Stegmotorstyrning

Elmotorer omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi, och när det gäller stegmotorer omvandlar de energin från elektriska impulser till roterande rörelser hos rotorn. Rörelsen som genereras av verkan av varje puls initieras och upprepas med hög precision, vilket gör kulmotorer till effektiva drivningar för enheter som kräver exakt positionering.

Stegmotorer med permanentmagnet inkluderar: en permanentmagnetrotor, statorlindningar och en magnetisk kärna. Energispolarna skapar magnetiska nord- och sydpoler som visas. Det rörliga magnetfältet hos statorn tvingar rotorn att hela tiden vara i linje med den. Detta roterande magnetfält kan ställas in genom att styra serieexciteringen av statorspolarna för att vrida rotorn.

Figuren visar ett diagram över en typisk magnetiseringsmetod för en tvåfasmotor. I fas A aktiveras de två statorspolarna och detta gör att rotorn attraherar och låser sig när de motsatta magnetpolerna attraherar varandra.När lindningarna i fas A är avstängda, slås lindningarna på fas B på, rotorn roterar medurs (engelska CW — medurs, CCW — moturs) 90 °.

Sedan stängs fas B av och fas A slås på, men polerna är nu motsatta till vad de var i början. Detta leder till nästa 90°-sväng. Fas A stängs sedan av, fas B slås på med omvänd polaritet. Upprepa dessa steg kommer att få rotorn att rotera medurs i steg om 90°.

Den stegvisa styrningen som visas i figuren kallas enfasstyrning. Ett mer acceptabelt sätt att stegvis styra är tvåfas aktiv styrning, där båda faserna av motorn alltid är på, men polariteten i en av dem ändras, som visas i figuren.

Denna kontroll får stegmotorns rötor att röra sig så att den ligger i linje med varje steg i mitten av de bildade nord- och sydpolerna, mellan de magnetiska kretsutsprången. Eftersom båda faserna alltid är på, ger denna styrmetod 41,4 % mer vridmoment än styrning med en aktiv fas, men kräver dubbelt så mycket elektrisk effekt.

Ett halvt steg

En stegmotor kan också vara "halvstegad", då tillkommer ett utlösningssteg under fasövergången. Detta halverar tonhöjdsvinkeln. Till exempel, istället för 90 °, kan en stegmotor göra 45 ° rotationer på varje "halvsteg", som visas i figuren.

Men halvstegsläget introducerar en vridmomentförlust på 15-30 %, jämfört med stegkontrollen med två aktiva faser, eftersom en av lindningarna är inaktiv under halva steget och detta leder till slut till en förlust av elektromagnetisk kraft, som verkar på rotorn, dvs nettovridmomentförlust.

Bipolär spole

Tvåfas stegstyrning förutsätter närvaron av en tvåpolig statorlindning. Varje fas har sin egen spole, och när strömmen vänds genom spolarna ändras också de elektromagnetiska polariteterna. Det inledande skedet är typiskt tvåfas drivrutin visas i figuren. Kontrollschemat visas i tabellen. Det kan ses hur enkelt genom att ändra riktningen på strömmen genom spolarna är det möjligt att ändra den magnetiska polariteten i faserna.

Enkelpolig spole

En annan typisk typ av spole är en unipolär spole, här är spolarna uppdelade i två delar och när en del av spolen spänningssätts skapas en nordpol, när den andra delen spänningssätts skapas en sydpol. Denna lösning kallas en unipolär spole eftersom den elektriska polariteten som ansvarar för strömmen aldrig ändras. Kontrollstegen visas i figuren.

Denna design gör att ett enklare elektroniskt block kan användas. Däremot går nästan 30% av vridmomentet bort här jämfört med en bipolär spole eftersom spolarna har halva tråden som en bipolär spole.

Andra lutningsvinklar

För att få mindre stigningsvinklar är det nödvändigt att ha ett större antal poler på både rotorn och statorn. 7,5°-rotorn har 12 polpar och statorns magnetiska kärna har 12 utsprång. Två spolöron och två spolar.

Detta ger 48 poler för varje steg på 7,5°. I figuren kan du se de 4-poliga klackarna i sektion. Det är givetvis möjligt att kombinera stegen för att uppnå stora förskjutningar, till exempel kommer sex steg på 7,5° att resultera i en rotorrotation på 45°.

Noggrannhet

Noggrannheten för stegmotorer är 6-7% per steg (utan ackumulering). En stegmotor med 7,5° steg kommer alltid att vara inom 0,5° från den teoretiskt förutsagda positionen, oavsett hur många steg som redan har tagits. Felet kommer inte att ackumuleras eftersom mekaniskt varje 360 ​​° upprepas steg för steg. Utan belastning kommer den fysiska positionen för statorn och rotorpolerna i förhållande till varandra att vara densamma hela tiden.

Resonans

Stegmotorer har sin egen resonansfrekvens eftersom de är fjäderviktslika system. När rytmen är densamma som motorns naturliga resonansfrekvens kan ljudet som genereras av motorn höras och vibrationerna förstärkas.

Resonanspunkten beror på motorapplikationen, dess belastning, men i allmänhet sträcker sig resonansfrekvensen från 70 till 120 steg per sekund. I värsta fall kommer motorn att förlora kontrollnoggrannhet om den går i resonans.

Ett enkelt sätt att undvika systemresonansproblem är att ändra rytmen bort från resonanspunkten. I halv- eller mikrostegsläge reduceras resonansproblemet eftersom resonanspunkten överges när hastigheten ökar.

Vridmoment

Vridmomentet för en stegmotor är en funktion av: steghastighet, statorlindningsström, motortyp. Kraften hos en viss stegmotor är också relaterad till dessa tre faktorer.Vridmomentet för en stegmotor är summan av friktionsmomentet och tröghetsmomentet.

Friktionsvridmomentet i gram per centimeter är den kraft som krävs för att flytta en last som väger ett visst antal gram med en hävarm 1 cm lång. Det är viktigt att notera att när motorns steghastighet ökar, kommer den bakre EMF i motorn , det vill säga spänningen som genereras av motorn ökar. Detta begränsar strömmen i statorlindningarna och minskar vridmomentet.