Co je krokový motor, proč je potřeba a jak to funguje
Stejnosměrné krokové motory se široce používají v numericky řízených strojích a robotice. Hlavním rozdílem tohoto elektromotoru je princip jeho činnosti. Hřídel krokového motoru se dlouho neotáčí, ale otáčí pouze o určitý úhel. Tím je zajištěno přesné umístění pracovní položky v prostoru. Napájení takového motoru je diskrétní, to znamená, že je prováděno pulzy. Tyto impulsy také otáčí hřídelí o určitý úhel, každá taková rotace se nazývá krok, odtud název. Tyto elektromotory často pracují v tandemu s převodovkou pro zvýšení přesnosti instalace a točivého momentu na hřídeli a s kodérem pro sledování polohy hřídele v tuto chvíli. Tyto prvky jsou nezbytné pro přenos a převod úhlu natočení. V tomto článku řekneme čtenářům webu Elecroexpert o zařízení, principu činnosti a účelu krokových motorů.
Jak krokový motor funguje
V typovém provedení je to bezkartáčový synchronní elektrický motor. Skládá se z stator a rotor. Na rotoru jsou obvykle umístěny sekce sestavené z plechů z elektrické oceli (na fotografii je to část „ozubeného kola“) a ty jsou zase odděleny permanentními magnety. Na statoru jsou vinutí ve formě samostatných cívek.
Princip fungování
O tom, jak krokový motor funguje, lze uvažovat na podmíněném modelu. V poloze 1 je na vinutí A a B přivedeno napětí určité polarity. V důsledku toho je ve statoru generováno elektromagnetické pole. Protože jsou přitahovány různé magnetické póly, zaujme rotor svou polohu podél osy magnetického pole. Kromě toho bude magnetické pole motoru bránit pokusům změnit polohu rotoru z vnějšku. Zjednodušeně řečeno, magnetické pole statoru bude pracovat tak, aby zabránilo rotoru měnit svou předem stanovenou polohu (například při mechanickém zatížení na hřídeli).
Pokud je na vinutí D a C přivedeno napětí stejné polarity, elektromagnetické pole se posune. To způsobí rotaci rotoru s permanentním magnetem do polohy 2. V tomto případě je úhel natočení 90 °. Tento úhel bude krokem rotace rotoru.
Poloha 3 je dosažena použitím napětí s obrácenou polaritou na vinutí A a B. V tomto případě se elektromagnetické pole stane opačném k poloze 1, rotor motorů se posune a celkový úhel bude 180 °.
Při použití napětí s obrácenou polaritou na vinutí D a C se rotor otáčí o úhel až 270 ° vzhledem k počáteční poloze. Když je kladné napětí připojeno k vinutím A a B, rotor zaujme svou počáteční polohu - dokončí 360 ° otáčku.Je třeba mít na paměti, že rotor se pohybuje podél nejmenší dráhy, tj. Z polohy 1 do polohy 4 se rotor otáčí až po průchodu mezi polohami 2 a 3. Při připojování vinutí po 1 poloze okamžitě do 4 polohy se rotor otáčí proti směru hodinových ručiček.
Druhy a typy podle polarity nebo typu vinutí
U krokových motorů se používají bipolární a unipolární vinutí. Princip fungování byl zvažován na základě bipolárního stroje. Tato konstrukce zahrnuje použití různých fází k pohánění vinutí. Obvod je velmi složitý a vyžaduje drahé a výkonné řídicí karty.
Jednodušší schéma řízení v unipolárních strojích. V takovém schématu je začátek vinutí spojen se společným „plusem“. Na druhé závěry vinutí se střídavě aplikuje mínus. Tím je zajištěna rotace rotoru.
Bipolární krokové motory jsou výkonnější, jejich točivý moment je o 40% vyšší než u unipolárních. Unipolární elektrické motory se ovládají mnohem pohodlněji.
Druhy motorů pro konstrukci rotoru
Podle typu konstrukce rotoru se krokové motory dělí na stroje:
- s permanentním magnetem;
- s proměnným magnetickým odporem;
- hybridní.
Krokový motor s permanentním magnetem na rotoru je uspořádán stejným způsobem jako ve výše uvedených příkladech. Jediný rozdíl je v tom, že ve skutečných strojích je počet magnetů mnohem větší. Obvykle jsou distribuovány na sdílené jednotce. Počet pólů v moderních motorech dosahuje 48. Jeden krok v takových elektromotorech je 7,5 °.
