Драйвер на стъпков двигател — устройство, видове и възможности

Стъпковите двигатели се използват днес в много индустриални приложения. Двигателите от този тип се отличават с факта, че позволяват да се постигне висока точност на позициониране на работния орган, в сравнение с други видове двигатели. Очевидно е необходимо прецизно автоматично управление, за да работи стъпковият двигател. За тази цел те служат контролери на стъпков двигател, осигурявайки непрекъсната и точна работа на електрическите задвижвания за различни цели.

Приблизително принципът на действие на стъпков двигател може да бъде описан, както следва. Всяко пълно завъртане на ротора на стъпков двигател се състои от няколко стъпки. По-голямата част от стъпковите двигатели са проектирани за стъпки от 1,8 градуса и има 200 стъпки за пълен оборот. Задвижването променя позицията си стъпка, когато се подаде захранващо напрежение към определена намотка на статора. Посоката на въртене зависи от посоката на тока в намотката.

Следващата стъпка е да изключите първата намотка, захранването се подава към втората и така нататък, в резултат на това, след като всяка намотка е отработена, роторът ще направи пълно завъртане. Но това е грубо описание, всъщност алгоритмите са малко по -сложни и това ще бъде обсъдено по -късно.

Алгоритми за управление на стъпков двигател

Управлението на стъпков двигател може да се реализира съгласно един от четирите основни алгоритма: променливо превключване на фазите, управление на фазово припокриване, полуетапно управление или микростепенно управление.

В първия случай във всеки момент от време само една от фазите получава мощност, а точките на равновесие на ротора на двигателя на всяка стъпка съвпадат с ключовите точки на равновесие — полюсите са ясно изразени.

Контролът на фазовото припокриване позволява на ротора да предприема стъпки към позиции между полюсите на статора, което увеличава въртящия момент с 40% в сравнение с контрола с нефазово припокриване. Ъгълът на наклон се поддържа, но позицията на заключване се измества — той се намира между гребените на статорните стълбове. Тези първи два алгоритма се използват в електрическо оборудване, където не се изисква много висока точност.

Контролът на половин стъпка е комбинация от първите два алгоритма: чрез стъпка се захранва една фаза (намотка) или две. Размерът на стъпката е наполовина, точността на позициониране е по -висока и вероятността от механичен резонанс в двигателя е намалена.

И накрая, микростепенният режим. Тук токът във фазите се променя по величина, така че позицията на фиксирането на ротора на стъпка да пада върху точката между полюсите и в зависимост от съотношението на токовете в едновременно включените фази могат да бъдат няколко такива стъпки получени. Чрез регулиране на съотношението на токове, чрез регулиране на броя на работните съотношения се получават микростепенки — най -точното позициониране на ротора.

Вижте повече подробности със схеми тук: Управление на стъпков двигател

Драйвер на стъпков двигател

За да приложите избрания алгоритъм на практика, приложете шофьор на стъпков двигател… Драйверът съдържа секция за захранване и контролер.

Силовата част на драйвера е твърдотелен усилвател на мощност, чиято задача е да преобразува импулсите на тока, приложени към фазите, в движения на ротора: един импулс — една точна стъпка или микростепен.

Посока и величина на тока — посоката и големината на стъпката.Тоест задачата на силовия агрегат е да подава ток с определена величина и посока към съответната намотка на статора, да задържа този ток за известно време, а също и бързо да включва и изключва токове, така че характеристиките на скоростта и мощността на устройството съответстват на поставената задача.

Колкото по -перфектна е силовата част на задвижващия механизъм, толкова по -голям въртящ момент може да се получи на вала. Като цяло тенденцията за напредък в подобряването на стъпковите двигатели и техните драйвери е да получат значителен работен въртящ момент от двигатели с малки размери, висока точност и в същото време да поддържат висока ефективност.

Контролер на стъпков двигател

Контролерът на стъпковия двигател е интелигентна част от системата, която обикновено е направена на базата на микроконтролер с възможност за препрограмиране. Контролерът е отговорен за това в кой момент, към коя намотка, за колко време и колко ток ще бъде подаден. Контролерът контролира работата на силовия блок на водача.

Разширените контролери са свързани към компютър и могат да се регулират в реално време с помощта на компютър. Възможността за многократно препрограмиране на микроконтролера освобождава потребителя от необходимостта да купува нов контролер всеки път, когато задачата се коригира — достатъчно е да се преконфигурира съществуващия, това е гъвкавостта, контролерът може лесно да се преориентира програмно, за да изпълни нов функции.

На пазара днес има широка гама контролери за стъпкови двигатели от различни производители, които се отличават с възможностите за разширяване на функциите. Програмируемите контролери предполагат запис на програми, а някои включват програмируеми логически блокове, с които е възможно гъвкаво конфигуриране на алгоритъма за управление на стъпковия двигател за определен технологичен процес.

Възможности на контролера

Управлението на стъпаловиден двигател с контролер позволява висока точност до 20 000 микро стъпки на оборот. Освен това управлението може да се извършва както директно от компютър, така и поради програма, зашита в устройството, или чрез програма от карта с памет. Ако параметрите се променят по време на изпълнението на задачата, компютърът може да разпита сензорите, да следи променящите се параметри и бързо да промени режима на работа на стъпковия двигател.

Има налични в търговската мрежа блокове за управление на стъпков двигател, които са свързани към: източник на ток, бутони за управление, източник на часовник, потенциометър за регулиране на стъпката и пр. Такива блокове ви позволяват бързо да интегрирате стъпков двигател в оборудване за извършване на повтарящи се циклични задачи с ръчно или автоматично управление … Възможността за синхронизиране с външни устройства и поддръжка за автоматично включване, изключване и управление е безспорно предимство на блока за управление на стъпковия двигател.

Устройството може да се управлява директно от компютър, ако например искате да пуснете програма за CNC машина, или в ръчен режим без допълнително външно управление, тоест автономно, когато посоката на въртене на вала на стъпковия двигател се задава от сензора за заден ход, а скоростта се контролира от потенциометър. Устройството за управление се избира според параметрите на стъпковия двигател, който трябва да се използва.

В зависимост от естеството на целта се избира методът за управление на стъпаловиден двигател. Ако трябва да настроите просто управление на електрическо задвижване с ниска мощност, когато всеки път по един импулс се прилага към една намотка на статора: за пълен оборот, да речем, 48 стъпки, и роторът ще се движи 7,5 градуса с всяка стъпка . Режимът с единичен импулс е добре в този случай.

За постигане на по -висок въртящ момент се използва двоен импулс — той се подава към две съседни бобини едновременно на импулс.И ако са необходими 48 стъпки за пълен оборот, тогава отново са необходими 48 такива двойни импулса, всеки ще доведе до стъпка от 7,5 градуса, но с 40% по -голям въртящ момент, отколкото в режим на единичен импулс. Чрез комбиниране на двата метода можете да получите 96 импулса чрез разделяне на стъпките — получавате 3,75 градуса на стъпка — това е комбиниран режим на управление (половин стъпка).