Vad är en stegmotor, varför behövs den och hur fungerar den

DC-stegmotorer används ofta i numeriskt styrda maskiner och robotik. Huvuddelen av denna elektriska motor är principen för dess drift. Stegmotorns axel roterar inte länge utan roterar bara en viss vinkel. Detta säkerställer exakt placering av arbetsföremålet i rymden. Strömförsörjningen för en sådan motor är diskret, det vill säga som utförs av pulser. Dessa pulser roterar också axeln med en viss vinkel, varje sådan rotation kallas ett steg, därav namnet. Ofta arbetar dessa elektriska motorer tillsammans med en växellåda för att öka noggrannheten för installationen och vridmomentet på axeln, och med en kodare för att spåra axelns position just nu. Dessa element är nödvändiga för att överföra och konvertera rotationsvinkeln. I den här artikeln berättar vi läsarna på webbplatsen my.electricianexp om enheten, principen om drift och syftet med stegmotorerna.

Hur en stegmotor fungerar

I typ är det en borstlös synkron elektrisk motor. Består av statorn och rotorn. På rotorn är sektioner vanligtvis placerade, sammansatta av plåt av elektriskt stål (på fotografiet är detta "växel" -delen), och i sin tur separeras av permanentmagneter. På statorn finns lindningar i form av separata spolar.

Funktionsprincip

Hur en stegmotor fungerar kan övervägas med en villkorad modell. I läge 1 appliceras spänning med en viss polaritet på lindningarna A och B. Som ett resultat genereras ett elektromagnetiskt fält i statorn. Eftersom olika magnetpoler attraheras kommer rotorn att ta sitt läge längs magnetfältets axel. Dessutom kommer motorens magnetfält att hindra försök att ändra rotorns position från utsidan. Enkelt uttryckt kommer statorns magnetfält att arbeta för att hålla rotorn från att ändra sitt förutbestämda läge (till exempel under mekaniska belastningar på axeln).

Om spänning med samma polaritet appliceras på lindningarna D och C förändras det elektromagnetiska fältet. Detta får permanentmagnetrotorn att rotera till läge 2. I detta fall är rotationsvinkeln 90 °. Denna vinkel är rotorns rotationssteg.

Position 3 uppnås genom att applicera omvänd polaritetsspänning på lindningarna A och B. I detta fall kommer det elektromagnetiska fältet att vara motsatt till läge 1, motorernas rotor förskjuts och den totala vinkeln blir 180 °.

Vid applicering av spänning med omvänd polaritet på lindningarna D och C kommer rotorn att rotera en vinkel på upp till 270 ° relativt utgångsläget. När positiv spänning är ansluten till lindningarna A och B kommer rotorn att ta sitt ursprungsläge - den kommer att fullfölja en 360 ° -varv.Man bör komma ihåg att rotorn rör sig längs den minsta banan, det vill säga från läge 1 till läge 4, rotorn kommer att rotera först efter passering av mellanliggande 2 och 3 positioner. När lindningarna ansluts efter ett läge, omedelbart till 4-läget, kommer rotorn att vridas moturs.

Typer och typer efter polaritet eller typ av lindningar

I stegmotorer används bipolära och unipolära lindningar. Funktionsprincipen beaktades på grundval av en bipolär maskin. Denna design involverar användning av olika faser för att driva lindningarna. Kretsen är mycket komplex och kräver dyra och kraftfulla kontrollkort.

Ett enklare kontrollschema i unipolära maskiner. I ett sådant schema är lindningens början kopplad till ett gemensamt "plus". I de andra slutsatserna av lindningarna tillämpas växelvis ett minus. Detta garanterar rotorns rotation.

Bipolära stegmotorer är kraftfullare, deras vridmoment är 40% mer än i unipolära motorer. Unipolära elmotorer är mycket mer praktiska att använda.

Typer av motorer för rotorkonstruktion

Beroende på typen av rotorkonstruktion är stegmotorer uppdelade i maskiner:

• med en permanent magnet;
• med variabel magnetisk motstånd;
• hybrid.

Permanent magnetstegsmotor på rotorn är anordnad på samma sätt som i ovanstående exempel. Den enda skillnaden är att i verkliga maskiner är antalet magneter mycket större. De distribueras vanligtvis på en delad enhet. Antalet stolpar i moderna motorer når 48. Ett steg i sådana elektriska motorer är 7,5 °.