Elektromotory s proměnným magnetickým odporem. Rotor těchto strojů je vyroben z měkkých magnetických slitin, nazývají se také „tryskový krokový motor“. Rotor je sestaven z jednotlivých desek a v kontextu vypadá jako ozubené kolo. Tato konstrukce je nezbytná, aby magnetický tok uzavíral zuby. Hlavní výhodou této konstrukce je absence blokovacího momentu. Faktem je, že rotor s permanentními magnety je přitahován ke kovovým částem elektromotoru. A otáčet hřídelí bez napětí na statoru je docela obtížné. U krokového motoru s proměnlivým magnetickým odporem takový problém neexistuje. Významnou nevýhodou je však malý točivý moment. Rozteč takových strojů je obvykle od 5 ° do 15 °.
Hybridní krokový motor byl navržen tak, aby kombinoval nejlepší vlastnosti obou předchozích typů. Takové motory mají malé stoupání v rozsahu od 0,9 do 5 °, mají vysoký točivý moment a udržovací schopnost. Nejdůležitějším plusem je vysoká přesnost zařízení. Tyto elektromotory se používají v nejmodernějších vysoce přesných zařízeních. Nevýhodou lze připsat pouze jejich vysoké náklady. Konstrukčně je rotorem tohoto zařízení magnetizovaný válec, na kterém jsou umístěny magneticky měkké zuby.
Například v krokovém motoru o 200 stupních se používají dva převodové kotouče, každý s 50 zuby. Disky jsou vzájemně posunuty zubem tak, že se prohloubení kladného pólu shoduje s výstupkem negativu a obráceně. Díky tomu má rotor 100 pólů s obrácenou polaritou.
To znamená, že jak jižní, tak severní pól se mohou posunout vzhledem k statoru v 50 různých polohách a celkem 100. A fázový posun čtvrtiny dává dalších 100 pozic, to se provádí postupným buzením.
Správa SD
Řízení se provádí těmito metodami:
- Wave. Při této metodě je napětí přiváděno pouze k jedné cívce, na kterou je rotor přitahován. Protože se jedná pouze o jedno vinutí, je točivý moment rotoru malý a není vhodný pro přenos velkých výkonů.
- Celý krok. V tomto provedení jsou dvě vinutí vzrušená najednou, což zajišťuje maximální točivý moment.
- Půl kroku. Kombinuje první dvě metody.V tomto provedení je napětí aplikováno nejprve na jedno z vinutí a poté na dvě. Tím je realizován větší počet kroků a maximální přídržná síla, která zastaví rotor při vysokých rychlostech.
- Mikrokrokování se provádí aplikací mikrokroků. Tento způsob poskytuje hladké otáčení rotoru a snižuje trhání během provozu.
Výhody a nevýhody krokových motorů
Výhody tohoto typu elektrických strojů zahrnují:
- vysoký start, stop, zpětný chod;
- hřídel se otáčí podle příkazu ovládacího zařízení v předem stanoveném úhlu;
- jasná fixace polohy po zastavení;
- vysoká přesnost polohování, bez přísných požadavků na zpětnou vazbu;
- vysoká spolehlivost kvůli nedostatku kolektoru;
- udržování maximálního točivého momentu při nízkých otáčkách.
Nevýhody:
- možná narušení polohování během mechanického zatížení na hřídeli je vyšší, než je přípustné pro konkrétní model motoru;
- pravděpodobnost rezonance;
- komplexní kontrolní schéma;
- nízká rychlost otáčení, ale to nelze připsat výrazným nevýhodám, protože krokové motory se nepoužívají k jednoduchému otáčení kartáčnapříklad pro polohovací mechanismy.
Krokový motor se také nazývá „elektromotor s konečnou polohou rotoru“. Jedná se o nejpohodlnější a zároveň stručnou definici takových elektrických strojů. Aktivně se používají v CNC strojích, 3D tiskárnách a robotech. Hlavní konkurent krokového motoru je servopohon, ale každá z nich má své výhody a nevýhody, které určují vhodnost použití jednoho nebo druhého v každém případě.
Související materiály:
Načítám ...
