Čo je krokový motor, prečo je to potrebné a ako to funguje
Krokové motory na jednosmerný prúd sa široko používajú v numericky riadených strojoch a robotike. Hlavným rozdielom tohto elektromotora je princíp jeho činnosti. Hriadeľ krokového motora sa dlhý čas neotáča, ale otáča sa iba o určitý uhol. Toto zaisťuje presné umiestnenie pracovnej položky v priestore. Napájanie takého motora je diskrétne, to znamená, že sa uskutočňuje pomocou impulzov. Tieto impulzy tiež otáčajú hriadeľom o určitý uhol, každá takáto rotácia sa nazýva krok, odtiaľ názov. Tieto elektromotory často pracujú v tandeme s prevodovkou na zvyšovaní presnosti inštalácie a krútiaceho momentu na hriadeli a so snímačom polohy na sledovanie polohy hriadeľa v tomto okamihu. Tieto prvky sú potrebné na prenos a prevod uhla natočenia. V tomto článku povieme čitateľom stránky Elecroexpert o zariadení, princípe činnosti a účele krokových motorov.
Ako funguje krokový motor
V prevedení ide o synchrónny elektromotor bez kefky. Pozostáva z stator a rotor, Na rotore sú obvykle umiestnené sekcie, zostavené z plechov z elektrotechnickej ocele (na fotografii je to časť „ozubeného kolesa“) a tie sú zase oddelené permanentnými magnetmi. Na statore sú vinutia vo forme samostatných cievok.
Princíp činnosti
Ako funguje krokový motor, je možné uvažovať na podmienečnom modeli. V polohe 1 je na vinutie A a B privedené napätie určitej polarity. V dôsledku toho sa v statore generuje elektromagnetické pole. Pretože sú priťahované rôzne magnetické póly, rotor zaujme svoju polohu pozdĺž osi magnetického poľa. Okrem toho bude magnetické pole motora brániť pokusom o zmenu polohy rotora zvonka. Jednoducho povedané, magnetické pole statora bude fungovať tak, aby zabránilo rotoru zmeniť svoju vopred určenú polohu (napríklad pri mechanickom zaťažení hriadeľa).
Ak je na vinutie D a C použité napätie s rovnakou polaritou, elektromagnetické pole sa posunie. To spôsobí rotáciu rotora s permanentným magnetom do polohy 2. V tomto prípade je uhol rotácie 90 °. Tento uhol bude krokom rotácie rotora.
Poloha 3 sa dosiahne aplikáciou napätia s reverznou polaritou na vinutia A a B. V tomto prípade sa elektromagnetické pole stane proti polohe 1, rotor motorov sa posunie a celkový uhol bude 180 °.
Pri použití napätia s opačnou polaritou na vinutia D a C rotor rotuje o počiatočnú polohu do uhla 270 °. Ak je kladné napätie pripojené k vinutiam A a B, rotor zaujme svoju počiatočnú polohu - dokončí 360-otáčku.Malo by sa pamätať na to, že rotor sa pohybuje pozdĺž najmenšej dráhy, to znamená, že z polohy 1 do polohy 4 sa rotor bude otáčať až po prejdení medzipolohy 2 a 3. Pri pripájaní vinutí po 1 polohe okamžite do 4 polohy sa rotor otáča proti smeru hodinových ručičiek.
Druhy a typy podľa polarity alebo typu vinutia
V krokových motoroch sa používajú bipolárne a unipolárne vinutia. Princíp činnosti sa posudzoval na základe bipolárneho stroja. Táto konštrukcia zahŕňa použitie rôznych fáz na poháňanie vinutí. Okruh je veľmi zložitý a vyžaduje drahé a výkonné kontrolné karty.
Jednoduchšia schéma riadenia v unipolárnych strojoch. V takejto schéme je začiatok vinutí spojený so spoločným „plusom“. Na druhé závery vinutia sa striedavo aplikuje mínus. To zaisťuje rotáciu rotora.
Bipolárne krokové motory sú výkonnejšie, ich krútiaci moment je o 40% vyšší ako v unipolárnych motoroch. Unipolárne elektrické motory sa ovládajú oveľa pohodlnejšie.
Druhy motorov na konštrukciu rotorov
Podľa typu konštrukcie rotora sa krokové motory delia na stroje:
- s permanentným magnetom;
- s premenlivým magnetickým odporom;
- Hybrid.
Krokový motor s permanentným magnetom na rotore je usporiadaný rovnakým spôsobom ako vo vyššie uvedených príkladoch. Jediným rozdielom je, že v skutočných strojoch je počet magnetov oveľa väčší. Zvyčajne sú distribuované na zdieľanom disku. Počet pólov v moderných motoroch dosahuje 48. Jeden krok v týchto elektrických motoroch je 7,5 °.
