Motoare pas cu pas

Un motor pas cu pas este un dispozitiv electromecanic care convertește semnalele electrice în mișcări unghiulare discrete ale unui arbore. Utilizarea motoarelor pas cu pas permite corpurilor de lucru ale mașinilor să efectueze mișcări strict dozate prin fixarea poziției acestora la sfârșitul mișcării.

Motoarele pas cu pas sunt actuatoare care asigură mișcări unghiulare fixe (trepte). Orice modificare a unghiului rotorului este răspunsul motorului pas cu pas la impulsul de intrare.

Un motor pas cu pas electric discret este combinat în mod natural cu dispozitive de control digital, ceea ce îi permite să fie utilizat cu succes în mașini de tăiat metal controlate digital, în roboți și manipulatoare industriali, în mecanisme cu ceas.

O acționare electrică discretă poate fi, de asemenea, implementată folosind o serie motoare electrice asincrone, care datorită controlului special poate funcționa în modul pas.

Motoarele pas cu pas sunt utilizate în acționările electrice cu putere de la o fracțiune de watt la câțiva kilowați.O extindere a scalei de putere a unei acționări electrice discrete poate fi realizată folosind motoare electrice asincrone în serie, care, datorită controlului adecvat, pot funcționa în modul treptat.

Principiul de funcționare a motoarelor pas cu pas de toate tipurile este următorul. Cu ajutorul unui comutator electronic se generează impulsuri de tensiune, care sunt alimentate la bobinele de control situate pe statorul motorului pas cu pas.

În funcție de secvența de excitare a bobinelor de control, una sau alta modificare discretă a câmpului magnetic are loc în spațiul de funcționare al motorului. Odată cu deplasarea unghiulară a axei câmpului magnetic a bobinelor de control ale motorului pas cu pas, rotorul acestuia se rotește discret urmând câmpul magnetic. Legea de rotație a rotorului este determinată de secvența, ciclul de lucru și frecvența impulsurilor de control, precum și de tipul și parametrii de proiectare ai motorului pas cu pas.

Principiul de funcționare a unui motor pas cu pas (obținerea mișcării discrete a rotorului) va fi luat în considerare folosind exemplul celui mai simplu circuit al unui motor pas cu două faze (Fig. 1).

Orez. 1. Schema simplificată a unui motor pas cu pas cu un rotor activ

Motorul pas cu pas are două perechi de poli statori clar definiți pe care sunt amplasate înfășurările de excitație (control): înfășurarea 3 cu bornele 1H — 1K și înfășurarea 2 cu bornele 2H — 2K. Fiecare înfășurare este formată din două părți situate la poli opuși ai statorului 1 SM.

Rotorul din schema considerată este un magnet permanent cu doi poli.Bobinele sunt alimentate de impulsuri de la un dispozitiv de control care convertește o secvență de un singur canal de impulsuri de control de intrare într-una multicanal (în funcție de numărul de faze ale motorului pas cu pas).

Luați în considerare funcționarea unui motor pas cu pas, presupunând că în momentul inițial tensiunea este aplicată bobinei 3. Curentul din această bobină va magnetiza polii aflați vertical N și 8. Ca urmare a interacțiunii câmpului magnetic cu permanentul magnet al rotorului, acesta din urmă va ocupa o poziție de echilibru în care axele câmpurilor magnetice ale statorului și ale rotorului sunt aceleași.

Poziția va fi stabilă deoarece asupra rotorului acționează un moment de sincronizare care tinde să readucă rotorul în poziția de echilibru: M = Mmax x sinα,

unde M.max — momentul maxim, α — unghiul dintre axele câmpurilor magnetice ale statorului și rotorului.

Când unitatea de comandă comută tensiunea de la bobina 3 la bobina 2, se generează un câmp magnetic cu poli orizontali, adică. câmpul magnetic al statorului face o rotație discretă cu un sfert din circumferința statorului. În acest caz, va apărea un unghi de divergență între axele statorului și rotorului α = 90 ° și cuplul maxim Mmax va acționa asupra rotorului. Rotorul se va roti printr-un unghi α = 90 ° și va lua o nouă poziție stabilă. Astfel, după mișcarea în trepte a câmpului statorului, rotorul motorului se mișcă treptat.

