Управление на стъпков двигател

Електродвигателите преобразуват електрическата енергия в механична, а що се отнася до стъпковите двигатели, те преобразуват енергията на електрическите импулси в ротационни движения на ротора. Движението, генерирано от действието на всеки импулс, започва и се повтаря с висока точност, което прави топковите двигатели ефективни задвижвания за устройства, които изискват прецизно позициониране.

Стъпковите двигатели с постоянен магнит включват: ротор с постоянен магнит, намотки на статора и магнитно ядро. Енергийните намотки създават магнитни северни и южни полюси, както е показано. Движещото се магнитно поле на статора принуждава ротора да се подравнява с него през цялото време. Това въртящо се магнитно поле може да се настрои чрез контролиране на последователното възбуждане на статорните бобини за завъртане на ротора.

Фигурата показва диаграма на типичен метод на възбуждане за двуфазен двигател. Във фаза А двете статорни бобини се захранват и това води до привличане и блокиране на ротора, тъй като противоположните магнитни полюси се привличат един друг. Когато намотките на фаза А са изключени, намотките на фаза В се включват, роторът се завърта по посока на часовниковата стрелка (английски CW — по часовниковата стрелка, CCW — обратно на часовниковата стрелка) 90 °.

Тогава фаза В се изключва и фаза А се включва, но полюсите сега са разположени срещу това, което са били в самото начало. Това води до следващия завой на 90 °. След това фаза А се изключва, фаза В се включва с обратна полярност.Повторението на тези стъпки ще накара ротора да се върти по посока на часовниковата стрелка на стъпки от 90 °.

Етапното управление, показано на фигурата, се нарича еднофазно управление. По -приемлив начин за стъпково управление е управлението с две активни фази, когато и двете фази на двигателя са винаги включени, но полярността в една от тях се променя, както е показано на фигурата.

Това управление води до движението на ротора на стъпковия двигател, при което той се подравнява с всяка стъпка в центъра на образуваните северен и южен полюс, между издатините на магнитната верига. Тъй като и двете фази са винаги включени, този метод за управление осигурява 41,4% по -голям въртящ момент от управлението с една активна фаза, но изисква двойно електрическа мощност.

Половин стъпка

Стъпков двигател също може да бъде «полустепен», след което се добавя изключващ етап по време на прехода между фазите. Това разделя ъгъла на стъпката наполовина. Например, вместо 90 °, стъпковият двигател може да направи 45 ° завъртания на всеки «полустепен», както е показано на фигурата.

Но режимът на половин стъпка въвежда загуба на въртящ момент от 15-30%, в сравнение със стъпковото управление с две активни фази, тъй като една от намотките е неактивна по време на половината от стъпката и това в крайна сметка води до загуба на електромагнитна сила, действаща върху ротора, тоест нетна загуба на въртящ момент.

Двуполюсна намотка

Двуфазното стъпково управление предполага наличието на двуполюсна намотка на статора. Всяка фаза има своя собствена намотка и когато токът се обърне през намотките, електромагнитните полярности също се променят. Изходният етап е типичен двуфазен драйвер показани на фигурата. Схемата за управление е показана в таблицата. Може да се види как просто чрез промяна на посоката на тока през намотките е възможно да се промени магнитната полярност във фазите.

Еднополюсна намотка

Друг типичен тип намотка е еднополюсна намотка.Тук намотките са разделени на две части и когато една част от намотката се захранва — се създава северен полюс, когато другата част се захранва — възниква южен полюс. Това решение се нарича еднополюсна намотка, тъй като електрическата полярност, отговорна за тока, никога не се променя. Етапите на управление са показани на фигурата.

Този дизайн позволява да се използва по -опростен електронен блок. Тук обаче се губят почти 30% от въртящия момент в сравнение с двуполюсна намотка, тъй като бобините имат половината жица като двуполюсна намотка.

Други ъгли на наклона

За да се получат по -малки ъгли на стъпка, е необходимо да има по -голям брой полюси както на ротора, така и на статора. Роторът за 7,5 ° има 12 двойки полюси, а магнитното ядро ​​на статора има 12 издатини. Две уши на бобина и две намотки.

Това дава 48 полюса за всяка стъпка от 7,5 °. На фигурата можете да видите 4 -полюсните уши в раздел. Разбира се, възможно е да се комбинират стъпките за постигане на големи премествания, например шест стъпки от 7,5 ° ще доведат до въртене на ротора на 45 °.

Точност

Точността на стъпковите двигатели е 6-7% на стъпка (без натрупване). Стъпков двигател със стъпки от 7,5 ° винаги ще бъде в рамките на 0,5 ° от теоретично предвиденото положение, без значение колко стъпки вече са направени. Грешката няма да се натрупа, защото механично всеки 360 ° се повтаря стъпка по стъпка. Без натоварване физическото положение на полюсите на статора и ротора един спрямо друг ще бъде едно и също през цялото време.

Резонанс

Стъпковите двигатели имат своя собствена резонансна честота, тъй като те са системи като пружинно тегло. Когато ритъмът е същият като честотата на естествения резонанс на двигателя, шумът, генериран от двигателя, може да се чуе и вибрациите се усилват.

Резонансната точка зависи от приложението на двигателя, от натоварването му, но обикновено резонансната честота варира от 70 до 120 стъпки в секунда. В най -лошия случай двигателят ще загуби точност на управление, ако влезе в резонанс.

Лесен начин да избегнете проблеми с резонанса на системата е да промените ритъма на разстояние от точката на резонанса. В режим на половин или микростепен, проблемът с резонанса се намалява, тъй като резонансната точка е изоставена с увеличаване на скоростта.

Въртящ момент

Въртящият момент на стъпков двигател е функция на: стъпкова скорост, ток на намотката на статора, тип на двигателя. Мощността на определен стъпков двигател също е свързана с тези три фактора. Въртящият момент на стъпков двигател е сумата от момента на триене и инерционния момент.

Моментът на триене в грамове на сантиметър е силата, необходима за преместване на товар, тежащ определен брой грамове с рамо на лоста с дължина 1 см. Важно е да се отбележи, че с увеличаване на скоростта на стъпката на двигателя, обратното ЕМП в двигателя, тоест напрежението, генерирано от двигателя, се увеличава. Това ограничава тока в намотките на статора и намалява въртящия момент.