Kas yra žingsninis variklis, kodėl jis reikalingas ir kaip jis veikia

Nuolatinės srovės varikliai yra plačiai naudojami skaitmeniniu būdu valdomose mašinose ir robotikoje. Pagrindinis šio elektrinio variklio skirtumas yra jo veikimo principas. Žingsninio variklio velenas ilgą laiką nesisuka, o tik sukasi tam tikru kampu. Tai užtikrina tikslų darbo daikto išdėstymą erdvėje. Tokio variklio maitinimas yra diskretus, tai yra, jis atliekamas impulsų pagalba. Šie impulsai taip pat pasuka veleną tam tikru kampu, kiekvienas toks sukimasis vadinamas žingsniu, taigi ir pavadinimu. Dažnai šie elektriniai varikliai veikia kartu su greičių dėže, kad padidintų montavimo tikslumą ir sukimo momentą ant veleno, ir su kodu, kuris seka veleno padėtį šiuo metu. Šie elementai yra būtini sukimosi kampui perduoti ir konvertuoti. Šiame straipsnyje mes papasakosime svetainės skaitytojams Elektroekspertas apie įrenginį, pakopinių variklių veikimo principą ir paskirtį.

Kaip veikia žingsninis variklis

Tipo atveju tai yra sinchroninis elektrinis variklis be šepetėlių. Susideda iš statorius ir rotorius. Rotoriuje paprastai išdėstomos sekcijos, surinktos iš elektrinio plieno lakštų (nuotraukoje tai yra „krumpliaračio“ dalis), o tos, savo ruožtu, yra atskirtos nuolatiniais magnetais. Ant statoriaus yra apvijos atskirų ritinių pavidalu.

Veikimo principas

Kaip gali veikti žingsninis variklis, galima atsižvelgti į sąlyginį modelį. 1 padėtyje apvijoms A ir B taikoma tam tikro poliškumo įtampa. Dėl to statoriuje susidaro elektromagnetinis laukas. Kadangi traukiami skirtingi magnetiniai poliai, rotorius užims savo padėtį išilgai magnetinio lauko ašies. Be to, variklio magnetinis laukas kliudys bandymams pakeisti rotoriaus padėtį iš išorės. Paprastais žodžiais tariant, statoriaus magnetinis laukas veiks, kad rotorius nekeistų nustatytos padėties (pavyzdžiui, veikiant mechanines veleno apkrovas).

Jei apvijoms D ir C bus taikoma tokio paties poliškumo įtampa, elektromagnetinis laukas pasislinks. Dėl to nuolatinio magneto rotorius sukasi į 2 padėtį. Tokiu atveju sukimosi kampas yra 90 °. Šis kampas bus rotoriaus sukimosi žingsnis.

3 padėtis pasiekiama apvijoms A ir B. pritaikant atvirkštinio poliškumo įtampą. Tokiu atveju elektromagnetinis laukas taps priešingas 1 padėčiai, variklių rotorius pasislinks, o bendras kampas bus 180 °.

Taikydami apvijų D ir C atvirkštinio poliškumo įtampą, rotorius pradinės padėties atžvilgiu pasisuks iki 270 ° kampu. Kai prie apvijų A ir B prijungiama teigiama įtampa, rotorius užims pradinę padėtį - jis įvykdys 360 ° apsisukimą.Reikėtų nepamiršti, kad rotorius juda mažiausiu keliu, tai yra, nuo 1 padėties iki 4 padėties, rotorius sukasi tik pravažiavęs tarpines 2 ir 3 pozicijas. Prijungdami apvijas po 1 padėties, tuoj pat į 4 padėtį, rotorius pasisuks prieš laikrodžio rodyklę.

Tipai ir rūšys pagal poliškumą arba apvijų tipus

Laiptiniuose varikliuose naudojamos bipolinės ir vienpolės apvijos. Veikimo principas buvo svarstomas remiantis bipoliu aparatu. Ši konstrukcija apima skirtingų fazių naudojimą apvijoms maitinti. Grandinė yra labai sudėtinga ir reikalauja brangių bei galingų valdymo kortelių.

Paprastesnė valdymo schema vienpolėse mašinose. Pagal tokią schemą apvijų pradžia yra sujungta į bendrą "pliusą". Ant antrųjų apvijų išvadų pakaitomis taikomas minusas. Tai užtikrina rotoriaus sukimąsi.

Bipoliniai žingsniniai varikliai yra galingesni, jų sukimo momentas yra 40% didesnis nei vienpoliuose. Vienpolius elektrinius variklius naudoti daug patogiau.

Rotorių projektavimo variklių tipai

Pagal rotoriaus konstrukcijos tipą stepper varikliai skirstomi į mašinas:

• su nuolatiniu magnetu;
• su kintama magnetine varža;
• hibridas.

Rotoriaus nuolatinio magneto žingsninis variklis yra išdėstytas taip, kaip aprašyta aukščiau pateiktuose pavyzdžiuose. Skirtumas tik tas, kad tikrose mašinose magnetų skaičius yra daug didesnis. Paprastai jie platinami bendrame diske. Polių skaičius šiuolaikiniuose varikliuose siekia 48. Vienas tokių elektrinių variklių žingsnis yra 7,5 °.

