Askelmoottorin ohjaus

Sähkömoottorit muuttavat sähköenergian mekaaniseksi energiaksi, ja kuten askelmoottorit, ne muuntavat sähköimpulssien energian roottorin pyöriviksi liikkeiksi. Jokaisen pulssin toiminnan synnyttämä liike käynnistetään ja toistetaan erittäin tarkasti, mikä tekee pallomoottoreista tehokkaita laitteita, jotka vaativat tarkkaa paikantamista.

Kestomagneettiaskelmoottoreihin kuuluu: kestomagneettiroottori, staattorikäämit ja magneettinen sydän. Energiakäämit luovat magneettisia pohjois- ja etelänapoja kuvan mukaisesti. Staattorin liikkuva magneettikenttä pakottaa roottorin kohdistamaan sen koko ajan. Tämä pyörivä magneettikenttä voidaan virittää ohjaamalla staattorikäämien sarjaherätystä roottorin kääntämiseksi.

Kuvassa on kaavio tyypillisestä kaksivaihemoottorin herätemenetelmästä. Vaiheessa A kaksi staattorikelaa saavat jännitteen ja tämä saa roottorin vetäytymään ja lukkiutumaan vastakkaisten magneettinapojen vetäessä toisiaan.Kun vaiheen A käämit kytketään pois päältä, vaiheen B käämit kytketään päälle, roottori pyörii myötäpäivään (englanniksi CW - myötäpäivään, CCW - vastapäivään) 90 °.

Sitten vaihe B sammuu ja vaihe A käynnistyy, mutta navat ovat nyt vastakkaisia ​​kuin ne olivat alussa. Tämä johtaa seuraavaan 90° käännökseen. Vaihe A kytkeytyy pois päältä, vaihe B kytkeytyy päälle käänteisellä polariteetilla. Nämä vaiheet toistamalla saa roottorin pyörimään myötäpäivään 90° askelin.

Kuvassa esitettyä porrastettua ohjausta kutsutaan yksivaiheiseksi ohjaukseksi. Hyväksyttävämpi tapa porrasohjaukseen on kaksivaiheinen aktiivinen ohjaus, jossa moottorin molemmat vaiheet ovat aina päällä, mutta toisen napaisuus muuttuu kuvan mukaisesti.

Tämä ohjaus saa askelmoottorin roottorin liikkumaan siten, että se kohdistuu kunkin portaan kanssa muodostetun pohjois- ja etelänavan keskellä, magneettipiirin ulkonemien välissä. Koska molemmat vaiheet ovat aina päällä, tämä ohjausmenetelmä tarjoaa 41,4 % enemmän vääntömomenttia kuin ohjaus yhdellä aktiivisella vaiheella, mutta vaatii kaksi kertaa enemmän sähkötehoa.

Puoli askelta

Askelmoottori voi olla myös "puoliporrastettu", jolloin vaihesiirron aikana lisätään laukaisuaste. Tämä leikkaa nousukulman puoleen. Esimerkiksi 90° asteen asemesta askelmoottori voi tehdä 45° kierroksia jokaisessa «puoliaskelmassa», kuten kuvassa näkyy.

Mutta puoliaskel-tilassa vääntömomenttihäviö on 15-30 % verrattuna vaiheohjaukseen, jossa on kaksi aktiivista vaihetta, koska toinen käämeistä on passiivinen puolen vaiheen aikana ja tämä johtaa lopulta sähkömagneettisen voiman häviämiseen, joka vaikuttaa roottori, eli nettomomenttihäviö.

Bipolaarinen kela

Kaksivaiheinen porrasohjaus olettaa kaksinapaisen staattorikäämin olemassaolon. Jokaisella vaiheella on oma käämi, ja kun virta käännetään kelojen läpi, myös sähkömagneettiset polariteetit muuttuvat. Alkuvaihe on tyypillinen kaksivaiheinen ohjain näkyy kuvassa. Ohjauskaavio on esitetty taulukossa. Voidaan nähdä, kuinka yksinkertaisesti muuttamalla käämien läpi kulkevan virran suuntaa voidaan muuttaa vaiheiden magneettista napaisuutta.

