Aansturing stappenmotor

Elektromotoren zetten elektrische energie om in mechanische energie, en wat stappenmotoren betreft, zetten ze de energie van elektrische impulsen om in roterende bewegingen van de rotor. De beweging die door de actie van elke puls wordt gegenereerd, wordt met hoge precisie geïnitieerd en herhaald, waardoor kogelmotoren efficiënte aandrijvingen zijn voor apparaten die nauwkeurige positionering vereisen.

Permanente magneet stappenmotoren omvatten: een permanente magneetrotor, statorwikkelingen en een magnetische kern. De energiespoelen creëren magnetische noord- en zuidpolen zoals weergegeven. Het bewegende magnetische veld van de stator dwingt de rotor om er altijd mee uit te lijnen. Dit roterende magnetische veld kan worden afgestemd door de serie-excitatie van de statorspoelen te regelen om de rotor te laten draaien.

De afbeelding toont een diagram van een typische excitatiemethode voor een tweefasenmotor. In fase A worden de twee statorspoelen bekrachtigd en dit zorgt ervoor dat de rotor elkaar aantrekt en vergrendelt wanneer de tegenovergestelde magnetische polen elkaar aantrekken.Wanneer de wikkelingen van fase A worden uitgeschakeld, worden de wikkelingen van fase B ingeschakeld, de rotor draait met de klok mee (Engels CW - met de klok mee, CCW - tegen de klok in) 90 °.

Dan wordt fase B uitgeschakeld en fase A ingeschakeld, maar de polen zijn nu tegenovergesteld aan wat ze in het begin waren. Dit leidt tot de volgende bocht van 90°. Fase A wordt dan uitgeschakeld, fase B wordt ingeschakeld met omgekeerde polariteit.Door deze stappen te herhalen zal de rotor met de klok mee draaien in stappen van 90°.

De stapsgewijze regeling die in de afbeelding wordt getoond, wordt enkelfasige regeling genoemd. Een meer acceptabele manier van stapsgewijze regeling is tweefasige actieve regeling, waarbij beide fasen van de motor altijd aan zijn, maar de polariteit in een ervan verandert, zoals weergegeven in de afbeelding.

Deze regeling zorgt ervoor dat de rotor van de stappenmotor beweegt zodat deze uitgelijnd is met elke stap in het midden van de gevormde noord- en zuidpool, tussen de uitsteeksels van het magnetische circuit. Omdat beide fasen altijd aan staan, levert deze regelmethode 41,4% meer koppel dan een regeling met één actieve fase, maar vereist wel twee keer zoveel elektrisch vermogen.

Een halve stap

Een stappenmotor kan ook "semi-stepped" zijn, dan wordt tijdens de faseovergang een uitschakeltrap toegevoegd. Hierdoor wordt de hellingshoek gehalveerd. In plaats van 90 ° kan een stappenmotor bijvoorbeeld 45 ° rotaties maken op elke «halve stap», zoals weergegeven in de afbeelding.

Maar de halve stapmodus introduceert een koppelverlies van 15-30%, vergeleken met de stapregeling met twee actieve fasen, omdat een van de wikkelingen gedurende de helft van de stap inactief is en dit uiteindelijk leidt tot een verlies van elektromagnetische kracht, die inwerkt op de rotor, d.w.z. netto koppelverlies.

Bipolaire spoel

Tweefasige stappenregeling gaat uit van de aanwezigheid van een tweepolige statorwikkeling. Elke fase heeft zijn eigen spoel en wanneer de stroom door de spoelen wordt omgekeerd, veranderen ook de elektromagnetische polariteiten. De beginfase is typerend tweefasige driver getoond in de figuur. Het controleschema wordt weergegeven in de tabel. Het is te zien hoe eenvoudig door de richting van de stroom door de spoelen te veranderen, het mogelijk is om de magnetische polariteit in de fasen te veranderen.

Enkelpolige spoel

Een ander typisch type spoel is een unipolaire spoel, waarbij de spoelen in twee delen worden verdeeld en wanneer een deel van de spoel wordt bekrachtigd ontstaat er een noordpool, wanneer het andere deel wordt bekrachtigd ontstaat er een zuidpool. Deze oplossing wordt een unipolaire spoel genoemd omdat de elektrische polariteit die verantwoordelijk is voor de stroom nooit verandert. De regelfasen zijn weergegeven in de figuur.

Door dit ontwerp kan een eenvoudiger elektronisch blok worden gebruikt. Hier gaat echter bijna 30% van het koppel verloren in vergelijking met een bipolaire spoel omdat de spoelen de helft van de draad hebben als een bipolaire spoel.

Andere kantelhoeken

Om kleinere hellingshoeken te verkrijgen, is het noodzakelijk om een ​​groter aantal polen op zowel de rotor als de stator te hebben. De rotor van 7,5° heeft 12 poolparen en de magneetkern van de stator heeft 12 uitsteeksels. Twee spoeloren en twee spoelen.

Dit geeft 48 polen voor elke stap van 7,5°. In de afbeelding ziet u de 4-polige kabelschoenen in doorsnede. Het is natuurlijk mogelijk om de stappen te combineren om grote verplaatsingen te bereiken, bijvoorbeeld zes stappen van 7,5° resulteren in een rotorrotatie van 45°.

Nauwkeurigheid

De nauwkeurigheid van stappenmotoren is 6-7% per stap (zonder accumulatie). Een stappenmotor met stappen van 7,5° zal zich altijd binnen 0,5° van de theoretisch voorspelde positie bevinden, ongeacht hoeveel stappen er al gezet zijn. De fout zal zich niet opstapelen omdat mechanisch elke 360° stap voor stap wordt herhaald. Zonder belasting zal de fysieke positie van de stator- en rotorpolen ten opzichte van elkaar te allen tijde hetzelfde zijn.

Resonantie

Stappenmotoren hebben hun eigen resonantiefrequentie omdat ze veergewichtachtige systemen zijn. Wanneer het ritme gelijk is aan de natuurlijke resonantiefrequentie van de motor, is het door de motor gegenereerde geluid hoorbaar en wordt de trilling versterkt.

Het resonantiepunt hangt af van de motortoepassing, de belasting, maar over het algemeen varieert de resonantiefrequentie van 70 tot 120 stappen per seconde. In het ergste geval verliest de motor de regelnauwkeurigheid als hij in resonantie gaat.

Een gemakkelijke manier om systeemresonantieproblemen te voorkomen, is door het ritme weg van het resonantiepunt te veranderen. In halve of microstapmodus wordt het resonantieprobleem verminderd omdat het resonantiepunt wordt verlaten naarmate de snelheid toeneemt.

Koppel

Het koppel van een stappenmotor is een functie van: stapsnelheid, statorwikkelstroom, motortype. Het vermogen van een bepaalde stappenmotor hangt ook samen met deze drie factoren.Het koppel van een stappenmotor is de som van het wrijvingskoppel en het traagheidskoppel.

Het wrijvingskoppel in gram per centimeter is de kracht die nodig is om een ​​last te verplaatsen die een bepaald aantal gram weegt met een hefboomarm van 1 cm lang. , dat wil zeggen, de spanning die door de motor wordt gegenereerd, neemt toe. Dit beperkt de stroom in de statorwikkelingen en vermindert het koppel.