Trinnmotorstyring

Elektriske motorer konverterer elektrisk energi til mekanisk energi, og når det gjelder trinnmotorer, konverterer de energien til elektriske impulser til roterende bevegelser av rotoren. Bevegelsen som genereres av handlingen til hver puls, initieres og gjentas med høy presisjon, noe som gjør kulemotorer til effektive drifter for enheter som krever presis posisjonering.

Permanent magnet stepper motorer inkluderer: en permanent magnet rotor, statorviklinger og en magnetisk kjerne. Energispolene lager magnetiske nord- og sørpoler som vist. Det bevegelige magnetfeltet til statoren tvinger rotoren til å justere seg med den til enhver tid. Dette roterende magnetfeltet kan stilles inn ved å kontrollere serieeksitasjonen av statorspolene for å snu rotoren.

Figuren viser et diagram over en typisk eksitasjonsmetode for en tofasemotor. I fase A blir de to statorspolene energisert og dette får rotoren til å tiltrekke seg og låse seg når de motsatte magnetiske polene tiltrekker hverandre.Når viklingene til fase A er slått av, slås viklingene til fase B på, rotoren roterer med klokken (engelsk CW - med klokken, CCW - mot klokken) 90 °.

Da slår fase B seg av og fase A slår seg på, men polene er nå motsatt av det de var helt i begynnelsen. Dette fører til neste 90°-sving. Fase A slås deretter av, fase B slås på med motsatt polaritet. Repetering av disse trinnene vil få rotoren til å rotere med klokken i 90° trinn.

Den trinnvise styringen vist i figuren kalles enfasestyring. En mer akseptabel måte å trinnkontroll på er to-fase aktiv kontroll, hvor begge fasene til motoren alltid er på, men polariteten i en av dem endres, som vist på figuren.

Denne kontrollen får rotoren til trinnmotoren til å bevege seg slik at den justeres med hvert trinn i midten av de dannede nord- og sørpolene, mellom de magnetiske kretsfremspringene. Fordi begge fasene alltid er på, gir denne kontrollmetoden 41,4 % mer dreiemoment enn kontroll med én aktiv fase, men krever dobbelt så mye elektrisk effekt.

Et halvt skritt

En steppermotor kan også være "semi-stepped", så legges det til et trippingtrinn under faseovergangen. Dette halverer stigningsvinkelen. For eksempel, i stedet for 90°, kan en trinnmotor gjøre 45° rotasjoner på hvert «halvt trinn», som vist på figuren.

Men halvtrinnsmodusen introduserer et dreiemomenttap på 15-30 %, sammenlignet med trinnkontrollen med to aktive faser, fordi en av viklingene er inaktiv under halvparten av trinnet, og dette fører til slutt til tap av elektromagnetisk kraft, som virker på rotoren, dvs. netto dreiemomenttap.

Bipolar spole

To-fase trinnkontroll forutsetter tilstedeværelsen av en to-polet statorvikling. Hver fase har sin egen spole, og når strømmen snus gjennom spolene, endres også de elektromagnetiske polaritetene. Den innledende fasen er typisk to-fase driver vist i figuren. Kontrollskjemaet er vist i tabellen. Det kan sees hvor enkelt ved å endre retningen på strømmen gjennom spolene er det mulig å endre den magnetiske polariteten i fasene.

Enpolet spole

En annen typisk type spole er en unipolar spole.Her deles spolene i to deler og når den ene delen av spolen energiseres skapes en nordpol, når den andre delen energiseres, dannes en sydpol. Denne løsningen kalles en unipolar spole fordi den elektriske polariteten som er ansvarlig for strømmen aldri endres. Kontrolltrinnene er vist i figuren.

Denne utformingen gjør det mulig å bruke en enklere elektronisk blokk. Men nesten 30 % av dreiemomentet går tapt her sammenlignet med en bipolar spole fordi spole har halve ledningen som en bipolar spole.

Andre tiltvinkler

For å oppnå mindre stigningsvinkler er det nødvendig å ha et større antall poler på både rotoren og statoren. 7,5° rotoren har 12 polpar og statormagnetkjernen har 12 fremspring. To spoleører og to spoler.

Dette gir 48 poler for hvert trinn på 7,5°. På figuren kan du se de 4-polede knastene i snitt. Det er selvsagt mulig å kombinere trinnene for å oppnå store forskyvninger, for eksempel vil seks trinn på 7,5° gi en rotorrotasjon på 45°.

Nøyaktighet

Nøyaktigheten til trinnmotorer er 6-7 % per trinn (uten akkumulering). En trinnmotor med 7,5° trinn vil alltid være innenfor 0,5° fra den teoretisk forutsagte posisjonen, uansett hvor mange trinn som allerede er tatt. Feilen vil ikke akkumuleres fordi mekanisk hver 360 ° gjentas trinn for trinn. Uten belastning vil den fysiske posisjonen til stator- og rotorpolene i forhold til hverandre til enhver tid være den samme.

Resonans

Trinnmotorer har sin egen resonansfrekvens fordi de er fjærvektslignende systemer. Når rytmen er den samme som den naturlige resonansfrekvensen til motoren, kan støyen som genereres av motoren høres og vibrasjonen forsterkes.

Resonanspunktet avhenger av motorapplikasjonen, dens belastning, men generelt varierer resonansfrekvensen fra 70 til 120 trinn per sekund. I verste fall vil motoren miste kontrollnøyaktigheten hvis den går i resonans.

En enkel måte å unngå systemresonansproblemer på er å endre rytmen bort fra resonanspunktet. I halv- eller mikrotrinnsmodus reduseres resonansproblemet fordi resonanspunktet forlates når hastigheten øker.

Dreiemoment

Dreiemomentet til en trinnmotor er en funksjon av: trinnhastighet, statorviklingsstrøm, motortype. Kraften til en bestemt trinnmotor er også relatert til disse tre faktorene.Dreiemomentet til en trinnmotor er summen av friksjonsmomentet og treghetsmomentet.

Friksjonsmomentet i gram per centimeter er kraften som kreves for å flytte en last som veier et visst antall gram med en spakarm som er 1 cm lang. Det er viktig å merke seg at når trinnhastigheten til motoren øker, vil den bakre EMF i motoren , det vil si at spenningen som genereres av motoren øker. Dette begrenser strømmen i statorviklingene og reduserer dreiemomentet.