Driver de motor pas cu pas - dispozitiv, tipuri și capacități

Motoarele pas cu pas sunt folosite astăzi în multe aplicații industriale. Motoarele de acest tip se disting prin faptul că permit obținerea unei precizii ridicate a poziționării corpului de lucru, în comparație cu alte tipuri de motoare. În mod clar, este necesar un control automat precis pentru ca motorul pas cu pas să funcționeze. În acest scop, ele servesc ca controlere de motoare pas cu pas, asigurând funcționarea continuă și precisă a acționărilor electrice pentru diverse scopuri.

Aproximativ, principiul de funcționare al unui motor pas cu pas poate fi descris după cum urmează. Fiecare rotație completă a rotorului unui motor pas cu pas constă din mai mulți pași. Majoritatea motoarelor pas cu pas sunt proiectate pentru pași de 1,8 grade și există 200 de pași pe rotație completă. Acționarea își schimbă poziția de treaptă atunci când o tensiune de alimentare este aplicată unei anumite înfășurări a statorului. Sensul de rotație depinde de direcția curentului din bobină.

Următorul pas este oprirea primei înfășurări, puterea este furnizată celei de-a doua și așa mai departe, ca urmare, după ce fiecare înfășurare este prelucrată, rotorul va face o rotație completă. Dar aceasta este o descriere grosieră, de fapt algoritmii sunt ceva mai complicati și despre asta vom discuta mai târziu.

Algoritmi de control al motoarelor pas cu pas

Controlul motorului pas cu pas poate fi implementat în conformitate cu unul dintre cei patru algoritmi de bază: comutare variabilă a fazei, controlul suprapunerii de fază, controlul în jumătate de pas sau controlul micropasului.

În primul caz, în orice moment de timp, doar una dintre faze primește putere, iar punctele de echilibru ale rotorului motorului la fiecare pas coincid cu punctele cheie de echilibru - polii sunt clar definiți.

Controlul suprapunerii fazelor permite rotorului să treacă în poziții dintre polii statorului, ceea ce crește cuplul cu 40% în comparație cu controlul suprapunerii fără fază. Unghiul de înclinare este menținut, dar poziția de blocare este deplasată - este situat între crestele polilor statorului. Acești primi doi algoritmi sunt utilizați în echipamentele electrice unde nu este necesară o precizie foarte mare.

Controlul în jumătate de pas este o combinație a primilor doi algoritmi: o fază (înfășurare) sau două sunt alimentate de un pas. Dimensiunea pasului este redusă la jumătate, precizia de poziționare este mai mare și probabilitatea de rezonanță mecanică în motor este redusă.

Și în sfârșit, modul micro nivel.Aici, curentul din faze se schimbă în mărime astfel încât poziția fixării rotorului pe treaptă să cadă în punctul dintre poli și, în funcție de raportul curenților din fazele conectate simultan, se pot obține mai multe astfel de trepte. Prin reglarea raportului de curenți, prin ajustarea numărului de rapoarte de lucru, se obțin micropași — cea mai precisă poziționare a rotorului.

Vezi mai multe detalii cu scheme aici: Controlul motorului pas cu pas

Driver de motor pas cu pas

Pentru a pune în practică algoritmul ales, implementați un driver de motor pas cu pas... Driverul conține o sursă de alimentare și o secțiune de controler.

Partea de putere a șoferului este amplificator de putere cu stare solidă, a cărui sarcină este să transforme impulsurile de curent aplicate fazelor în mișcări ale rotorului: un impuls — un pas exact sau micrograd.

Direcția și magnitudinea curentului - direcția și dimensiunea pasului. Adică, sarcina unității de putere este să furnizeze un curent de o anumită magnitudine și direcție înfășurării statorului corespunzătoare, pentru a menține acest curent pentru ceva timp și de asemenea, pentru a porni și opri curenții rapid, astfel încât caracteristicile de viteză și putere ale dispozitivului să se potrivească cu sarcina la îndemână.

