bobina orizontală. Problema cu această configurație este că, dacă cineva vrea să schimbe polaritatea magnetică, atunci singura cale este de a schimba direcția curentului electric. Acest lucru înseamnă că circuitul de comandă va deveni complicat, de exemplu, acesta va fi H-pod.

cu motor unipolar

Firul comun cu motor unipolar conectat la punctul în care cele două înfășurări sunt conectate între ele:

Folosind acest fir comun, puteți schimba cu ușurință polii magnetici. Să presupunem, de exemplu, ne-am conectat firul comun la sol. Energizat prima o concluzie a înfășurării, iar apoi o alta - vom schimba polii magnetici. Aceasta înseamnă că circuitul pentru un motor bipolar este foarte simplu, ca regulă, este format din doar două tranzistoare per fază. Principalul dezavantaj este că de fiecare dată, folosiți numai jumătate din înfășurărilor bobina disponibile. Este ca și în cazul în care controlul motorului val la excitarea o înfășurare. Astfel, cuplul este întotdeauna aproximativ jumătate din cuplul, care ar putea fi obținute în cazul în care au fost utilizate două bobine. Cu alte cuvinte, cu motor homopolar trebuie să fie mai mult de două ori ca marker, în comparație cu un motor bipolar pentru a asigura același cuplu. Motorul unipolar poate fi utilizat ca un motor bipolar. Pentru a face acest lucru, trebuie să lăsați firul comun neconectat.

Motoarele unipolar pot avea 5 sau 6 terminale pentru conectare. Figura de mai sus a motorului unipolar demonstrată cu 6 pini. Există motoare în care două fire sunt conectate în comun. În acest caz, motorul are 5 terminale pentru conectare.

motor pas cu 8 pini

Acesta este cel mai flexibil din punct de vedere al conexiunilor motor pas cu pas. Toate înfășurări au terminale de pe ambele părți:

Acest motor de poate fi conectat în orice mod posibil. Acesta poate fi conectat ca:

• 5 sau 6 pini unipolar,
• bipolar cu înfășurările conectate în serie
• Bipolar cu înfășurări paralele conectate
• bipolar cu o singură conexiune pentru fiecare fază pentru aplicații cu consum redus de energie