מהו מנוע צעד, מדוע הוא נחוץ ואיך הוא עובד
מנועי צעד DC נמצאים בשימוש נרחב במכונות מבוקרות מספרית ורובוטיקה. ההבדל העיקרי של מנוע חשמלי זה הוא עקרון פעולתו. הפיר של מנוע צעד אינו מסתובב זמן רב, אלא רק מסתובב זווית מסוימת. זה מבטיח מיקום מדויק של פריט העבודה בחלל. ספק הכוח של מנוע כזה הוא דיסקרטי, כלומר הוא מתבצע על ידי פולסים. פולסים אלה גם מסובבים את הפיר בזווית מסוימת, כל סיבוב כזה נקרא צעד, ומכאן השם. לעתים קרובות, מנועים חשמליים אלה פועלים במקביל לתיבת הילוכים כדי להגדיל את דיוק ההתקנה והמומנט על הפיר, ועם קידוד כדי לעקוב אחר מיקום הפיר ברגע. אלמנטים אלה נחוצים להעברת והמרת זווית הסיבוב. במאמר זה נספר לקוראי האתר Elecroexpert לגבי המכשיר, עקרון הפעולה ומטרת מנועי צעד.
איך עובד מנוע צעד
בסוגיה מדובר במנוע חשמלי סינכרוני ללא מברשות. מורכב מ סטטור ורוטור. על הרוטור, בדרך כלל ממוקמים קטעים, מורכבים מגיליונות מפלדה חשמלית (בתמונה זהו החלק "ההילוכים"), ואלו, בתורם, מופרדים על ידי מגנטים קבועים. על הסטטור יש פיתולים בצורת סלילים נפרדים.
עקרון הפעולה
כיצד ניתן לשקול כיצד עובד מנוע צעד במודל מותנה. במצב 1 מתח על קוטביות מסוימת מופעל על מפותלים A ו- B. כתוצאה מכך נוצר שדה אלקטרומגנטי בסטטור. מכיוון שמושכים קטבים מגנטיים שונים, הרוטור יתפוס את מיקומו לאורך ציר השדה המגנטי. יתר על כן, השדה המגנטי של המנוע ימנע ניסיונות לשנות את מיקום הרוטור מבחוץ. במילים פשוטות, השדה המגנטי של הסטטור יפעל בכדי למנוע מהרוטור לשנות את מיקום ההגדרה (לדוגמא, תחת עומסים מכניים על הפיר).
אם מתח של אותה קוטביות מוחל על פיתולי D ו- C, השדה האלקטרומגנטי ישתנה. זה גורם לרוטור המגנט הקבוע להסתובב למצב 2. במקרה זה, זווית הסיבוב היא 90 °. זווית זו תהיה שלב הסיבוב של הרוטור.
מיקום 3 מושג על ידי הפעלת מתח קוטביות הפוך על פיתולי A ו- B. במקרה זה, השדה האלקטרומגנטי יהפוך למצב 1, הרוטור של המנועים ינוע, והזווית הכוללת תהיה 180 °.
בעת החלת מתח של קוטביות הפוכה על הפיתולים D ו- C, הרוטור יסתובב זווית של עד 270 ° ביחס למיקום ההתחלתי. כאשר מתח חיובי מחובר לכיפופים A ו- B, הרוטור ייקח את המיקום הראשוני שלו - הוא ישלים מהפכה של 360 מעלות.יש לזכור כי הרוטור נע לאורך הנתיב הקטן ביותר, כלומר, ממצב 1 למצב 4, הרוטור יסתובב רק לאחר שעבר עמדות ביניים 2 ו -3. בעת חיבור הפיתולים לאחר מיקום 1, מייד למצב 4, הרוטור יסתובב נגד כיוון השעון.
סוגים וסוגים לפי קוטביות או סוג פיתולים
במנועי צעד משמשים פיתולים דו קוטביים ולא חד קוטביים. עקרון הפעולה נחשב על בסיס מכונה דו קוטבית. תכנון זה כרוך בשימוש בשלבים שונים להנעת הפיתולים. המעגל מורכב מאוד ודורש כרטיסי בקרה יקרים וחזקים.
מערך בקרה פשוט יותר במכונות חד קוטביות. בתכנית כזו, תחילת הפיתולים מחוברים ל"פלוס "נפוץ. במסקנות השנייה של הסבבונים מוחלפים מינוס לסירוגין. זה מבטיח את סיבוב הרוטור.
מנועי צעד דו קוטבי הם חזקים יותר, מומנטם 40% יותר מאשר במונחים חד קוטביים. מנועים חשמליים חד-קוטביים נוחים להפעלה בהרבה.
סוגי מנועים לעיצוב הרוטור
על פי סוג תכנון הרוטור, מנועי צעד מחולקים למכונות:
- עם מגנט קבוע;
- עם התנגדות מגנטית משתנה;
- היברידית.
מנוע צעד מגנט קבוע על הרוטור מסודר באותו אופן כמו בדוגמאות לעיל. ההבדל היחיד הוא שבמכונות אמיתיות מספר המגנטים גדול בהרבה. הם מופצים בדרך כלל בכונן משותף. מספר הקטבים במנועים מודרניים מגיע ל 48. צעד אחד במנועים חשמליים כאלה הוא 7.5 °.
