Control del motor pas a pas

Els motors elèctrics converteixen l'energia elèctrica en energia mecànica, i pel que fa als motors pas a pas, converteixen l'energia dels impulsos elèctrics en moviments rotatius del rotor. El moviment generat per l'acció de cada pols s'inicia i es repeteix amb alta precisió, fent que els motors de boles siguin eficients per a dispositius que requereixen un posicionament precís.

Els motors pas a pas d'imants permanents inclouen: un rotor d'imants permanents, bobinatges d'estator i un nucli magnètic. Les bobines d'energia creen pols nord i sud magnètics tal com es mostra. El camp magnètic en moviment de l'estator obliga el rotor a alinear-se amb ell en tot moment. Aquest camp magnètic giratori es pot ajustar controlant l'excitació en sèrie de les bobines de l'estator per girar el rotor.

La figura mostra un diagrama d'un mètode d'excitació típic per a un motor bifàsic. A la fase A les dues bobines de l'estator s'engeguen i això fa que el rotor s'atregui i es bloquegi a mesura que els pols magnètics oposats s'atrauen.Quan s'apaguen els bobinatges de la fase A, s'encenen els bobinats de la fase B, el rotor gira en sentit horari (anglès CW - en sentit horari, CCW - en sentit contrari a les agulles del rellotge) 90 °.

Llavors la fase B s'apaga i la fase A s'encén, però els pols ara són oposats al que eren al principi. Això condueix al següent gir de 90 °. Aleshores s'apaga la fase A, s'encén la fase B amb polaritat inversa. Si es repeteixen aquests passos, el rotor girarà en sentit horari en increments de 90°.

El control pas a pas que es mostra a la figura s'anomena control monofàsic. Una manera més acceptable de controlar el pas és el control actiu bifàsic, on les dues fases del motor estan sempre enceses, però la polaritat en una d'elles canvia, tal com es mostra a la figura.

Aquest control fa que el rotor del motor pas a pas es mogui de manera que s'alinei amb cada pas al centre dels pols nord i sud formats, entre els sortints del circuit magnètic. Com que les dues fases estan sempre activades, aquest mètode de control proporciona un 41,4% més de parell que el control amb una fase activa, però requereix el doble de potència elèctrica.

Mig pas

Un motor pas a pas també pot ser "semi-esglaonat", i després s'afegeix una etapa d'activació durant la transició de fase. Això redueix l'angle de to a la meitat. Per exemple, en comptes de 90 °, un motor pas a pas pot fer girs de 45 ° a cada "mig pas", tal com es mostra a la figura.

Però el mode de mig pas introdueix una pèrdua de parell del 15-30%, en comparació amb el control de pas amb dues fases actives, perquè un dels bobinatges està inactiu durant la meitat del pas i això, finalment, comporta una pèrdua de força electromagnètica, actuant sobre el rotor, és a dir, la pèrdua neta de parell.

Bobina bipolar

El control de pas bifàsic suposa la presència d'un bobinat d'estator de dos pols. Cada fase té la seva pròpia bobina, i quan el corrent s'inverteix a través de les bobines, les polaritats electromagnètiques també canvien. L'etapa inicial és típica conductor bifàsic mostrat a la figura. L'esquema de control es mostra a la taula. Es pot veure com simplement canviant la direcció del corrent a través de les bobines és possible canviar la polaritat magnètica en les fases.

Bobina unipolar

Un altre tipus de bobina típica és una bobina unipolar.Aquí les bobines es divideixen en dues parts i quan una part de la bobina s'engega es crea un pol nord, quan l'altra part s'activa, es crea un pol sud. Aquesta solució s'anomena bobina unipolar perquè la polaritat elèctrica responsable del corrent no canvia mai. Les etapes de control es mostren a la figura.

Aquest disseny permet utilitzar un bloc electrònic més senzill. Tanmateix, aquí es perd gairebé el 30% del parell en comparació amb una bobina bipolar perquè les bobines tenen la meitat del cable com a bobina bipolar.

Altres angles d'inclinació

Per obtenir angles de pas més petits, és necessari tenir un nombre més gran de pols tant al rotor com a l'estator. El rotor de 7,5 ° té 12 parells de pols i el nucli magnètic de l'estator té 12 sortints. Dues orelles de bobina i dues bobines.

Això dóna 48 pols per a cada pas de 7,5°. A la figura es poden veure les clavilles de 4 pols en secció. Per descomptat, és possible combinar els passos per aconseguir grans desplaçaments, per exemple, sis passos de 7,5° donaran lloc a una rotació del rotor de 45°.

Precisió

La precisió dels motors pas a pas és del 6-7% per pas (sense acumulació). Un motor pas a pas amb passos de 7,5° sempre estarà a 0,5° de la posició teòricament prevista, sense importar quants passos ja s'hagin fet. L'error no s'acumularà perquè mecànicament cada 360 ° es repeteix pas a pas. Sense càrrega, la posició física dels pols de l'estator i del rotor entre si serà la mateixa en tot moment.

Ressonància

Els motors pas a pas tenen la seva pròpia freqüència de ressonància perquè són sistemes de pes de molla. Quan el ritme és el mateix que la freqüència de ressonància natural del motor, es pot escoltar el soroll generat pel motor i s'amplifica la vibració.

El punt de ressonància depèn de l'aplicació del motor, la seva càrrega, però generalment la freqüència de ressonància oscil·la entre 70 i 120 passos per segon. En el pitjor dels casos, el motor perdrà la precisió del control si entra en ressonància.

Una manera senzilla d'evitar problemes de ressonància del sistema és canviar el ritme lluny del punt de ressonància. En mode de mig o micro pas, el problema de ressonància es redueix perquè el punt de ressonància s'abandona a mesura que augmenta la velocitat.

Parell motor

El parell d'un motor pas a pas és una funció de: velocitat de pas, corrent de bobinat de l'estator, tipus de motor. La potència d'un motor pas a pas en particular també està relacionada amb aquests tres factors.El parell d'un motor pas a pas és la suma del parell de fricció i el parell d'inercia.

El parell de fricció en grams per centímetre és la força necessària per moure una càrrega que pesi un nombre determinat de grams amb un braç de palanca d'1 cm de llarg.És important tenir en compte que a mesura que augmenta la velocitat de pas del motor, la FEM posterior al motor , és a dir, augmenta la tensió generada pel motor. Això limita el corrent als bobinatges de l'estator i redueix el parell.