Krmiljenje koračnega motorja

Elektromotorji pretvarjajo električno energijo v mehansko, koračni motorji pa pretvarjajo energijo električnih impulzov v vrtilna gibanja rotorja. Gibanje, ki ga ustvari delovanje vsakega impulza, se sproži in ponovi z visoko natančnostjo, zaradi česar so kroglični motorji učinkoviti pogoni za naprave, ki zahtevajo natančno pozicioniranje.

Koračni motorji s trajnimi magneti vključujejo: rotor s trajnimi magneti, navitja statorja in magnetno jedro. Energijske tuljave ustvarjajo magnetni severni in južni pol, kot je prikazano. Gibljivo magnetno polje statorja prisili rotor, da se ves čas poravna z njim. To rotacijsko magnetno polje je mogoče nastaviti z nadzorom serijskega vzbujanja statorskih tuljav za obračanje rotorja.

Slika prikazuje diagram tipične metode vzbujanja za dvofazni motor. V fazi A sta dve statorski tuljavi pod napetostjo in to povzroči, da se rotor privlači in blokira, ko se nasprotna magnetna pola privlačita.Ko so navitja faze A izklopljena, se vklopijo navitja faze B, rotor se zavrti v smeri urinega kazalca (angleško CW - v smeri urinega kazalca, CCW - v nasprotni smeri urinega kazalca) 90 °.

Nato se faza B izklopi in faza A se vklopi, vendar sta poli zdaj nasprotni kot na samem začetku. To vodi do naslednjega obrata za 90 °. Faza A se nato izklopi, faza B se vklopi z obratno polarnostjo. Ponavljanje teh korakov bo povzročilo vrtenje rotorja v smeri urinega kazalca v korakih po 90°.

Postopno krmiljenje, prikazano na sliki, se imenuje enofazno krmiljenje. Bolj sprejemljiv način koračnega krmiljenja je dvofazno aktivno krmiljenje, kjer sta obe fazi motorja vedno vklopljeni, vendar se polarnost v eni od njih spremeni, kot je prikazano na sliki.

Ta nadzor povzroči, da se rotor koračnega motorja premakne tako, da se poravna z vsakim korakom v središču oblikovanega severnega in južnega pola, med štrlinami magnetnega vezja. Ker sta obe fazi vedno vključeni, ta metoda krmiljenja zagotavlja 41,4 % več navora kot krmiljenje z eno aktivno fazo, vendar zahteva dvakratno električno moč.

Pol koraka

Koračni motor je lahko tudi "polstopenjski", takrat se med faznim prehodom doda izklopna stopnja. To prepolovi kot naklona. Na primer, namesto za 90 ° se lahko koračni motor zavrti za 45 ° na vsakem "pol koraku", kot je prikazano na sliki.

Toda polstopenjski način uvaja izgubo navora 15-30 % v primerjavi s stopenjskim krmiljenjem z dvema aktivnima fazama, ker je eno od navitij med polovico koraka neaktivno, kar na koncu povzroči izgubo elektromagnetne sile, ki deluje na rotorja, tj. neto izguba navora.

Bipolarna tuljava

Dvofazna stopenjska regulacija predvideva prisotnost dvopolnega statorskega navitja. Vsaka faza ima svojo tuljavo in ko se tok obrne skozi tuljave, se spremenijo tudi elektromagnetne polaritete. Začetna faza je značilna dvofazni gonilnik prikazano na sliki. Krmilna shema je prikazana v tabeli. Vidimo lahko, kako preprosto s spremembo smeri toka skozi tuljave je mogoče spremeniti magnetno polariteto v fazah.

Enopolna tuljava

Druga značilna vrsta tuljave je unipolarna tuljava. Tu so tuljave razdeljene na dva dela in ko je en del tuljave pod napetostjo, se ustvari severni pol, ko je drugi del pod napetostjo, pa južni pol. Ta rešitev se imenuje unipolarna tuljava, ker se električna polarnost, odgovorna za tok, nikoli ne spremeni. Krmilne stopnje so prikazane na sliki.

Ta oblika omogoča uporabo enostavnejšega elektronskega bloka. Vendar se tu izgubi skoraj 30 % navora v primerjavi z bipolarno tuljavo, ker imajo tuljave polovico žice kot bipolarna tuljava.

Drugi koti nagiba

Za manjše nagibne kote je potrebno imeti večje število polov tako na rotorju kot na statorju. Rotor 7,5° ima 12 parov polov, magnetno jedro statorja pa 12 izboklin. Dve klekljani ušesi in dve tuljavi.

To daje 48 polov za vsak korak 7,5°. Na sliki lahko vidite 4-polne čepke v prerezu. Seveda je možno kombinirati korake za doseganje velikih premikov, na primer šest korakov po 7,5° povzroči vrtenje rotorja za 45°.

Natančnost

Natančnost koračnih motorjev je 6-7% na korak (brez akumulacije). Koračni motor s koraki 7,5° bo vedno znotraj 0,5° od teoretično predvidenega položaja, ne glede na to, koliko korakov je že bilo narejenih. Napaka se ne bo kopičila, ker se mehansko vsakih 360 ° ponovi korak za korakom. Brez obremenitve bo fizični položaj polov statorja in rotorja drug glede na drugega ves čas enak.

Resonanca

Koračni motorji imajo lastno resonančno frekvenco, ker so sistemi podobni uteži vzmeti. Ko je ritem enak naravni resonančni frekvenci motorja, je mogoče slišati hrup, ki ga ustvarja motor, in tresenje se poveča.

Resonančna točka je odvisna od uporabe motorja, njegove obremenitve, vendar se na splošno resonančna frekvenca giblje od 70 do 120 korakov na sekundo. V najslabšem primeru bo motor izgubil natančnost krmiljenja, če preide v resonanco.

Preprost način, da se izognete težavam z resonanco sistema, je, da spremenite ritem stran od resonančne točke. V pol- ali mikrostopenjskem načinu se problem resonance zmanjša, ker se resonančna točka opusti, ko se hitrost poveča.

Navor

Navor koračnega motorja je funkcija: hitrosti koraka, toka navitja statorja, tipa motorja. S temi tremi dejavniki je povezana tudi moč določenega koračnega motorja.Navor koračnega motorja je vsota tornega momenta in vztrajnostnega momenta.

Torni navor v gramih na centimeter je sila, ki je potrebna za premikanje tovora, ki tehta določeno število gramov, z vzvodom, dolgim ​​1 cm. Pomembno je upoštevati, da ko se stopenjska hitrost motorja poveča, povratni EMF v motorju , to pomeni, da se napetost, ki jo ustvari motor, poveča. To omejuje tok v statorskih navitjih in zmanjša navor.