Yksinapainen kela

Toinen tyypillinen kelatyyppi on unipolaarinen kela, jossa kelat jaetaan kahteen osaan ja kun käämin toinen osa on jännitteellinen, syntyy pohjoisnapa, kun toinen osa on jännitteellinen, syntyy etelänapa. Tätä ratkaisua kutsutaan unipolaariseksi kelaksi, koska virrasta vastaava sähköinen napaisuus ei koskaan muutu. Ohjausvaiheet on esitetty kuvassa.

Tämä rakenne mahdollistaa yksinkertaisemman elektronisen lohkon käytön. Kuitenkin lähes 30 % vääntömomentista menetetään tässä verrattuna kaksinapaiseen kelaan, koska käämeissä on puolet johdosta bipolaarisena kelana.

Muut kallistuskulmat

Pienempien nousukulmien saamiseksi on välttämätöntä, että sekä roottorissa että staattorissa on suurempi määrä napoja. 7,5° roottorissa on 12 napaparia ja staattorin magneettisydämessä 12 ulkonemaa. Kaksi puolakorvaa ja kaksi kelaa.

Tämä antaa 48 napaa jokaista 7,5°:n askelta kohti. Kuvassa näet 4-napaiset korvakkeet osiossa. On tietysti mahdollista yhdistää vaiheita suurien siirtymien saavuttamiseksi, esimerkiksi kuusi 7,5°:n askelta johtaa roottorin 45° pyörimiseen.

Tarkkuus

Askelmoottoreiden tarkkuus on 6-7 % askelta kohti (ilman akkumulaatiota). Askelmoottori, jossa on 7,5° askeleita, on aina 0,5°:n sisällä teoreettisesti ennustetusta asennosta riippumatta siitä, kuinka monta askelta on jo otettu. Virhe ei kerry, koska mekaanisesti joka 360° toistetaan askel askeleelta. Ilman kuormitusta staattorin ja roottorin napojen fyysinen sijainti suhteessa toisiinsa on aina sama.

Resonanssi

Askelmoottoreilla on oma resonanssitaajuus, koska ne ovat jousipainoisia järjestelmiä. Kun rytmi on sama kuin moottorin luonnollinen resonanssitaajuus, moottorin tuottama kohina voidaan kuulla ja värähtely voimistuu.

Resonanssipiste riippuu moottorin sovelluksesta, sen kuormituksesta, mutta yleensä resonanssitaajuus vaihtelee välillä 70-120 askelta sekunnissa. Pahimmassa tapauksessa moottori menettää ohjaustarkkuuden, jos se menee resonanssiin.

Helppo tapa välttää järjestelmän resonanssiongelmia on muuttaa rytmiä pois resonanssipisteestä. Puoli- tai mikroaskeltilassa resonanssiongelma vähenee, koska resonanssipiste hylätään nopeuden kasvaessa.

Vääntömomentti

Askelmoottorin vääntömomentti on funktio: askelnopeudesta, staattorin käämitysvirrasta, moottorin tyypistä. Tietyn askelmoottorin teho liittyy myös näihin kolmeen tekijään.Askelmoottorin vääntömomentti on kitkamomentin ja hitausmomentin summa.

Kitkamomentti grammoina senttimetriä kohti on voima, joka tarvitaan siirtämään tietyn gramman painon kuorma 1 cm pitkällä vipuvarrella. On tärkeää huomata, että moottorin askelnopeuden kasvaessa moottorissa oleva taka-EMF , eli moottorin tuottama jännite kasvaa. Tämä rajoittaa staattorin käämien virtaa ja pienentää vääntömomenttia.