Nguyên tắc cơ bản của hoạt động cơ bước

Động cơ với một số lượng lớn các giai đoạn cũng trưng bày hoạt động mượt mà hơn so với những với giai đoạn ít hơn điều này cũng có thể đạt được thông qua việc sử dụng một ổ đĩa bước vi..

Nguyên tắc cơ bản của hoạt động

Động cơ bước hoạt động khác nhau từ DC bàn chải động cơ, mà quay khi điện áp

áp dụng cho các thiết bị đầu cuối của họ Động cơ bước, mặt khác, có nhiều hiệu quả

"Răng" nam châm điện bố trí xung quanh một mảnh trung tâm thiết bị hình chữ sắt Các

nam châm điện phải được cấp điện bởi một mạch điều khiển bên ngoài, chẳng hạn như một vi điều khiển Đến

làm cho trục quay động cơ, đầu tiên một nam châm điện được cho quyền lực, mà làm cho

bánh răng của từ tính thu hút cho răng của nam châm điện Khi răng của bánh răng

như vậy đã được liên kết với các nam châm điện đầu tiên, họ được một chút bù đắp từ các tiếp theo

nam châm điện Vì vậy, khi các nam châm điện tiếp theo được bật và là người đầu tiên bị tắt, các bánh răng quay một chút để phù hợp với kế tiếp, và từ đó quá trình này là

lặp đi lặp lại Mỗi người quay nhỏ được gọi là một "bước", với một số nguyên

các bước thực hiện một vòng quay đầy đủ Bằng cách đó, động cơ có thể được quay bằng một góc chính xác

Bước đặc điểm động cơ

1 Động cơ bước là thiết bị điện liên tục

2 Như động cơ bước tăng tốc độ, mô-men xoắn giảm (Tối đa triển lãm động cơ nhất

Mô-men xoắn khi văn phòng phẩm, tuy nhiên mô-men xoắn của động cơ khi tĩnh "giữ mô-men xoắn '

xác định khả năng của động cơ để duy trì một vị trí mong muốn trong khi đang có tải bên ngoài)

3 Đường cong mô-men xoắn có thể được mở rộng bằng cách sử dụng trình điều khiển hạn chế hiện hành và tăng

điện áp lái xe (đôi khi được gọi là "trực thăng" mạch, có rất nhiều ra khỏi

thời hạn sử dụng chip điều khiển có khả năng làm điều này một cách đơn giản)

4 Động cơ bước thể hiện sự rung động hơn so với các loại động cơ khác, như các bước riêng biệt có xu hướng

chụp cánh quạt từ một vị trí khác (gọi là chốt để chận) Sự rung động làm cho

động cơ bước ồn ào hơn động cơ DC

5 Rung động này có thể trở nên rất xấu tại một số tốc độ và có thể gây ra động cơ để mất

Mô-men xoắn hoặc mất phương hướng Điều này là do các cánh quạt được tổ chức trong một từ trường

hoạt động như một mùa xuân Trên mỗi bước overshoots cánh quạt và bị trả lại,

"Chuông" ở tần số cộng hưởng của nó Nếu tần số bước phù hợp với cộng hưởng

tần số sau đó tăng lên chuông và động cơ đi ra khỏi đồng bộ, kết quả

trong lỗi vị trí hoặc thay đổi hướng Lúc tồi tệ nhất có một thiệt hại hoàn toàn kiểm soát và giữ mô-men xoắn động cơ để có thể dễ dàng khắc phục bằng cách tải và quay gần như tự do

6 Hiệu quả có thể được giảm thiểu bằng cách đẩy nhanh tốc độ nhanh chóng thông qua các vấn đề

phạm vi, thể chất giảm xóc (giảm chấn ma sát) hệ thống, hoặc sử dụng một vi bước

lái xe

7 Động cơ với một số lượng lớn các giai đoạn cũng trưng bày hoạt động mượt mà hơn so với những

với giai đoạn ít hơn (điều này cũng có thể đạt được thông qua việc sử dụng một ổ đĩa bước vi

