Koračni motorji

Koračni motor je elektromehanska naprava, ki pretvarja električne signale v diskretna kotna gibanja gredi. Uporaba koračnih motorjev omogoča, da delovna telesa strojev izvajajo strogo odmerjene gibe s fiksiranjem svojega položaja na koncu gibanja.

Koračni motorji so aktuatorji, ki zagotavljajo fiksne kotne premike (korake). Vsaka sprememba kota rotorja je odziv koračnega motorja na vhodni impulz.

Diskretni elektromotorni koračni pogon je naravno kombiniran z digitalnimi krmilnimi napravami, kar omogoča njegovo uspešno uporabo v digitalno vodenih strojih za rezanje kovin, v industrijskih robotih in manipulatorjih, v urnih mehanizmih.

Diskretni električni pogon je mogoče izvesti tudi z uporabo serije asinhroni elektromotorji, ki lahko zaradi posebnega nadzora deluje v stopenjskem načinu.

Koračni motorji se uporabljajo v električnih pogonih z močjo od delčka vata do nekaj kilovatov.Razširitev lestvice moči diskretnega električnega pogona lahko dosežemo s serijskimi asinhronimi elektromotorji, ki lahko zaradi ustreznega krmiljenja delujejo v stopenjskem načinu.

Načelo delovanja koračnih motorjev vseh vrst je naslednje. S pomočjo elektronskega stikala se generirajo napetostni impulzi, ki se dovajajo do krmilnih tuljav, ki se nahajajo na statorju koračnega motorja.

Odvisno od zaporedja vzbujanja krmilnih tuljav se v delovni reži motorja pojavi ena ali druga diskretna sprememba magnetnega polja. S kotnim zamikom osi magnetnega polja krmilnih tuljav koračnega motorja se njegov rotor diskretno vrti po magnetnem polju. Zakon vrtenja rotorja je določen z zaporedjem, delovnim ciklom in frekvenco krmilnih impulzov ter s tipom in konstrukcijskimi parametri koračnega motorja.

Načelo delovanja koračnega motorja (pridobivanje diskretnega gibanja rotorja) bomo obravnavali na primeru najpreprostejšega vezja dvofaznega koračnega motorja (slika 1).

riž. 1. Poenostavljena shema koračnega motorja z aktivnim rotorjem

Koračni motor ima dva para jasno definiranih statorskih polov, na katerih se nahajajo vzbujalna (krmilna) navitja: navitje 3 s sponkami 1H — 1K in navitje 2 s sponkami 2H — 2K. Vsako navitje je sestavljeno iz dveh delov, ki se nahajata na nasprotnih polih statorja 1 SM.

Rotor v obravnavani shemi je dvopolni trajni magnet.Tuljave napajajo impulzi iz krmilne naprave, ki pretvori enokanalno zaporedje vhodnih krmilnih impulzov v večkanalno (glede na število faz koračnega motorja).

Razmislite o delovanju koračnega motorja ob predpostavki, da se v začetnem trenutku napetost uporablja za tuljavo 3. Tok v tej tuljavi bo magnetiziral navpično nameščena pola N in 8. Kot posledica interakcije magnetnega polja s stalnim magnet rotorja, bo slednji zavzel ravnotežni položaj, v katerem sta osi magnetnega polja statorja in rotorja enaki.

Položaj bo stabilen, ker na rotorju deluje sinhronizacijski moment, ki teži k vrnitvi rotorja v ravnotežni položaj: M = Mmax x sinα,

kjer M.max — največji moment, α — kot med osmi magnetnega polja statorja in rotorja.

Ko krmilna enota preklopi napetost s tuljave 3 na tuljavo 2, se ustvari magnetno polje z vodoravnimi poli, tj. magnetno polje statorja naredi diskretno rotacijo s četrtino oboda statorja. V tem primeru se bo pojavil kot odstopanja med osmi statorja in rotorja α = 90 ° in največji navor Mmax bo deloval na rotorju. Rotor se bo zavrtel za kot α = 90 ° in zavzel nov stabilen položaj. Tako se po koračnem gibanju statorskega polja rotor motorja premika stopničasto.