מנועים חשמליים עם התנגדות מגנטית משתנה. הרוטור של מכונות אלה עשוי מסגסוגות מגנטיות רכות, הן נקראות גם "מנוע צעד סילון". הרוטור מורכב מלוחות בודדים ובהקשר זה נראה כמו גלגל הילוכים. עיצוב זה נחוץ כדי שטף מגנטי ייסגר דרך השיניים. היתרון העיקרי של עיצוב זה הוא היעדר רגע נעילה. העובדה היא שהרוטור עם מגנטים קבועים נמשך לחלקי המתכת של המנוע החשמלי. ולהפוך את הפיר בהיעדר מתח על הסטטור זה די קשה. במנוע צעד בעל התנגדות מגנטית משתנה אין בעיה כזו. עם זאת, חסרון משמעותי הוא המומנט הקטן. המגרש של מכונות כאלה הוא בדרך כלל בין 5 ° ל- 15 °.
מנוע צעד היברידי תוכנן לשלב את התכונות הטובות ביותר משני הסוגים הקודמים. מנועים כאלו בעלי טווח קטן בטווח שבין 0.9 ל -5 מעלות, בעלי יכולת מומנט גבוהה ואחיזה. היתרון החשוב ביותר הוא הדיוק הגבוה של המכשיר. מנועים חשמליים כאלה משמשים בציוד המודרני ביותר בעל דיוק גבוה. לפי חסרונות ניתן לייחס רק את העלות הגבוהה שלהם. מבחינה מבנית, הרוטור של מכשיר זה הוא צילינדר ממוגנט עליו מונחות שיניים רכות מגנטיות.
לדוגמא, במנוע צעד בן 200 שלבים משתמשים בשני דיסקי הילוכים עם 50 שיניים כל אחד. הדיסקים מועברים זה לזה על ידי שן כך שהדיכאון של הקוטב החיובי עולה בקנה אחד עם בליטת השלילי ולהפך. מסיבה זו יש לרוטור 100 קטבים עם קוטביות הפוכה.
כלומר, קוטבי הדרום והצפון יכולים להשתנות יחסית לסטטור ב 50 עמדות שונות, ובסך הכל 100. ותזוזת פאזה של רבע נותנת 100 עמדות נוספות, זה נעשה בגלל עירור רצף.
ניהול SD
הניהול מתבצע בשיטות הבאות:
- גל. בשיטה זו מתח מופעל על סליל אחד בלבד אליו נמשך הרוטור. מכיוון שרק מתפתל אחד מעורב, מומנט הרוטור קטן ואינו מתאים להעברת כוחות גדולים.
- צעד מלא. בהתגלמות זו, שני פיתולים מתרגשים בבת אחת, מה שמבטיח מומנט מרבי.
- חצי צעד. משלב בין שתי השיטות הראשונות.בהתגלמות זו, מתח מוחל תחילה על אחד המתפתלים, ואז על שניים. כך מתממש מספר גדול יותר של צעדים, וכוח אחיזה מרבי שעוצר את הרוטור במהירויות גבוהות.
- מיקרופטיפינג מבוצע על ידי הפעלת פולסים של מיקרוסקופ. שיטה זו מספקת סיבוב חלק של הרוטור ומפחיתה טלטלות במהלך הפעולה.
יתרונות וחסרונות של מנועי צעד
היתרונות של מכונות חשמליות מסוג זה כוללות:
- התחלה גבוהה, עצירה, מהירויות הפוכות;
- הפיר מסתובב בהתאם לפקודה של מכשיר הבקרה בזווית קבועה מראש;
- קיבוע ברור של המיקום לאחר עצירה;
- דיוק מיקום גבוה, ללא דרישות משוב קפדניות;
- אמינות גבוהה בגלל היעדר אספן;
- שמירה על מומנט מרבי במהירויות נמוכות.
חסרונות:
- יתכן והפרה של המיקום בזמן עומס מכני על הפיר גבוהה מהמותר לדגם מנוע ספציפי;
- הסתברות לתהודה;
- מערך בקרה מורכב;
- מהירות סיבוב נמוכה, אך לא ניתן לייחס זאת לחסרונות משמעותיים, מכיוון שמנועי צעד אינם משמשים לסיבוב פשוט כמו ללא מברשותלמשל, אך למנגנוני מיקום.
מנוע צעד נקרא גם "מנוע חשמלי במצב רוטור סופי". זוהי ההגדרה הקיבולית ביותר ובו זמנית קצרה של מכונות חשמליות כאלה. הם משמשים באופן פעיל במכונות CNC, מדפסות תלת מימד ורובוטים. המתחרה העיקרי למנוע צעד הוא כונן סרוו, אך לכל אחד מהם יתרונות וחסרונות משלו הקובעים את מידת ההתאמה של השימוש באחד או אחר בכל מקרה ומקרה.
חומרים קשורים:
טוען ...
