Koračni motori

Koračni motor je elektromehanički uređaj koji pretvara električne signale u diskretna kutna gibanja osovine. Korištenje koračnih motora omogućuje radnim tijelima strojeva da izvode strogo dozirane pokrete fiksirajući svoj položaj na kraju kretanja.

Koračni motori su aktuatori koji omogućuju fiksna kutna kretanja (korake). Svaka promjena kuta rotora odgovor je koračnog motora na ulazni impuls.

Diskretni elektromotorni koračni pogon prirodno se kombinira s digitalnim upravljačkim uređajima, što mu omogućuje uspješnu primjenu u digitalno upravljanim strojevima za rezanje metala, u industrijskim robotima i manipulatorima, u satnim mehanizmima.

Diskretni električni pogon također se može implementirati pomoću serije asinkroni elektromotori, koji zbog posebne kontrole može raditi u koraku.

Koračni motori koriste se u električnim pogonima snage od djelića vata do nekoliko kilovata.Proširenje ljestvice snage diskretnog elektromotora može se postići korištenjem serijskih asinkronih elektromotora, koji zahvaljujući odgovarajućem upravljanju mogu raditi u koraku.

Princip rada koračnih motora svih vrsta je sljedeći. Uz pomoć elektroničke sklopke generiraju se naponski impulsi koji se dovode do upravljačkih zavojnica smještenih na statoru koračnog motora.

Ovisno o redoslijedu pobude upravljačkih svitaka, u radnom rasporu motora dolazi do jedne ili druge diskretne promjene magnetskog polja. Uz kutni pomak osi magnetskog polja upravljačkih zavojnica koračnog motora, njegov se rotor diskretno okreće prateći magnetsko polje. Zakon rotacije rotora određen je redoslijedom, radnim ciklusom i frekvencijom upravljačkih impulsa, kao i vrstom i konstrukcijskim parametrima koračnog motora.

Načelo rada koračnog motora (postizanje diskretnog kretanja rotora) razmotrit ćemo na primjeru najjednostavnijeg kruga dvofaznog koračnog motora (slika 1).

Riža. 1. Pojednostavljena shema koračnog motora s aktivnim rotorom

Koračni motor ima dva para jasno definiranih polova statora na kojima su smješteni uzbudni (upravljački) namoti: namot 3 sa stezaljkama 1H — 1K i namot 2 sa stezaljkama 2H — 2K. Svaki namot sastoji se od dva dijela smještena na suprotnim polovima statora 1 SM.

Rotor u razmatranoj shemi je dvopolni permanentni magnet.Zavojnice se napajaju impulsima iz upravljačkog uređaja koji pretvara jednokanalni niz ulaznih upravljačkih impulsa u višekanalni (prema broju faza koračnog motora).

Razmotrimo rad koračnog motora, pod pretpostavkom da se u početnom trenutku napon primjenjuje na zavojnicu 3. Struja u ovoj zavojnici će magnetizirati okomito smještene polove N i 8. Kao rezultat interakcije magnetskog polja s trajnim magnet rotora, potonji će zauzeti ravnotežni položaj u kojem su osi magnetskog polja statora i rotora iste.

Položaj će biti stabilan jer na rotoru djeluje sinkronizacijski moment koji nastoji vratiti rotor u ravnotežni položaj: M = Mmax x sinα,

gdje je M.max — maksimalni moment, α — kut između osi magnetskog polja statora i rotora.

Kada upravljačka jedinica prebacuje napon sa zavojnice 3 na zavojnicu 2, stvara se magnetsko polje s vodoravnim polovima, tj. magnetsko polje statora vrši diskretnu rotaciju s četvrtinom opsega statora. U tom slučaju pojavit će se kut odstupanja između osi statora i rotora α = 90 ° i na rotor će djelovati maksimalni moment Mmax. Rotor će se okrenuti za kut α = 90° i zauzeti novi stabilni položaj. Dakle, nakon koračnog gibanja polja statora, rotor motora se kreće korak po korak.

Glavni način rada koračnog motora je dinamički. Koračni motori, za razliku od sinkronih motora, dizajnirani su za ulazak u sinkronizam iz mirovanja i prisilnog električnog kočenja.Zahvaljujući tome, koračni električni pogon omogućuje pokretanje, zaustavljanje, rikverc i prijelaz s jedne frekvencije upravljačkih impulsa na drugu.

Koračni motor se pokreće naglim ili postupnim povećanjem frekvencije ulaznog signala od nule do radne, zaustavljanje smanjenjem nule, a obrnuto promjenom redoslijeda uključivanja namota koračnog motora.

Koračne motore karakteriziraju sljedeći parametri: broj faza (upravljačkih zavojnica) i njihova shema povezivanja, tip koračnog motora (s aktivnim ili pasivnim rotorom), pojedinačni korak rotora (kut zakretanja rotora s jednim impulsom). ), nazivni napon napajanja, maksimalni statički vremenski moment, nazivni moment, moment tromosti rotora, frekvencija ubrzanja.

Koračni motori su jednofazni, dvofazni i višefazni s aktivnim ili pasivnim rotorom. Koračnim motorom upravlja elektronička upravljačka jedinica. Primjer sheme upravljanja koračnim motorom prikazan je na slici 2.

Riža. 2. Funkcionalna shema otvorenog koračnog elektromotornog pogona

Upravljački signal u obliku naponskih impulsa dovodi se na ulaz bloka 1, koji pretvara niz impulsa, na primjer, u četverofazni sustav unipolarnih impulsa (u skladu s brojem faza koračnog motora) .

Blok 2 generira te impulse s obzirom na trajanje i amplitudu potrebnu za normalan rad sklopke 3, na čije su izlaze spojeni namoti koračnog motora 4. Prekidač i ostali blokovi napajaju se izvorom istosmjerne struje. 5.

Uz povećane zahtjeve za kvalitetom diskretnog pogona, koristi se zatvoreni krug koračnog električnog pogona (slika 3), koji osim koračnog motora uključuje pretvarač P, komutator K i korakni senzor DSh. U takvom diskretnom pogonu informacija o stvarnom položaju osovine radnog mehanizma RM i brzini koračnog motora dovodi se na ulaz automatskog regulatora, koji osigurava zadanu prirodu kretanja pogona.

Riža. 3. Funkcionalni dijagram zatvorenog diskretnog pogona

Moderni diskretni pogonski sustavi koriste mikroprocesorske kontrole. Raspon primjene koračnih motornih pogona stalno se širi. Njihova upotreba je obećavajuća u strojevima za zavarivanje, uređajima za sinkronizaciju, mehanizmima za vrpcu i snimanje, sustavima upravljanja dovodom goriva za motore s unutarnjim izgaranjem.

Prednosti koračnih motora:

• visoka točnost, čak i sa strukturom otvorene petlje, tj. bez senzora kuta upravljanja;

• izvorna integracija s aplikacijama za digitalno upravljanje;

• nedostatak mehaničkih prekidača koji često uzrokuju probleme s drugim vrstama motora.

Nedostaci koračnih motora:

• nizak moment, ali u usporedbi s motorima s kontinuiranim pogonom;

• ograničena brzina;

• visoka razina vibracija zbog trzaja;

• velike pogreške i oscilacije s gubitkom impulsa u sustavima s otvorenom petljom.

Prednosti koračnih motora daleko su veće od njihovih nedostataka, pa se često koriste u slučajevima kada je dovoljna mala snaga pogonskih uređaja.

U članku se koriste materijali iz knjige Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Električna oprema poljoprivrednih poduzeća.