Vòng hở so với vòng kín ân giảm

Bước thường được commutated vòng lặp mở, tức là trình điều khiển động cơ bước không có thông tin phản hồi trên

nơi cánh quạt thực sự Hệ thống động cơ bước phải như vậy, nói chung là hơn

thiết kế, đặc biệt là nếu quán tính tải cao, hoặc có được rộng rãi tải khác nhau, do đó,

không có khả năng động cơ sẽ mất bước Điều này thường gây ra hệ thống

thiết kế để xem xét sự đánh đổi giữa một kích thước chặt chẽ nhưng đắt

hệ thống cơ cấu servo và một bước quá khổ nhưng tương đối rẻ

Một bước phát triển mới trong kiểm soát là để kết hợp một thông tin phản hồi vị trí rotor (ví dụ như một

mã hóa hoặc giải quyết), để các ân giảm có thể được thực hiện tối ưu cho thế hệ mô-men xoắn theo thực tế rotor Này quay động cơ bước vào một số cực cao

không chổi than động cơ servo, đặc biệt với mô-men xoắn tốc độ thấp và độ phân giải vị trí Một trước về kỹ thuật này là bình thường chạy xe ở chế độ vòng lặp mở, và chỉ

vào chế độ vòng khép kín nếu sai số vị trí cánh quạt trở nên quá lớn - điều này sẽ cho phép

hệ thống để tránh săn bắn hoặc dao động, một vấn đề servo chung

Các loại động cơ bước

Có ba loại chính của động cơ bước: [1]

1 Nam châm vĩnh cửu bước (có thể được chia vào 'tin-có thể' và 'lai', thiếc có thể

là một sản phẩm rẻ hơn, và lai với vòng bi chất lượng cao hơn, góc bước nhỏ hơn,

mật độ năng lượng cao hơn)

2 Hybrid đồng bộ bước

3 Miễn cưỡng bước biến

4 Lavet loại động cơ bước

Động cơ nam châm vĩnh cửu sử dụng nam châm vĩnh cửu (PM) trong các cánh quạt và hoạt động theo

thu hút hoặc lực đẩy giữa các cánh quạt PM và nam châm điện stato Biến

miễn cưỡng (VR) động cơ có cánh quạt sắt đồng bằng và hoạt động dựa trên nguyên tắc

miễn cưỡng tối thiểu xảy ra với khoảng cách tối thiểu, do đó các điểm thu hút rotor

về phía các cực nam châm stato Hybrid động cơ bước được đặt tên bởi vì họ sử dụng một

sự kết hợp của PM và kỹ thuật VR để đạt được công suất tối đa trong một gói nhỏ

kích thước

Hai pha động cơ bước

Có hai sắp xếp quanh co cơ bản cho các cuộn dây điện từ trong một giai đoạn hai

động cơ bước: lưỡng cực và đơn cực

Động cơ đơn cực

Một động cơ bước đơn cực có hai cuộn dây cho mỗi giai đoạn, một cho mỗi hướng của từ trường lĩnh vực Vì trong sự sắp xếp này một cực từ có thể được đảo ngược mà không cần chuyển đổi các

hướng hiện tại, các mạch chỉnh lưu có thể được thực hiện rất đơn giản (ví dụ như một đơn

bóng bán dẫn) cho mỗi cuộn dây Thông thường, với một giai đoạn, một đầu của mỗi cuộn dây được thực hiện

chung: cho ba khách hàng tiềm năng cho mỗi giai đoạn và sáu dẫn cho một động cơ hai giai đoạn điển hình Thường xuyên,

hai Commons giai đoạn được nối nội bộ, do đó động cơ chỉ có năm khách hàng tiềm năng

Một vi điều khiển hoặc điều khiển động cơ bước có thể được sử dụng để kích hoạt các bóng bán dẫn ổ đĩa

theo thứ tự đúng, và dễ dàng hoạt động này làm cho động cơ đơn cực phổ biến với

người có sở thích, họ có thể là cách rẻ nhất để có được phong trào góc chính xác

Đơn cực bước cuộn dây động cơ

(Đối với thí nghiệm, một cách để phân biệt dây phổ biến từ một cuộn dây cấp là bằng cách

đo điện trở Kháng giữa dây thông thường và cuộn dây cấp luôn luôn là

một nửa của nó là gì giữa các cuộn dây cấp và dây cuộn dây cấp Điều này là do có gấp đôi chiều dài cuộn giữa hai đầu và chỉ một nửa từ trung tâm (dây chung) để kết thúc.) Một

cách nhanh chóng để xác định động cơ bước được làm việc là ngắn mạch hai cặp

và cố gắng biến trục, bất cứ khi nào một cao hơn kháng bình thường được cảm nhận, nó chỉ ra rằng các mạch để cuộn dây đặc biệt được đóng lại và rằng giai đoạn đang làm việc

Động cơ lưỡng cực

Lưỡng cực động cơ có một cuộn dây duy nhất cho mỗi giai đoạn Dòng điện trong một nhu cầu quanh co được

