Motors pas a pas

Un motor pas a pas és un dispositiu electromecànic que converteix senyals elèctrics en moviments angulars discrets d'un eix. L'ús de motors pas a pas permet als cossos de treball de les màquines realitzar moviments estrictament dosificats fixant la seva posició al final del moviment.

Els motors pas a pas són actuadors que proporcionen moviments angulars fixos (passos). Qualsevol canvi en l'angle del rotor és la resposta del motor pas a pas al pols d'entrada.

Un motor pas a pas elèctric discret es combina de manera natural amb dispositius de control digital, cosa que permet utilitzar-lo amb èxit en màquines de tall de metalls controlades digitalment, en robots industrials i manipuladors, en mecanismes de rellotge.

També es pot implementar un accionament elèctric discret mitjançant una sèrie motors elèctrics asíncrons, que a causa d'un control especial pot funcionar en mode pas.

Els motors pas a pas s'utilitzen en accionaments elèctrics amb una potència des d'una fracció d'un watt a diversos quilowatts.Es pot aconseguir una ampliació de l'escala de potència d'un accionament elèctric discret mitjançant motors elèctrics asíncrons en sèrie, que, a causa d'un control adequat, poden funcionar en mode pas.

El principi de funcionament dels motors pas a pas de tot tipus és el següent. Amb l'ajuda d'un interruptor electrònic, es generen polsos de tensió, que s'alimenten a les bobines de control situades a l'estator del motor pas a pas.

Depenent de la seqüència d'excitació de les bobines de control, es produeix un o altre canvi discret en el camp magnètic a l'espai de funcionament del motor. Amb el desplaçament angular de l'eix del camp magnètic de les bobines de control del motor pas a pas, el seu rotor gira discretament seguint el camp magnètic. La llei de rotació del rotor està determinada per la seqüència, el cicle de treball i la freqüència dels polsos de control, així com pel tipus i els paràmetres de disseny del motor pas a pas.

El principi de funcionament d'un motor pas a pas (obtenció del moviment discret del rotor) es considerarà utilitzant l'exemple del circuit més simple d'un motor pas a pas de dues fases (Fig. 1).

Arròs. 1. Esquema simplificat d'un motor pas a pas amb un rotor actiu

El motor pas a pas té dos parells de pols d'estator clarament definits sobre els quals es troben els bobinatges d'excitació (control): bobinat 3 amb terminals 1H — 1K i bobinat 2 amb terminals 2H — 2K. Cada bobinatge consta de dues parts situades en pols oposats de l'estator 1 SM.

El rotor de l'esquema considerat és un imant permanent de dos pols.Les bobines s'alimenten amb polsos d'un dispositiu de control que converteix una seqüència d'un sol canal de polsos de control d'entrada en una de multicanal (segons el nombre de fases del motor pas a pas).

Considereu el funcionament d'un motor pas a pas, suposant que en el moment inicial la tensió s'aplica a la bobina 3. El corrent en aquesta bobina magnetitzarà els pols situats verticalment N i 8. Com a resultat de la interacció del camp magnètic amb el permanent imant del rotor, aquest ocuparà una posició d'equilibri en la qual els eixos de l'estator i els camps magnètics del rotor són els mateixos.

La posició serà estable perquè hi ha un moment de sincronització que actua sobre el rotor que tendeix a tornar el rotor a la posició d'equilibri: M = Mmax x sinα,

on M.max — el moment màxim, α — l'angle entre els eixos dels camps magnètics de l'estator i del rotor.

Quan la unitat de control canvia la tensió de la bobina 3 a la bobina 2, es genera un camp magnètic amb pols horitzontals, és a dir. el camp magnètic de l'estator fa una rotació discreta amb un quart de la circumferència de l'estator. En aquest cas, apareixerà un angle de divergència entre els eixos de l'estator i el rotor α = 90 ° i el parell màxim Mmax actuarà sobre el rotor. El rotor girarà en un angle α = 90 ° i prendrà una nova posició estable. Així, després del moviment de pas del camp de l'estator, el rotor del motor es mou gradualment.

