Stappenmotor driver - apparaat, typen en mogelijkheden

Stappenmotoren worden tegenwoordig in veel industriële toepassingen gebruikt. Motoren van dit type onderscheiden zich door het feit dat ze een hoge nauwkeurigheid van positionering van het werklichaam mogelijk maken in vergelijking met andere typen motoren. Het is duidelijk dat een nauwkeurige automatische regeling nodig is om de stappenmotor te laten werken. Hiervoor dienen ze als stappenmotorcontrollers, die zorgen voor een continue en nauwkeurige werking van elektrische aandrijvingen voor verschillende doeleinden.

Grofweg kan het werkingsprincipe van een stappenmotor als volgt worden beschreven. Elke volledige omwenteling van de rotor van een stappenmotor bestaat uit verschillende stappen. De meeste stappenmotoren zijn ontworpen voor stappen van 1,8 graden en er zijn 200 stappen per volledige omwenteling. De omvormer verandert zijn stappositie wanneer een voedingsspanning wordt toegepast op een bepaalde statorwikkeling. De draairichting is afhankelijk van de stroomrichting in de spoel.

De volgende stap is het uitschakelen van de eerste wikkeling, er wordt stroom geleverd aan de tweede enzovoort, met als resultaat dat na elke wikkeling de rotor een volledige rotatie zal maken. Maar dit is een ruwe beschrijving, eigenlijk zijn de algoritmen iets ingewikkelder en dit zal later worden besproken.

Stappenmotorbesturingsalgoritmen

Stappenmotorbesturing kan worden geïmplementeerd volgens een van de vier basisalgoritmen: variabele faseschakeling, fase-overlappingsbesturing, halfstapsbesturing of microstepbesturing.

In het eerste geval krijgt op elk moment slechts één van de fasen stroom en vallen de evenwichtspunten van de motorrotor bij elke stap samen met de belangrijkste evenwichtspunten - de polen zijn duidelijk gedefinieerd.

Fase-overlapregeling stelt de rotor in staat om naar posities tussen de statorpolen te stappen, wat het koppel met 40% verhoogt in vergelijking met niet-fase-overlapregeling. De hellingshoek wordt behouden, maar de vergrendelingspositie wordt verschoven - deze bevindt zich tussen de toppen van de statorpolen. Deze eerste twee algoritmen worden gebruikt in elektrische apparatuur waar geen zeer hoge nauwkeurigheid vereist is.

Halfstapsregeling is een combinatie van de eerste twee algoritmen: één fase (wikkeling) of twee worden aangedreven door een stap. De stapgrootte wordt gehalveerd, de positioneringsnauwkeurigheid is hoger en de kans op mechanische resonantie in de motor wordt verkleind.

En tot slot de modus op microniveau.Hier verandert de stroom in de fasen in grootte zodat de positie van de rotorfixatie per stap op het punt tussen de polen valt, en afhankelijk van de verhouding van de stromen in de gelijktijdig verbonden fasen kunnen meerdere van dergelijke stappen worden verkregen. Door de stroomverhouding aan te passen, door het aantal werkverhoudingen aan te passen, worden microstappen verkregen - de meest nauwkeurige positionering van de rotor.

Zie hier meer details met schema's: Aansturing stappenmotor

Stappenmotor bestuurder

Om het gekozen algoritme in de praktijk te brengen, implementeert u een stappenmotordriver... De driver bevat een voeding en een controllergedeelte.

Het vermogensgedeelte van de bestuurder is solid-state eindversterker, wiens taak het is om de stroompulsen die op de fasen worden toegepast om te zetten in bewegingen van de rotor: één puls - één exacte stap of micrograad.

Richting en grootte van de stroom - de richting en grootte van de stap. Dat wil zeggen, de taak van de krachtbron is om een ​​stroom van een bepaalde grootte en richting te leveren aan de overeenkomstige statorwikkeling, om deze stroom enige tijd vast te houden, en ook om snel stromingen in en uit te schakelen, zodat de snelheids- en vermogenskenmerken van het apparaat overeenkomen met de uit te voeren taak.