đảo ngược để đảo ngược cực từ, do đó mạch lái xe phải có nhiều hơn

phức tạp, đặc biệt với một sự sắp xếp cầu H (tuy nhiên có một số ra khỏi

thời hạn sử dụng chip điều khiển có sẵn để tạo ra một mối quan hệ đơn giản này) Có hai dẫn cho mỗi giai đoạn,

không có gì là phổ biến

Hiệu ứng ma sát sử dụng một cầu H đã được quan sát với ổ đĩa nhất định cấu trúc liên kết

[Cần dẫn nguồn]

Bởi vì cuộn dây được sử dụng tốt hơn, họ còn mạnh hơn một động cơ đơn cực của

cùng trọng lượng Điều này là do không gian vật lý chiếm đóng bởi các cuộn dây Một đơn cực động cơ có gấp đôi số lượng dây trong cùng một không gian, nhưng chỉ có một nửa được sử dụng tại bất kỳ điểm nào trong

thời gian, do đó là 50% hiệu quả (khoảng 70% sản lượng mô-men xoắn có sẵn)

Mặc dù lưỡng cực là phức tạp hơn để lái xe, sự phong phú của chip điều khiển phương tiện này là

ít nhiều khó khăn để đạt được

Một bước 8 chì là vết thương như một bước đơn cực, nhưng dẫn được không tham gia vào phổ biến trong nội bộ để động cơ Loại động cơ có thể được nối trong một số cấu hình:

* Đơn cực

* Lưỡng cực với cuộn dây loạt Điều này cho phép điện cảm cao hơn nhưng thấp hơn hiện tại cho mỗi quanh co

* Lưỡng cực với cuộn dây song song Điều này đòi hỏi cao hơn hiện tại nhưng có thể thực hiện tốt hơn là

quanh co cảm là giảm

* Lưỡng cực với một cuộn dây duy nhất cho mỗi giai đoạn Phương pháp này sẽ chạy xe máy trên chỉ có một nửa

cuộn dây có sẵn, mà sẽ làm giảm mô-men xoắn có sẵn tốc độ thấp nhưng đòi hỏi ít

hiện tại

Cao hơn giai đoạn số động cơ bước

Nhiều giai đoạn động cơ bước với nhiều giai đoạn có xu hướng có mức độ thấp hơn nhiều rung động,

mặc dù chi phí sản xuất cao hơn Động cơ có xu hướng được gọi là 'lai' và

có bộ phận gia công đắt hơn, nhưng cũng vòng bi chất lượng cao hơn Mặc dù họ là

đắt tiền hơn, họ không có một mật độ năng lượng cao hơn và với ổ đĩa thích hợp

điện tử thực sự phù hợp hơn với các ứng dụng [cần dẫn nguồn], tuy nhiên giá

luôn luôn là một yếu tố quan trọng Máy in máy tính có thể sử dụng thiết kế lai

Bước động cơ truyền động mạch

Bước hiệu suất động cơ phụ thuộc rất nhiều vào các mạch điều khiển Đường cong mô-men xoắn

có thể được mở rộng với tốc độ lớn hơn nếu các cực stator có thể phục hồi một cách nhanh chóng hơn,

yếu tố hạn chế là cảm quanh co Để khắc phục những cảm và chuyển đổi

cuộn dây một cách nhanh chóng, người ta phải tăng điện áp ổ đĩa Điều này dẫn đến sự cần thiết tiếp tục

các hạn chế hiện nay là các điện áp cao nếu không có thể gây ra

L / R mạch ổ đĩa

L / R mạch ổ đĩa cũng được gọi là ổ điện áp không đổi vì một hằng số

điện áp tích cực hay tiêu cực được áp dụng cho mỗi cuộn dây để thiết lập vị trí bước Tuy nhiên,

nó là quanh co hiện tại, không điện áp áp dụng mô-men xoắn cho động cơ bước trục Các

tôi hiện tại trong mỗi cuộn dây có liên quan đến điện áp V được áp dụng bởi các quanh co cảm L

và quanh co kháng R kháng R xác định tối đa hiện tại

theo định luật Ohm I = V / R Độ tự cảm L xác định tỷ lệ tối đa của sự thay đổi

của dòng điện trong cuộn dây theo công thức cho một Cuộn cảm dI / dt = V / L Do đó

khi điều khiển bởi một L / R ổ đĩa, tốc độ tối đa của động cơ bước được giới hạn bởi nó

cảm vì tại một số tốc độ, điện áp U sẽ được thực hiện nhanh hơn so với hiện tại tôi

có thể theo kịp Trong thuật ngữ đơn giản tốc độ thay đổi của hiện tại là LXR (ví dụ như một 10mH

cảm với 2 ohms kháng sẽ mất 5 mili giây để đạt xấp xỉ 2/3 của mô-men xoắn tối đa

hoặc khoảng 0,1 giây để đạt được 99% mô-men xoắn tối đa) Để có được mô-men xoắn cao ở tốc

