Che cos'è un motore passo-passo, perché è necessario e come funziona

I motori passo-passo DC sono ampiamente utilizzati nelle macchine a controllo numerico e nella robotica. La principale differenza di questo motore elettrico è il principio del suo funzionamento. L'albero di un motore passo-passo non ruota a lungo, ma ruota solo di un determinato angolo. Ciò garantisce un posizionamento accurato dell'oggetto di lavoro nello spazio. L'alimentazione di un tale motore è discreta, cioè viene eseguita da impulsi. Questi impulsi ruotano anche l'albero di un certo angolo, ognuno di questi viene chiamato un passo, da cui il nome. Spesso, questi motori elettrici lavorano in tandem con un cambio per aumentare la precisione dell'installazione e la coppia sull'albero e con un encoder per tracciare la posizione dell'albero in questo momento. Questi elementi sono necessari per trasmettere e convertire l'angolo di rotazione. In questo articolo diremo ai lettori del sito my.electricianexp sul dispositivo, il principio di funzionamento e la nomina dei motori passo-passo.

Come funziona un motore passo-passo

Nel tipo è un motore elettrico sincrono senza spazzole. Composto da statore e rotore. Sul rotore, le sezioni sono generalmente posizionate, assemblate da fogli di acciaio elettrico (nella foto questa è la parte "a ingranaggi") e quelle, a loro volta, sono separate da magneti permanenti. Sullo statore ci sono avvolgimenti sotto forma di bobine separate.

Principio di funzionamento

Come funziona un motore passo-passo può essere considerato su un modello condizionale. Nella posizione 1, la tensione di una certa polarità viene applicata agli avvolgimenti A e B. Di conseguenza, nello statore viene generato un campo elettromagnetico. Poiché sono attratti diversi poli magnetici, il rotore prenderà la sua posizione lungo l'asse del campo magnetico. Inoltre, il campo magnetico del motore impedirà i tentativi di modificare la posizione del rotore dall'esterno. In termini semplici, il campo magnetico dello statore funzionerà per impedire al rotore di cambiare la sua posizione predeterminata (ad esempio, sotto carichi meccanici sull'albero).

Se una tensione della stessa polarità viene applicata agli avvolgimenti D e C, il campo elettromagnetico si sposterà. Questo fa ruotare il rotore a magnete permanente in posizione 2. In questo caso, l'angolo di rotazione è di 90 °. Questo angolo sarà il passo di rotazione del rotore.

La posizione 3 viene raggiunta applicando la tensione di polarità inversa agli avvolgimenti A e B. In questo caso, il campo elettromagnetico diventerà opposto alla posizione 1, il rotore dei motori si sposterà e l'angolo totale sarà di 180 °.

Quando si applica la tensione di polarità inversa agli avvolgimenti D e C, il rotore ruoterà di un angolo fino a 270 ° rispetto alla posizione iniziale. Quando la tensione positiva è collegata agli avvolgimenti A e B, il rotore prenderà la sua posizione iniziale - completerà una rivoluzione a 360 °.Va tenuto presente che il rotore si muove lungo il percorso più piccolo, ovvero dalla posizione 1 alla posizione 4, il rotore ruoterà solo dopo aver superato le posizioni intermedie 2 e 3. Quando si collegano gli avvolgimenti dopo 1 posizione, immediatamente nella posizione 4, il rotore ruoterà in senso antiorario.

Tipi e tipi per polarità o tipo di avvolgimenti

Nei motori passo-passo vengono utilizzati avvolgimenti bipolari e unipolari. Il principio di funzionamento è stato considerato sulla base di una macchina bipolare. Questo design prevede l'uso di diverse fasi per alimentare gli avvolgimenti. Il circuito è molto complesso e richiede schede di controllo costose e potenti.

Uno schema di controllo più semplice nelle macchine unipolari. In tale schema, l'inizio degli avvolgimenti è collegato a un "plus" comune. Sulle seconde conclusioni degli avvolgimenti, viene applicato alternativamente un segno meno. Ciò garantisce la rotazione del rotore.

I motori passo-passo bipolari sono più potenti, la loro coppia è del 40% in più rispetto a quella unipolare. I motori elettrici unipolari sono molto più convenienti da utilizzare.

Tipi di motori per la progettazione del rotore

In base al tipo di design del rotore, i motori passo-passo sono suddivisi in macchine:

• con un magnete permanente;
• con resistenza magnetica variabile;
• ibrido.

