Контрола корачног мотора

Електромотори претварају електричну енергију у механичку, а што се тиче корачних мотора, претварају енергију електричних импулса у обртна кретања ротора. Кретање генерисано дејством сваког импулса се покреће и понавља са високом прецизношћу, чинећи моторе са куглицама ефикасним погонима за уређаје који захтевају прецизно позиционирање.

Корачни мотори са сталним магнетом укључују: ротор са перманентним магнетом, намотаје статора и магнетно језгро. Енергетски калемови стварају магнетни северни и јужни пол као што је приказано. Покретно магнетно поље статора приморава ротор да се у сваком тренутку поравна са њим. Ово ротирајуће магнетно поље се може подесити контролисањем серијске побуде статорских намотаја да би се ротор окренуо.

На слици је приказан дијаграм типичне методе побуде за двофазни мотор. У фази А два намотаја статора су под напоном и то узрокује привлачење и закључавање ротора док се супротни магнетни полови привлаче један другог.Када су намотаји фазе А искључени, намотаји фазе Б су укључени, ротор се ротира у смеру казаљке на сату (енглески ЦВ - у смеру казаљке на сату, ЦЦВ - супротно од казаљке на сату) 90 °.

Затим се фаза Б гаси и укључује фаза А, али су полови сада супротни од онога што су били на самом почетку. Ово води до следећег окрета од 90 °. Фаза А се тада искључује, фаза Б се укључује са обрнутим поларитетом. Понављање ових корака ће довести до тога да се ротор окреће у смеру казаљке на сату у корацима од 90°.

Степенасто управљање приказано на слици назива се једнофазно управљање. Прихватљивији начин корачног управљања је двофазно активно управљање, где су обе фазе мотора увек укључене, али се поларитет у једној од њих мења, као што је приказано на слици.

Ова контрола узрокује да се ротор корачног мотора помера тако да се поравна са сваким кораком у центру формираног северног и јужног пола, између избочина магнетног кола. Пошто су обе фазе увек укључене, овај метод управљања обезбеђује 41,4% више обртног момента него контрола са једном активном фазом, али захтева двоструко већу електричну снагу.

Пола корака

Корачни мотор такође може бити "полустепени", затим се додаје степен окидања током фазног прелаза. Ово смањује угао нагиба на пола. На пример, уместо 90°, корачни мотор може да направи ротације од 45° на сваком «полукорак», као што је приказано на слици.

Али режим пола корака уводи губитак обртног момента од 15-30%, у поређењу са степенастом контролом са две активне фазе, јер је један од намотаја неактиван током половине корака и то на крају доводи до губитка електромагнетне силе, која делује на ротор, односно нето губитак обртног момента.

Биполарни калем

Двофазно управљање кораком претпоставља присуство двополног намотаја статора. Свака фаза има свој калем, а када се струја обрне кроз калемове, мењају се и електромагнетни поларитети. Почетна фаза је типична двофазни драјвер приказано на слици. Контролна шема је приказана у табели. Може се видети како је једноставно променом смера струје кроз калемове могуће променити магнетни поларитет у фазама.

Једнополни калем

Други типичан тип завојнице је униполарни калем.Овде су калемови подељени на два дела и када је један део намотаја под напоном, ствара се северни пол, када је други део под напоном, ствара се јужни пол. Ово решење се назива униполарни калем јер се електрични поларитет одговоран за струју никада не мења. Контролне фазе су приказане на слици.

Овај дизајн омогућава употребу једноставнијег електронског блока. Међутим, овде се губи скоро 30% обртног момента у поређењу са биполарним калемом јер калемови имају половину жице као биполарни калем.

Други углови нагиба

За добијање мањих углова нагиба потребно је имати већи број полова и на ротору и на статору. Ротор од 7,5° има 12 парова полова, а магнетно језгро статора има 12 избочина. Две ушице и два калема.

Ово даје 48 полова за сваки корак од 7,5°. На слици можете видети 4-полне папучице у пресеку. Наравно, могуће је комбиновати кораке да би се постигли велики помаци, на пример шест корака од 7,5° ће резултирати ротацијом ротора од 45°.

Прецизност

Тачност корачних мотора је 6-7% по кораку (без акумулације). Корачни мотор са корацима од 7,5° увек ће бити унутар 0,5° од теоретски предвиђене позиције, без обзира колико корака је већ направљено. Грешка се неће акумулирати јер се механички сваких 360 ° понавља корак по корак. Без оптерећења, физички положај полова статора и ротора један у односу на други биће увек исти.

Резонанција

Корачни мотори имају сопствену резонантну фреквенцију јер су системи попут опруге. Када је ритам исти као и природна резонантна фреквенција мотора, може се чути бука коју генерише мотор и вибрација се појачава.

Тачка резонанције зависи од примене мотора, његовог оптерећења, али генерално резонантна фреквенција се креће од 70 до 120 корака у секунди. У најгорем случају, мотор ће изгубити тачност контроле ако пређе у резонанцију.

Једноставан начин да се избегну проблеми са резонанцијом система је промена ритма даље од тачке резонанције. У полу- или микро-корак режиму, проблем резонанције се смањује јер се резонантна тачка напушта како се брзина повећава.

Обртни момент

Обртни момент корачног мотора је функција: брзине корака, струје намотаја статора, типа мотора. Снага одређеног корачног мотора је такође повезана са ова три фактора.Обртни момент корачног мотора је збир момента трења и инерцијалног момента.

Обртни момент трења у грамима по центиметру је сила потребна да се терет тежине одређеног броја грама помери са полугом дужине 1 цм. Важно је напоменути да како се брзина корака мотора повећава, повратна ЕМФ у мотору , односно повећава се напон који генерише мотор. Ово ограничава струју у намотајима статора и смањује обртни момент.