Hoe perfecter het vermogensgedeelte van het aandrijfmechanisme, des te groter koppel kan op de as worden verkregen. Over het algemeen is de vooruitgangstrend in de verbetering van stappenmotoren en hun stuurprogramma's het verkrijgen van een aanzienlijk bedrijfskoppel van motoren met kleine afmetingen, hoge precisie en tegelijkertijd een hoog rendement.

Stappenmotor controller

De stappenmotorcontroller is een intelligent onderdeel van het systeem, dat meestal wordt gemaakt op basis van een herprogrammeerbare microcontroller. De controller is verantwoordelijk voor hoe laat, aan welke spoel, voor hoe lang en hoeveel stroom geleverd wordt. De controller regelt de werking van de aandrijfeenheid van de bestuurder.

Geavanceerde controllers zijn aangesloten op een computer en kunnen real-time worden aangepast met behulp van een computer. De mogelijkheid om de microcontroller herhaaldelijk te herprogrammeren bevrijdt de gebruiker van de noodzaak om elke keer dat de taak wordt aangepast een nieuwe controller te kopen - het volstaat om de bestaande opnieuw te configureren, dit is de flexibiliteit, de controller kan eenvoudig programmatisch worden geheroriënteerd om nieuwe functies uit te voeren .

Er is tegenwoordig een breed scala aan stappenmotorcontrollers op de markt van verschillende fabrikanten met uitbreidbare functies. Programmeerbare controllers impliceren het opnemen van programma's, en sommige bevatten programmeerbare logische blokken, waarmee het algoritme flexibel kan worden geconfigureerd voor het besturen van de stappenmotor voor een bepaald technologisch proces.

Controller mogelijkheden

Stappenmotorbesturing met een controller maakt een hoge nauwkeurigheid mogelijk tot 20.000 microstappen per omwenteling. Bovendien kan het beheer zowel rechtstreeks vanaf een computer worden uitgevoerd als via een programma dat in het apparaat is genaaid of via een programma vanaf een geheugenkaart. Als de parameters veranderen tijdens de uitvoering van de taak, kan de computer de sensoren ondervragen, de veranderende parameters bewaken en snel de werkingsmodus van de stappenmotor wijzigen.

Er zijn in de handel verkrijgbare stappenmotorbesturingsblokken die zijn aangesloten op: stroombron, bedieningsknoppen, klokbron, stappenpotentiometer, enz. Met dergelijke blokken kunt u snel een stappenmotor integreren in apparatuur om repetitieve cyclische taken uit te voeren met handmatige of automatische besturing ... De mogelijkheid om te synchroniseren met externe apparaten en ondersteuning voor automatisch aan, uit en controle is een onbetwistbaar voordeel van de stappenmotorbesturingseenheid.

Het apparaat kan rechtstreeks vanaf een computer worden bestuurd als u bijvoorbeeld een programma wilt uitvoeren voor CNC-machine, of in handmatige modus zonder extra externe besturing, dat wil zeggen autonoom, wanneer de draairichting van de stappenmotoras wordt ingesteld door de achteruitsensor en de snelheid wordt geregeld door een potentiometer. Het besturingsapparaat wordt geselecteerd volgens de parameters van de te gebruiken stappenmotor.

Afhankelijk van de aard van het doel wordt gekozen voor de stappenmotorbesturingsmethode. Als u een eenvoudige elektrische aandrijving met laag vermogen moet instellen waarbij elke keer één puls wordt toegepast op één statorwikkeling: voor een volledige omwenteling, zeg 48 stappen, en de rotor zal bij elke stap 7,5 graden bewegen. De enkele pulsmodus is in dit geval prima.

Om een ​​hoger koppel te bereiken, wordt een dubbele puls gebruikt - deze wordt tegelijkertijd per puls naar twee aangrenzende spoelen gevoerd.En als er 48 stappen nodig zijn voor een volledige omwenteling, dan zijn er weer 48 van dergelijke dubbele pulsen nodig, elk zal resulteren in een stap van 7,5 graden, maar met 40% meer koppel dan in enkele pulsmodus.Door de twee methoden te combineren, kunt u 96 pulsen krijgen door de stappen te verdelen — u krijgt 3,75 graden per stap — dit is een gecombineerde (halve stap) besturingsmodus.