Principalul mod de funcționare al motorului pas cu pas este dinamic. Motoarele pas cu pas, spre deosebire de motoarele sincrone, sunt proiectate să intre în sincronism de la oprire și frânarea electrică forțată.Datorită acestui fapt, acţionarea electrică pas cu pas asigură pornirea, oprirea, inversarea şi trecerea de la o frecvenţă a impulsurilor de control la alta.

Motorul pas cu pas este pornit printr-o creștere bruscă sau treptată a frecvenței semnalului de intrare de la zero la cel de funcționare, oprirea este prin scăderea zero, iar invers este prin schimbarea secvenței de comutare a înfășurărilor motorului pas cu pas.

Motoarele pas cu pas se caracterizează prin următorii parametri: numărul de faze (bobine de control) și schema lor de conectare, tipul de motor pas cu pas (cu rotor activ sau pasiv), pas cu un singur rotor (unghiul de rotație al rotorului cu un singur impuls ), tensiunea nominală de alimentare, momentul maxim de timp static, cuplul nominal, momentul de inerție al rotorului, frecvența accelerației.

Motoarele pas cu pas sunt monofazate, bifazate și multifazate cu un rotor activ sau pasiv. Motorul pas cu pas este controlat de o unitate electronică de control. Un exemplu de schemă de control al motorului pas cu pas este prezentat în Figura 2.

Orez. 2. Schema funcțională a unui motor pas cu pas cu buclă deschisă

Un semnal de control sub formă de impulsuri de tensiune este furnizat la intrarea blocului 1, care convertește secvența de impulsuri, de exemplu, într-un sistem cu patru faze de impulsuri unipolare (în conformitate cu numărul de faze ale motorului pas cu pas) .

Blocul 2 generează aceste impulsuri în raport cu durata și amplitudinea necesare funcționării normale a comutatorului 3, la ale cărui ieșiri sunt conectate înfășurările motorului pas cu pas 4. Comutatorul și celelalte blocuri sunt alimentate de o sursă de curent continuu. 5.

Cu cerințe crescute pentru calitatea unei acționări discrete, este utilizat un circuit închis al unei acționări electrice pas cu pas (Fig. 3), care, pe lângă un motor pas cu pas, include un convertor P, un comutator K și un senzor în trepte DSh. Într-o astfel de acționare discretă, informațiile despre poziția actuală a arborelui mecanismului de lucru RM și viteza motorului pas cu pas sunt transmise la intrarea regulatorului automat, care oferă natura stabilită a mișcării unității.

Orez. 3. Schema funcțională a unui drive discret în buclă închisă

Sistemele moderne de acţionare discretă utilizează comenzi cu microprocesor. Gama de aplicații pentru acționările cu motoare pas cu pas este în continuă extindere. Utilizarea lor este promițătoare în mașini de sudură, dispozitive de sincronizare, mecanisme de bandă și înregistrare, sisteme de control al alimentării cu combustibil pentru motoarele cu ardere internă.

Avantajele motoarelor pas cu pas:

• precizie ridicată, chiar și cu o structură în buclă deschisă, de ex. fără senzor de unghi de virare;

• integrare nativă cu aplicații de management digital;

• lipsa comutatoarelor mecanice care cauzează adesea probleme cu alte tipuri de motoare.

Dezavantajele motoarelor pas cu pas:

• cuplu redus, dar în comparație cu motoarele cu antrenare continuă;

• viteză limitată;

• nivel ridicat de vibrație din cauza mișcării sacadate;

• erori mari și oscilații cu pierderi de impulsuri în sistemele în buclă deschisă.

Avantajele motoarelor pas cu pas depășesc cu mult dezavantajele lor, așa că sunt adesea folosite în cazurile în care puterea mică a dispozitivelor de acționare este suficientă.

Articolul folosește materiale din cartea Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Echipamente electrice ale întreprinderilor agricole.