Žingsninio variklio valdymas

Elektros varikliai elektros energiją paverčia mechanine energija, o kaip ir žingsniniai varikliai, elektros impulsų energiją paverčia sukamaisiais rotoriaus judesiais. Judesys, sugeneruotas veikiant kiekvienam impulsui, inicijuojamas ir kartojamas labai tiksliai, todėl rutuliniai varikliai efektyviai varo įrenginius, kuriems reikia tikslios padėties.

Nuolatinio magneto žingsninius variklius sudaro: nuolatinio magneto rotorius, statoriaus apvijos ir magnetinė šerdis. Energijos ritės sukuria magnetinius šiaurės ir pietų polius, kaip parodyta. Judantis statoriaus magnetinis laukas verčia rotorių visą laiką lygiuotis su juo. Šį besisukantį magnetinį lauką galima sureguliuoti valdant statoriaus ritių serijinį sužadinimą, kad suktų rotorių.

Paveikslėlyje parodyta dviejų fazių variklio tipinio sužadinimo metodo schema. A fazėje įjungiamos dvi statoriaus ritės, todėl rotorius prisitraukia ir užsifiksuoja, nes priešingi magnetiniai poliai traukia vienas kitą.Išjungus A fazės apvijas, įjungiamos B fazės apvijos, rotorius sukasi pagal laikrodžio rodyklę (angliškai CW - pagal laikrodžio rodyklę, CCW - prieš laikrodžio rodyklę) 90 °.

Tada B fazė išsijungia ir A fazė įsijungia, tačiau dabar poliai yra priešingi tiems, kurie buvo pačioje pradžioje. Tai veda į kitą 90 ° posūkį. Tada fazė A išjungiama, fazė B įjungiama atvirkštiniu poliškumu. Kartodami šiuos veiksmus, rotorius suksis pagal laikrodžio rodyklę 90° žingsniais.

Paveikslėlyje parodytas laipsniškas valdymas vadinamas vienfaziu valdymu. Labiau priimtinas pakopinio valdymo būdas yra dviejų fazių aktyvusis valdymas, kai abi variklio fazės visada įjungtos, tačiau vienoje iš jų keičiasi poliškumas, kaip parodyta paveikslėlyje.

Šis valdymas priverčia žingsninio variklio rotorių judėti taip, kad jis susilygintų su kiekvienu žingsniu suformuotų šiaurinio ir pietų polių centre, tarp magnetinės grandinės iškyšų. Kadangi abi fazės visada įjungtos, šis valdymo metodas suteikia 41,4 % didesnį sukimo momentą nei valdymas su viena aktyvia faze, bet reikalauja dvigubai daugiau elektros energijos.

Pusė žingsnio

Žingsninis variklis taip pat gali būti „pusiau pakopinis“, tada fazinio perėjimo metu pridedama išjungimo pakopa. Tai sumažina žingsnio kampą per pusę. Pavyzdžiui, vietoj 90 ° žingsninis variklis gali apsisukti 45 ° kiekviename „pusės žingsnyje“, kaip parodyta paveikslėlyje.

Tačiau pusės žingsnio režimas sumažina sukimo momentą 15-30%, palyginti su žingsnio valdymu su dviem aktyviomis fazėmis, nes viena iš apvijų yra neaktyvi pusę žingsnio ir dėl to galiausiai prarandama elektromagnetinė jėga, veikianti rotorius, ty grynasis sukimo momento nuostolis.

Bipolinė ritė

Dviejų fazių pakopų valdymas reiškia, kad yra dviejų polių statoriaus apvija. Kiekviena fazė turi savo ritę, o srovę apverčiant per rites, keičiasi ir elektromagnetiniai poliškumas. Pradinis etapas yra tipiškas dviejų fazių vairuotojas parodyta paveiksle. Valdymo schema parodyta lentelėje. Matyti, kaip paprasčiausiai keičiant srovės kryptį per rites galima pakeisti magnetinį poliškumą fazėse.

Vienpolis ritė

Kitas tipiškas ritės tipas yra vienpolis ritė.Čia ritės yra padalintos į dvi dalis ir įjungus vieną ritės dalį sukuriamas šiaurės ašigalis, įjungus kitą dalį – pietinis polius. Šis sprendimas vadinamas vienpoline rite, nes už srovę atsakingas elektrinis poliškumas niekada nesikeičia. Valdymo etapai parodyti paveikslėlyje.

Ši konstrukcija leidžia naudoti paprastesnį elektroninį bloką. Tačiau čia prarandama beveik 30% sukimo momento, palyginti su dvipoliu ritė, nes ritės turi pusę laido kaip dvipolio ritės.

Kiti pasvirimo kampai

Norint gauti mažesnius žingsnio kampus, tiek rotoriaus, tiek statoriaus polių skaičius turi būti didesnis. 7,5° rotorius turi 12 polių porų, o statoriaus magnetinė šerdis turi 12 išsikišimų. Dvi ritės ausys ir dvi ritės.

Tai suteikia 48 polius kiekvienam 7,5° žingsniui. Paveiksle galite matyti 4 polių antgalius skyriuje. Žinoma, galima derinti žingsnius, kad būtų pasiekti dideli poslinkiai, pavyzdžiui, šeši 7,5° žingsniai sukels rotoriaus apsisukimą 45°.

Tikslumas

Žingsninių variklių tikslumas yra 6-7% per žingsnį (be kaupimo). Žingsninis variklis su 7,5° žingsniais visada bus 0,5° atstumu nuo teoriškai numatytos padėties, nesvarbu, kiek žingsnių jau buvo atlikta. Klaida nesikaups, nes mechaniškai kas 360° kartojama žingsnis po žingsnio. Be apkrovos statoriaus ir rotoriaus polių fizinė padėtis vienas kito atžvilgiu visada bus vienoda.

Rezonansas

Žingsniniai varikliai turi savo rezonansinį dažnį, nes jie yra spyruoklinio svorio sistemos. Kai ritmas sutampa su natūralaus variklio rezonanso dažniu, girdimas variklio keliamas triukšmas ir sustiprėja vibracija.

Rezonanso taškas priklauso nuo variklio pritaikymo, jo apkrovos, tačiau paprastai rezonanso dažnis svyruoja nuo 70 iki 120 žingsnių per sekundę. Blogiausiu atveju variklis praras valdymo tikslumą, jei pereis į rezonansą.

Lengvas būdas išvengti sistemos rezonanso problemų yra pakeisti ritmą nuo rezonanso taško. Pusės arba mikro žingsnio režime rezonanso problema sumažėja, nes didėjant greičiui rezonanso taško atsisakoma.

Sukimo momentas

Žingsninio variklio sukimo momentas priklauso nuo: žingsnio greičio, statoriaus apvijos srovės, variklio tipo. Tam tikro žingsninio variklio galia taip pat susijusi su šiais trimis veiksniais.Žingsninio variklio sukimo momentas yra trinties ir inercinio sukimo momento suma.

Trinties sukimo momentas gramais viename centimetre – tai jėga, reikalinga tam tikrą gramų skaičių sveriančiam kroviniui pajudinti 1 cm ilgio svirties svirtimi. Svarbu atkreipti dėmesį, kad didėjant variklio žingsnio greičiui, variklyje esantis galinis EMF ty variklio sukuriama įtampa didėja. Tai riboja statoriaus apvijų srovę ir sumažina sukimo momentą.