Glavni način delovanja koračnega motorja je dinamičen. Koračni motorji so za razliko od sinhronskih motorjev zasnovani za vstop v sinhronizem iz mirovanja in prisilno električno zaviranje.Zahvaljujoč temu koračni električni pogon omogoča zagon, zaustavitev, vzvratno vožnjo in prehod z ene frekvence krmilnih impulzov na drugo.

Koračni motor se zažene z nenadnim ali postopnim dvigom frekvence vhodnega signala od nič do delovne, zaustavitev z znižanjem ničle, obratno pa s spremembo zaporedja preklopov navitij koračnega motorja.

Za koračne motorje so značilni naslednji parametri: število faz (krmilnih tuljav) in njihova povezovalna shema, vrsta koračnega motorja (z aktivnim ali pasivnim rotorjem), enojni korak rotorja (kot vrtenja rotorja z enim impulzom). ), nazivna napajalna napetost, največji statični časovni moment, nazivni navor, vztrajnostni moment rotorja, frekvenca pospeška.

Koračni motorji so enofazni, dvofazni in večfazni z aktivnim ali pasivnim rotorjem. Koračni motor krmili elektronska krmilna enota. Primer krmilne sheme koračnega motorja je prikazan na sliki 2.

riž. 2. Funkcionalna shema odprtozančnega koračnega elektromotorja

Krmilni signal v obliki napetostnih impulzov se dovaja na vhod bloka 1, ki pretvori zaporedje impulzov, na primer, v štirifazni sistem unipolarnih impulzov (v skladu s številom faz koračnega motorja) .

Blok 2 generira te impulze glede na trajanje in amplitudo, potrebno za normalno delovanje stikala 3, na katerega izhode so priključena navitja koračnega motorja 4. Stikalo in ostale bloke napaja vir enosmernega toka. 5.

S povečanimi zahtevami po kakovosti diskretnega pogona se uporablja zaprto vezje koračnega električnega pogona (slika 3), ki poleg koračnega motorja vključuje pretvornik P, komutator K in korakni senzor DSh. Pri takem diskretnem pogonu se informacije o dejanskem položaju gredi delovnega mehanizma RM in hitrosti koračnega motorja dovajajo na vhod avtomatskega regulatorja, ki zagotavlja nastavljeno naravo gibanja pogona.

riž. 3. Funkcionalni diagram zaprtozančnega diskretnega pogona

Sodobni diskretni pogonski sistemi uporabljajo mikroprocesorske krmilnike. Področje uporabe koračnih motorjev se nenehno širi. Njihova uporaba je obetavna v varilnih strojih, sinhronizacijskih napravah, tračnih in snemalnih mehanizmih, sistemih za krmiljenje dovoda goriva za motorje z notranjim zgorevanjem.

Prednosti koračnih motorjev:

• visoka natančnost, tudi z odprtozančno strukturo, tj. brez senzorja kota krmiljenja;

• domača integracija z aplikacijami za digitalno upravljanje;

• pomanjkanje mehanskih stikal, ki pogosto povzročajo težave pri drugih vrstah motorjev.

Slabosti koračnih motorjev:

• nizek navor, vendar v primerjavi z neprekinjenimi pogonskimi motorji;

• omejena hitrost;

• visoka raven vibracij zaradi sunkovitega gibanja;

• velike napake in nihanja z izgubo impulzov v sistemih z odprto zanko.

Prednosti koračnih motorjev so veliko večje od njihovih pomanjkljivosti, zato se pogosto uporabljajo v primerih, ko zadostuje majhna moč pogonskih naprav.

V članku so uporabljeni materiali iz knjige Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Električna oprema kmetijskih podjetij.