Elektriniai varikliai su kintama magnetine varža. Šių mašinų rotorius pagamintas iš minkštųjų magnetinių lydinių, jie dar vadinami „reaktyviniu žingsniniu varikliu“. Rotorius yra surinktas iš atskirų plokštelių ir kontekste atrodo kaip reduktorius. Ši konstrukcija yra būtina, kad magnetinis srautas užsidarytų per dantis. Pagrindinis šio dizaino pranašumas yra fiksavimo momento nebuvimas. Faktas yra tas, kad rotorius su nuolatiniais magnetais traukia metalines elektros variklio dalis. O pasukti veleną nesant įtampos statoriuje yra gana sunku. Kintamos magnetinės varžos pakopiniame variklyje tokios problemos nėra. Tačiau didelis trūkumas yra mažas sukimo momentas. Tokių mašinų žingsnis paprastai yra nuo 5 ° iki 15 °.

Hibridinis žingsninis variklis buvo sukurtas derinti geriausias dviejų ankstesnių tipų savybes. Tokie varikliai turi mažą žingsnį nuo 0,9 iki 5 °, pasižymi dideliu sukimo momentu ir sulaikymo savybėmis. Svarbiausias pliusas yra didelis prietaiso tikslumas. Tokie elektros varikliai naudojami moderniausioje didelio tikslumo įrangoje. Pagal trūkumus galima priskirti tik jų brangumą. Struktūriškai šio prietaiso rotorius yra įmagnetintas cilindras, ant kurio yra magnetiškai minkšti dantys.

Pavyzdžiui, 200 žingsnių variklyje naudojami du reduktoriaus diskai su 50 dantų. Diskai danties atžvilgiu pasislenka vienas kito atžvilgiu taip, kad teigiamo poliaus įdubimas sutaptų su neigiamo išsikišimu ir atvirkščiai. Dėl šios priežasties rotorius turi 100 polių su atvirkštiniu poliškumu.

T. y., Pietinis ir šiaurinis poliai gali pasislinkti statoriaus atžvilgiu 50 skirtingų padėčių, o iš viso 100. Ir ketvirtinis fazės poslinkis suteikia dar 100 padėčių, tai daroma dėl nuoseklaus sužadinimo.

SD valdymas

Valdymas vykdomas šiais metodais:

1. Banga. Taikant šį metodą, įtampa taikoma tik vienai ritėi, prie kurios pritraukiamas rotorius. Kadangi naudojama tik viena apvija, rotoriaus sukimo momentas yra mažas ir netinkamas didelėms galioms perduoti.
2. Visas žingsnis. Šiame variante dvi apvijos sužadinamos iš karto, o tai užtikrina maksimalų sukimo momentą.
3. Pusė žingsnio. Derina pirmuosius du metodus.Šiame įgyvendinimo variante įtampa pirmiausia taikoma vienai iš apvijų, o po to dviem. Taigi realizuojamas didesnis žingsnių skaičius ir maksimali sulaikymo jėga, sustabdanti rotorių dideliu greičiu.
4. Mikrosteptai atliekami naudojant mikrolupo impulsus. Šis metodas užtikrina sklandų rotoriaus pasukimą ir sumažina trūkčiojimą darbo metu.

Žingsninių variklių privalumai ir trūkumai

Šio tipo elektrinių mašinų pranašumai:

• didelis startas, sustojimas, atbulinės eigos greitis;
• velenas sukasi pagal valdymo įtaiso nurodymą iš anksto nustatytu kampu;
• aiški padėties fiksacija po sustojimo;
• aukštas padėties nustatymo tikslumas, be griežtų grįžtamojo ryšio reikalavimų;
• didelis patikimumas dėl kolektoriaus trūkumo;
• palaikant maksimalų sukimo momentą esant mažam greičiui.

Trūkumai:

• galbūt padėties pažeidimas mechaninės apkrovos metu velenui yra didesnis nei leistinas konkrečiam variklio modeliui;
• rezonanso tikimybė;
• sudėtinga valdymo schema;
• mažas sukimosi greitis, tačiau to negalima priskirti prie reikšmingų trūkumų, nes žingsniniai varikliai nėra naudojami tiesiog pasukti ką nors panašaus be šepetėlių, pavyzdžiui, bet padėties nustatymo mechanizmams.

Žingsnis variklis taip pat vadinamas „riboto rotoriaus padėties elektriniu varikliu“. Tai yra talpiausias ir tuo pačiu trumpas tokių elektrinių mašinų apibrėžimas. Jie aktyviai naudojami CNC mašinose, 3D spausdintuvuose ir robotuose. Pagrindinis žingsninio variklio konkurentas yra servo, tačiau kiekvienas iš jų turi savų pranašumų ir trūkumų, kurie lemia, ar kiekvienu atveju tikslinga naudoti vieną ar kitą variantą.

Susijusios medžiagos:

• Kokie yra elektrinių variklių tipai ir kuo jie skiriasi
• Kas yra pakopinė įtampa ir kodėl ji pavojinga?
• Kas yra sinchroninis variklis ir kur jis naudojamas