Stegmotorer

En stegmotor är en elektromekanisk anordning som omvandlar elektriska signaler till diskreta vinkelrörelser av en axel. Användningen av stegmotorer tillåter maskinernas arbetskroppar att utföra strikt doserade rörelser genom att fixera deras position i slutet av rörelsen.

Stegmotorer är ställdon som ger fasta vinkelrörelser (steg). Varje förändring i rotorvinkeln är stegmotorns svar på ingångspulsen.

En diskret elektrisk stegmotordrivning kombineras naturligt med digitala styrenheter, vilket gör att den framgångsrikt kan användas i digitalt styrda metallskärmaskiner, i industrirobotar och manipulatorer, i klockmekanismer.

En diskret elektrisk drivning kan också implementeras med hjälp av en serie asynkrona elmotorer, som på grund av speciell styrning kan fungera i stegläge.

Stegmotorer används i elektriska enheter med effekt från en bråkdel av en watt till flera kilowatt.En förlängning av effektskalan för en diskret elektrisk drivning kan uppnås med hjälp av serie asynkrona elmotorer, som på grund av lämplig styrning kan arbeta i stegläge.

Funktionsprincipen för stegmotorer av alla typer är som följer. Med hjälp av en elektronisk omkopplare genereras spänningspulser, som matas till styrspolarna som finns på stegmotorns stator.

Beroende på sekvensen av excitering av styrspolarna, sker en eller annan diskret förändring i magnetfältet i motorns driftsgap. Med vinkelförskjutningen av magnetfältets axel för stegmotorns styrspolar, roterar dess rötor diskret efter magnetfältet. Rotorns rotationslag bestäms av sekvensen, arbetscykeln och frekvensen för styrpulserna, såväl som av typen och designparametrarna för stegmotorn.

Principen för driften av en stegmotor (att erhålla diskret rörelse av rotorn) kommer att övervägas med hjälp av exemplet på den enklaste kretsen av en tvåfas stegmotor (fig. 1).

Ris. 1. Förenklat diagram över en stegmotor med aktiv rotor

Stegmotorn har två par tydligt definierade statorpoler på vilka excitations (kontroll) lindningarna är placerade: lindning 3 med terminaler 1H — 1K och lindning 2 med terminaler 2H — 2K. Varje lindning består av två delar placerade vid motsatta poler av statorn 1 SM.

Rotorn i det övervägda schemat är en tvåpolig permanentmagnet.Spolarna drivs av pulser från en styrenhet som omvandlar en enkanalig sekvens av ingångsstyrpulser till en flerkanalig (enligt antalet faser i stegmotorn).

Betrakta driften av en stegmotor, förutsatt att spänningen i det första ögonblicket appliceras på spolen 3. Strömmen i denna spole kommer att magnetisera de vertikalt placerade polerna N och 8. Som ett resultat av interaktionen av magnetfältet med det permanenta rotorns magnet, kommer den senare att inta ett jämviktsläge där axlarna för statorns och rotorns magnetfält är desamma.

Läget kommer att vara stabilt eftersom det finns ett synkroniseringsmoment som verkar på rotorn som tenderar att återföra rotorn till jämviktsläget: M = Mmax x sinα,

där M.max — det maximala momentet, α — vinkeln mellan statorns och rotorns magnetfälts axlar.

När styrenheten växlar spänningen från spole 3 till spole 2 genereras ett magnetfält med horisontella poler, d.v.s. statorns magnetfält gör en diskret rotation med en fjärdedel av statorns omkrets. I detta fall kommer en divergensvinkel mellan statorns och rotorns axlar α = 90 ° att visas och det maximala vridmomentet Mmax kommer att påverka rotorn. Rotorn kommer att rotera genom en vinkel α = 90° och inta en ny stabil position. Sålunda, efter stegrörelsen av statorfältet, rör sig motorns rötor stegvis.

Det huvudsakliga driftsättet för stegmotorn är dynamiskt. Stegmotorer, till skillnad från synkronmotorer, är utformade för att gå in i synkronism från stillastående och forcerad elektrisk bromsning.Tack vare detta ger stepper-drivenheten start, stopp, backning och övergång från en frekvens av styrpulser till en annan.

Stegmotorn startas av en plötslig eller gradvis ökning av frekvensen för ingångssignalen från noll till den i drift, stoppet är genom att minska nollan, och det omvända är genom att ändra växlingssekvensen för stegmotorns lindningar.

Stegmotorer kännetecknas av följande parametrar: antalet faser (kontrollspolar) och deras anslutningsschema, typen av stegmotor (med aktiv eller passiv rotor), enkelrotorsteg (rotorns rotationsvinkel med en enda puls ), nominell matningsspänning, maximalt statiskt tidsmoment, nominellt vridmoment, rotortröghetsmoment, accelerationsfrekvens.

Stegmotorer är enfasiga, tvåfasiga och flerfasiga med aktiv eller passiv rotor. Stegmotorn styrs av en elektronisk styrenhet. Ett exempel på ett stegmotorstyrschema visas i figur 2.

Ris. 2. Funktionsschema för en elektrisk stegmotor med öppen slinga

En styrsignal i form av spänningspulser matas till ingången på block 1, som omvandlar sekvensen av pulser, till exempel, till ett fyrfassystem av unipolära pulser (i enlighet med antalet faser av stegmotorn) .

Block 2 genererar dessa pulser med avseende på varaktigheten och amplituden som krävs för normal drift av omkopplaren 3, till vars utgångar stegmotorns 4 lindningar är anslutna. Omkopplaren och de andra blocken drivs av en likströmskälla 5.

Med ökade krav på kvaliteten på en diskret drivenhet används en sluten krets av en stegelektrisk drivenhet (fig. 3), som förutom en stegmotor inkluderar en omvandlare P, en kommutator K och en stegsensor DSh. I en sådan diskret drivning matas information om den faktiska positionen för axeln på arbetsmekanismen RM och stegmotorns hastighet till ingången på den automatiska regulatorn, vilket ger den inställda karaktären för drivningens rörelse.

Ris. 3. Funktionsdiagram för en diskret drivenhet med sluten slinga

Moderna diskreta drivsystem använder mikroprocessorkontroller. Utbudet av applikationer för stegmotordrifter utökas ständigt. Deras användning är lovande i svetsmaskiner, synkroniseringsenheter, band- och inspelningsmekanismer, bränsletillförselkontrollsystem för förbränningsmotorer.

Fördelarna med stegmotorer:

• hög noggrannhet, även med en struktur med öppen slinga, d.v.s. utan styrvinkelsensor;

• inbyggd integration med digitala hanteringsapplikationer;

• brist på mekaniska brytare som ofta orsakar problem med andra typer av motorer.

Nackdelar med stegmotorer:

• lågt vridmoment, men jämfört med kontinuerliga drivmotorer;

• begränsad hastighet;

• hög vibrationsnivå på grund av ryckiga rörelser;

• stora fel och svängningar med förlust av pulser i öppna system.

Fördelarna med stegmotorer överväger vida deras nackdelar, så de används ofta i fall där drivanordningarnas lilla kraft är tillräcklig.

Artikeln använder material från boken Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Elektrisk utrustning för jordbruksföretag.