Il motore passo-passo a magnete permanente sul rotore è disposto nello stesso modo degli esempi sopra. L'unica differenza è che nelle macchine reali il numero di magneti è molto più grande. Di solito sono distribuiti su un'unità condivisa. Il numero di poli nei motori moderni raggiunge i 48. Un passo in tali motori elettrici è di 7,5 °.

Motori elettrici con resistenza magnetica variabile. Il rotore di queste macchine è realizzato con leghe magnetiche morbide, chiamate anche "motore jet stepper". Il rotore è assemblato da singole piastre e nel contesto sembra una ruota dentata. Questo design è necessario affinché il flusso magnetico si chiuda attraverso i denti. Il vantaggio principale di questo design è l'assenza di un momento di bloccaggio. Il fatto è che il rotore con magneti permanenti è attratto dalle parti metalliche del motore elettrico. E girare l'albero in assenza di tensione sullo statore è abbastanza difficile. In un motore passo-passo con resistenza magnetica variabile non esiste questo problema. Tuttavia, uno svantaggio significativo è la coppia ridotta. Il passo di tali macchine è di solito da 5 ° a 15 °.

Il motore passo-passo ibrido è stato progettato per combinare le migliori caratteristiche dei due tipi precedenti. Tali motori hanno un passo ridotto nell'intervallo da 0,9 a 5 °, hanno una coppia elevata e capacità di tenuta. Il vantaggio più importante è l'elevata precisione del dispositivo. Tali motori elettrici sono utilizzati nelle più moderne attrezzature di alta precisione. Con contro può essere attribuito solo il loro costo elevato. Strutturalmente, il rotore di questo dispositivo è un cilindro magnetizzato su cui sono posizionati denti magneticamente morbidi.

Ad esempio, in un motore passo-passo a 200 passi, vengono utilizzati due dischi di ingranaggi con 50 denti ciascuno. I dischi sono spostati l'uno rispetto all'altro da un dente in modo che la depressione del polo positivo coincida con la sporgenza del negativo e viceversa. Per questo motivo, il rotore ha 100 poli con inversione di polarità.

Cioè, i poli sud e nord possono spostarsi rispetto allo statore in 50 posizioni diverse, e per un totale di 100. E uno spostamento di fase di un quarto dà altre 100 posizioni, questo viene fatto a causa dell'eccitazione sequenziale.

Gestione SD

La gestione viene effettuata con i seguenti metodi:

1. Wave. In questo metodo, la tensione viene applicata a una sola bobina, alla quale viene attratto il rotore. Poiché è coinvolto solo un avvolgimento, la coppia del rotore è piccola e non è adatta per trasmettere grandi potenze.
2. Passaggio completo. In questa forma di realizzazione, due avvolgimenti vengono eccitati contemporaneamente, il che garantisce la massima coppia.
3. Mezzo passo. Combina i primi due metodi.In questa forma di realizzazione, la tensione viene applicata prima a uno degli avvolgimenti, quindi a due. Pertanto, viene realizzato un numero maggiore di passaggi e una forza di tenuta massima che arresta il rotore ad alte velocità.
4. Il microstepping viene eseguito applicando gli impulsi del microstep. Questo metodo fornisce una rotazione regolare del rotore e riduce gli strappi durante il funzionamento.

Vantaggi e svantaggi dei motori passo-passo

I vantaggi di questo tipo di macchine elettriche includono:

• avvio alto, arresto, velocità inversa;
• l'albero ruota secondo il comando del dispositivo di controllo ad un angolo predeterminato;
• chiara fissazione della posizione dopo un arresto;
• elevata precisione di posizionamento, senza requisiti di feedback rigorosi;
• elevata affidabilità dovuta alla mancanza di un collezionista;
• mantenendo la coppia massima alle basse velocità.

svantaggi:

• forse una violazione del posizionamento durante il carico meccanico sull'albero è superiore a quella consentita per un modello di motore specifico;
• probabilità di risonanza;
• schema di controllo complesso;
• bassa velocità di rotazione, ma ciò non può essere attribuito a svantaggi significativi, poiché i motori passo-passo non vengono utilizzati per ruotare semplicemente brushless, ad esempio, ma per i meccanismi di posizionamento.

Un motore passo-passo è anche chiamato "motore elettrico di posizione del rotore finito". Questa è la definizione più capiente e allo stesso tempo breve di tali macchine elettriche. Sono attivamente utilizzati in macchine a controllo numerico, stampanti 3D e robot. Il principale concorrente del motore passo-passo è servoazionamento, ma ognuno di essi ha i suoi vantaggi e svantaggi che determinano l'opportunità di utilizzare l'uno o l'altro in ciascun caso.

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