El principal mode de funcionament del motor pas a pas és dinàmic. Els motors pas a pas, a diferència dels motors síncrons, estan dissenyats per entrar en sincronisme des de la parada i la frenada elèctrica forçada.Gràcies a això, l'accionament elèctric pas a pas proporciona arrencada, parada, marxa enrere i transició d'una freqüència de polsos de control a una altra.

El motor pas a pas s'engega amb un augment sobtat o gradual de la freqüència del senyal d'entrada de zero a l'operatiu, l'aturada és disminuint el zero i al revés és canviant la seqüència de commutació dels bobinatges del motor pas a pas.

Els motors pas a pas es caracteritzen pels següents paràmetres: el nombre de fases (bobines de control) i el seu esquema de connexió, el tipus de motor pas a pas (amb rotor actiu o passiu), pas d'un sol rotor (l'angle de gir del rotor amb un sol pols). ), tensió nominal d'alimentació, moment màxim de temps estàtic, parell nominal, moment d'inèrcia del rotor, freqüència d'acceleració.

Els motors pas a pas són monofàsics, bifàsics i multifàsics amb un rotor actiu o passiu. El motor pas a pas està controlat per una unitat de control electrònica. A la figura 2 es mostra un exemple d'esquema de control de motor pas a pas.

Arròs. 2. Esquema funcional d'un accionament elèctric de motor pas a pas de llaç obert

Un senyal de control en forma de polsos de tensió es subministra a l'entrada del bloc 1, que converteix la seqüència de polsos, per exemple, en un sistema de quatre fases de polsos unipolars (d'acord amb el nombre de fases del motor pas a pas). .

El bloc 2 genera aquests polsos respecte a la durada i l'amplitud necessàries per al funcionament normal de l'interruptor 3, a les sortides del qual estan connectats els bobinatges del motor pas a pas 4. L'interruptor i els altres blocs són alimentats per una font de corrent continu. 5.

Amb majors requisits per a la qualitat d'un accionament discret, s'utilitza un circuit tancat d'un accionament elèctric pas a pas (Fig. 3), que, a més d'un motor pas a pas, inclou un convertidor P, un commutador K i un sensor de pas DSh. En una unitat tan discreta, la informació sobre la posició real de l'eix del mecanisme de treball RM i la velocitat del motor pas a pas s'alimenta a l'entrada del regulador automàtic, que proporciona la naturalesa establerta del moviment de l'accionament.

Arròs. 3. Esquema funcional d'un variador discret de llaç tancat

Els sistemes d'accionament discrets moderns utilitzen controls de microprocessador. La gamma d'aplicacions per a accionaments de motor pas a pas està en constant expansió. El seu ús és prometedor en màquines de soldadura, dispositius de sincronització, mecanismes de gravació i cinta, sistemes de control de subministrament de combustible per a motors de combustió interna.

Els avantatges dels motors pas a pas:

• alta precisió, fins i tot amb una estructura de bucle obert, és a dir. sense sensor d'angle de direcció;

• integració nativa amb aplicacions de gestió digital;

• manca d'interruptors mecànics que sovint causen problemes amb altres tipus de motors.

Desavantatges dels motors pas a pas:

• parell baix, però en comparació amb els motors d'accionament continu;

• velocitat limitada;

• alt nivell de vibració a causa del moviment brusc;

• grans errors i oscil·lacions amb pèrdua de polsos en sistemes de bucle obert.

Els avantatges dels motors pas a pas superen amb escreix els seus inconvenients, de manera que s'utilitzen sovint en casos en què la petita potència dels dispositius d'accionament és suficient.

L'article utilitza materials del llibre Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Equips elèctrics de les empreses agrícoles.