Elektriska motorer med variabelt magnetiskt motstånd. Rotorn på dessa maskiner är tillverkade av mjuka magnetiska legeringar, de kallas också "jet stegmotor". Rotorn är monterad från enskilda plattor och ser i sammanhanget ut som ett växelhjul. Denna design är nödvändig så att magnetflödet stängs genom tänderna. Den största fördelen med denna design är frånvaron av ett låsmoment. Faktum är att rotorn med permanentmagneter lockas till metalldelarna i elmotorn. Och att vrida axeln i frånvaro av spänning på statorn är ganska svårt. I en stegmotor med variabelt magnetiskt motstånd finns det inga sådana problem. En betydande nackdel är emellertid det lilla vridmomentet. Tonhöjden för sådana maskiner är vanligtvis från 5 ° till 15 °.

Hybridstegsmotorn var utformad för att kombinera de bästa egenskaperna hos de två tidigare typerna. Sådana motorer har en liten tonhöjd i intervallet 0,9 till 5 °, har ett högt vridmoment och hållfasthet. Det viktigaste plus är enhetens höga noggrannhet. Sådana elektriska motorer används i den mest moderna utrustningen med hög precision. Genom nackdelar kan endast tillskrivas deras höga kostnad. Strukturellt sett är rotorn på denna anordning en magnetiserad cylinder på vilken magnetiskt mjuka tänder är belägna.

I en 200-stegs stegmotor används till exempel två växellåtar med 50 tänder vardera. Skivorna förskjuts relativt varandra med en tand så att fördjupningen av den positiva polen sammanfaller med utsprånget av det negativa och vice versa. På grund av detta har rotorn 100 poler med omvänd polaritet.

Det vill säga södra och nordpolerna kan växla relativt statoren i 50 olika positioner, och totalt 100. Och en fasförskjutning på en fjärdedel ger ytterligare 100 positioner, detta görs på grund av sekventiell excitation.

SD-ledning

Hanteringen utförs på följande sätt:

1. Wave. I denna metod appliceras spänning på endast en spole, till vilken rotorn dras till. Eftersom endast en lindning är involverad är rotormomentet litet och är inte lämpligt för överföring av stora krafter.
2. Fullständigt steg. I denna utföringsform upphetsas två lindningar på en gång, vilket säkerställer maximalt vridmoment.
3. Halva steget. Kombinerar de två första metoderna.I denna utföringsform appliceras spänning först till en av lindningarna och sedan till två. Således realiseras ett större antal steg och en maximal hållkraft som stoppar rotorn vid höga hastigheter.
4. Mikrosteppning utförs genom att applicera mikrostepulser. Denna metod ger en jämn rotation av rotorn och minskar ryck under drift.

Fördelar och nackdelar med stegmotorer

Fördelarna med denna typ av elektriska maskiner inkluderar:

• hög start, stopp, bakåt hastigheter;
• axeln roterar i enlighet med styranordningens kommando i en förutbestämd vinkel;
• tydlig fixering av position efter ett stopp;
• hög positioneringsnoggrannhet, utan stränga feedbackkrav;
• hög tillförlitlighet på grund av bristen på en kollektor;
• bibehålla maximalt vridmoment vid låga hastigheter.

nackdelar:

• eventuellt är en överträdelse av positioneringen under mekanisk belastning på axeln högre än tillåtet för en specifik motormodell;
• sannolikhet för resonans;
• komplext kontrollsystem;
• låg rotationshastighet, men detta kan inte hänföras till betydande nackdelar, eftersom stegmotorer inte används för att helt enkelt rotera något liknande borstlöstill exempel men för positioneringsmekanismer.

En stegmotor kallas också "elektrisk motor för finitrotorläge". Detta är den mest rymliga och samtidigt korta definitionen av sådana elektriska maskiner. De används aktivt i CNC-maskiner, 3D-skrivare och robotar. Stegmotorns huvudkonkurrent är servodrift, men var och en av dem har sina egna fördelar och nackdelar som avgör lämpligheten att använda det ena eller det andra i båda fallen.

Relaterade material:

• Vilka typer av elmotorer är och hur skiljer de sig
• Vad är stegspänning och varför är det farligt?
• Vad är en synkronmotor och var används den