Elektromotory s premenlivým magnetickým odporom. Rotor týchto strojov je vyrobený z mäkkých magnetických zliatin, nazývajú sa aj „prúdové krokové motory“. Rotor je zostavený z jednotlivých dosiek a v kontexte vyzerá ako ozubené koleso. Táto konštrukcia je nevyhnutná, aby sa magnetický tok uzavrel cez zuby. Hlavnou výhodou tohto návrhu je absencia blokovacieho momentu. Faktom je, že rotor s permanentnými magnetmi je priťahovaný k kovovým častiam elektromotora. A otočiť hriadeľ bez napätia na statore je dosť ťažké. U krokového motora s premenlivým magnetickým odporom taký problém neexistuje. Významnou nevýhodou je však malý krútiaci moment. Rozstup takýchto strojov je obvykle od 5 ° do 15 °.
Hybridný krokový motor bol navrhnutý tak, aby kombinoval najlepšie vlastnosti predchádzajúcich dvoch typov. Takéto motory majú malý rozstup v rozmedzí od 0,9 do 5 °, majú vysoký krútiaci moment a schopnosť držania. Najdôležitejšou výhodou je vysoká presnosť zariadenia. Takéto elektrické motory sa používajú v najmodernejších vysoko presných zariadeniach. Nevýhody možno pripísať iba ich vysoké náklady. Štruktúrou je rotor tohto zariadenia magnetizovaný valec, na ktorom sú umiestnené magneticky mäkké zuby.
Napríklad v krokovom motore s 200 krokmi sa používajú dva prevodové disky s 50 zubami. Disky sú vzájomne posunuté zubom tak, že depresia pozitívneho pólu sa zhoduje s výstupkom negatívu a naopak. Vďaka tomu má rotor 100 pólov s opačnou polaritou.
To znamená, že južný a severný pól sa môžu posúvať relatívne k statoru v 50 rôznych pozíciách a celkovo 100. A fázový posun štvrtiny dáva ďalších 100 pozícií, je to kvôli postupnému budeniu.
Správa SD
Riadenie sa vykonáva týmito metódami:
- Mávať. Pri tomto spôsobe sa napätie pripája iba na jednu cievku, na ktorú je priťahovaný rotor. Pretože sa jedná iba o jedno vinutie, krútiaci moment rotora je malý a nie je vhodný na prenos veľkých výkonov.
- Celý krok. V tomto uskutočnení sú dve vinutia vzrušené naraz, čo zaisťuje maximálny krútiaci moment.
- Pol kroku. Kombinuje prvé dve metódy.V tomto uskutočnení je napätie privádzané najskôr do jedného z vinutí a potom do dvoch. Takto je realizovaný väčší počet krokov a maximálna prídržná sila, ktorá zastaví rotor pri vysokých rýchlostiach.
- Mikrokrokovanie sa vykonáva pomocou mikrokrokových impulzov. Tento spôsob poskytuje plynulé otáčanie rotora a znižuje trhanie počas prevádzky.
Výhody a nevýhody krokových motorov
Medzi výhody tohto typu elektrických strojov patria:
- vysoké rýchlosti štartu, zastavenia a spätného chodu;
- hriadeľ sa otáča podľa príkazu ovládacieho zariadenia pod vopred stanoveným uhlom;
- jasná fixácia polohy po zastavení;
- vysoká presnosť polohovania bez prísnych požiadaviek na spätnú väzbu;
- vysoká spoľahlivosť kvôli nedostatku kolektora;
- udržiavanie maximálneho krútiaceho momentu pri nízkych otáčkach.
nevýhody:
- je možné, že porušenie polohy pri mechanickom zaťažení hriadeľa je vyššie, ako je prípustné pre konkrétny model motora;
- pravdepodobnosť rezonancie;
- komplexná schéma kontroly;
- nízka rýchlosť otáčania, to však nemožno pripísať výrazným nevýhodám, pretože krokové motory sa nepoužívajú na jednoduché otáčanie striedavýnapríklad pre polohovacie mechanizmy.
Krokový motor sa tiež nazýva „elektromotor s polohou rotora“. Toto je najpútavejšia a zároveň stručná definícia takýchto elektrických strojov. Aktívne sa používajú v CNC strojoch, 3D tlačiarňach a robotoch. Hlavným konkurentom krokového motora je servo, ale každá z nich má svoje výhody a nevýhody, ktoré určujú vhodnosť použitia jedného alebo druhého v každom prípade.
Súvisiace materiály:
Načítava...