Cu cât partea de putere a mecanismului de antrenare este mai perfectă, cu atât se poate obține un cuplu mai mare pe arbore. În general, tendința de progres în îmbunătățirea motoarelor pas cu pas și a driverelor acestora este de a obține un cuplu de operare semnificativ de la motoare cu dimensiuni mici, de înaltă precizie și, în același timp, de a menține o eficiență ridicată.

Controler de motor pas cu pas

Controlerul motorului pas cu pas este o parte inteligentă a sistemului, care este de obicei realizată pe baza unui microcontroler reprogramabil. Controlerul este responsabil pentru ce oră, la ce bobină, pentru cât timp și cât de mult curent va fi furnizat. Controlerul controlează funcționarea unității de alimentare a șoferului.

Controlerele avansate sunt conectate la un computer și pot fi ajustate în timp real folosind un computer. Capacitatea de a reprograma în mod repetat microcontrolerul eliberează utilizatorul de nevoia de a cumpăra un nou controler de fiecare dată când sarcina este ajustată - este suficient să reconfigurați cel existent, aceasta este flexibilitatea, controlerul poate fi reorientat cu ușurință programatic pentru a efectua noi funcții .

Există astăzi pe piață o gamă largă de controlere de motoare pas cu pas de la diverși producători care au caracteristici extensibile. Controlerele programabile presupun înregistrarea programelor, iar unele includ blocuri logice programabile, cu ajutorul cărora este posibilă configurarea flexibilă a algoritmului de control al motorului pas cu pas pentru un anumit proces tehnologic.

Capacitățile controlerului

Controlul motorului pas cu pas cu un controler permite o precizie ridicată de până la 20.000 de micro pași pe rotație. În plus, gestionarea poate fi efectuată atât direct de pe un computer, cât și datorită unui program cusut în dispozitiv sau printr-un program de pe un card de memorie. Dacă parametrii se modifică în timpul executării sarcinii, computerul poate interoga senzorii, monitoriza parametrii în schimbare și poate schimba rapid modul de funcționare al motorului pas cu pas.

Există blocuri de control pentru motorul pas cu pas, disponibile în comerț, care sunt conectate la: sursă de curent, butoane de control, sursă de ceas, potențiometru pas etc. Astfel de blocuri vă permit să integrați rapid un motor pas cu pas în echipament pentru a efectua sarcini ciclice repetitive cu control manual sau automat. ... Capacitatea de sincronizare cu dispozitive externe și suport pentru pornirea, oprirea și controlul automat este un avantaj incontestabil al unității de control a motorului pas cu pas.

Dispozitivul poate fi controlat direct de pe un computer dacă, de exemplu, doriți să rulați un program pentru mașină CNC, sau în modul manual fără control extern suplimentar, adică în mod autonom, când direcția de rotație a arborelui motorului pas cu pas este setată de senzorul de marșarier, iar viteza este controlată de un potențiometru. Dispozitivul de control este selectat în funcție de parametrii motorului pas cu pas care urmează să fie utilizat.

În funcție de natura obiectivului, este selectată metoda de control al motorului pas cu pas. Dacă trebuie să configurați un control simplu de acționare electrică de putere redusă, în care se aplică un impuls la o înfășurare a statorului de fiecare dată: pentru o revoluție completă, să spunem 48 de trepte, iar rotorul se va mișca cu 7,5 grade cu fiecare pas. Modul un singur impuls este bine în acest caz.

Pentru a obține un cuplu mai mare, se folosește un impuls dublu - acesta este alimentat la două bobine adiacente în același timp pe impuls. Și dacă sunt necesari 48 de pași pentru o revoluție completă, sunt necesare din nou 48 de astfel de impulsuri duble, fiecare va avea ca rezultat un pas de 7,5 grade, dar cu cuplu cu 40% mai mult decât în ​​modul single puls.Combinând cele două metode, puteți obține 96 de impulsuri prin împărțirea pașilor - obțineți 3,75 grade pe pas - acesta este un mod de control combinat (în jumătate de pas).