độ cao

đòi hỏi một điện áp lớn với một sức đề kháng thấp và tự cảm thấp Với một L / R ổ đĩa

nó có thể điều khiển động cơ điện trở điện áp thấp với một ổ điện áp cao hơn chỉ đơn giản bằng thêm một điện trở bên ngoài trong loạt với mỗi cuộn dây Điều này sẽ lãng phí năng lượng trong

điện trở, và tạo ra nhiệt Do đó nó được coi là một lựa chọn có hiệu suất thấp, mặc dù

đơn giản và rẻ tiền

Chopper bước mạch ổ đĩa

Chopper bước mạch ổ đĩa cũng được gọi là ổ đĩa hiện hành liên tục bởi vì

họ tạo ra một hiện hơi liên tục trong mỗi cuộn dây chứ không phải áp dụng một

điện áp không đổi Trên mỗi bước tiến mới, một điện áp rất cao được áp dụng cho các cuộn dây ban đầu

Điều này làm cho hiện tại trong cuộn dây tăng nhanh chóng kể từ khi dI / dt = V / L trong đó V

là rất

lớn Dòng điện trong mỗi cuộn dây được giám sát bởi bộ điều khiển, thông thường bằng cách đo điện áp trên một điện trở cảm giác nhỏ trong series với mỗi cuộn dây Khi hiện nay

vượt quá giới hạn hiện tại quy định, điện áp bị tắt hoặc "cắt nhỏ", thường sử dụng

bóng bán dẫn điện Khi quanh co hiện tại giảm xuống dưới mức giới hạn quy định, điện áp bật lên Bằng cách này, hiện nay được tổ chức tương đối ổn định cho một bước cụ thể

vị trí Điều này đòi hỏi thiết bị điện tử khác để cảm nhận dòng quanh co, và kiểm soát

chuyển đổi, nhưng nó cho phép động cơ bước được điều khiển với mô-men xoắn cao ở tốc độ cao

hơn L / R ổ đĩa Điện tử tích hợp cho mục đích này là phổ biến rộng rãi

Giai đoạn hiện nay dạng sóng

Một động cơ bước là một nhiều pha AC động cơ đồng bộ (xem Lý thuyết dưới đây), và nó là

lý tưởng thúc đẩy bởi sin hiện nay Một bước sóng đầy đủ là một xấp xỉ tổng của một

hình sin, và là lý do tại sao động cơ thể hiện quá nhiều rung động Ổ đĩa khác nhau

kỹ thuật đã được phát triển để tương ứng với một dạng sóng hình sin ổ đĩa tốt hơn:

chúng được nửa bước và vi bước

Chế độ lái khác nhau cho thấy cuộn dây hiện trên 4 giai đoạn đơn cực động cơ bước

Ổ sóng

Trong phương pháp ổ đĩa này chỉ là một giai đoạn duy nhất được kích hoạt tại một thời điểm Nó

có cùng số

bước như ổ đĩa bước đầy đủ, nhưng động cơ sẽ có ít hơn mô-men xoắn đánh giá đáng kể Nó hiếm khi được sử dụng

Ổ đĩa đầy đủ bước (hai giai đoạn trên)

Đây là phương pháp thông thường cho các bước đầy đủ lái xe động cơ Hai giai đoạn là luôn luôn trên Các

động cơ sẽ có đầy đủ mô-men xoắn đánh giá

Nửa bước

Khi một nửa bước, các ổ khuyết giữa hai giai đoạn trên và một giai đoạn duy nhất trên

Điều này làm tăng độ phân giải góc, nhưng động cơ cũng có ít mô-men xoắn (khoảng 70%)

ở vị trí nửa bước (mà chỉ có một giai đoạn duy nhất là trên) Điều này có thể được giảm nhẹ bằng tăng hiện trong cuộn dây hoạt động để bù đắp Lợi thế của một nửa

bước là điện tử ổ đĩa không cần phải thay đổi để hỗ trợ nó

Vi bước

Những gì thường được gọi là vi bước thực sự là "sin cos vi bước" trong

mà hiện tại quanh co xấp xỉ một AC dạng sóng hình sin Sin cos

vi bước là hình thức phổ biến nhất, nhưng dạng sóng khác được sử dụng [1] Bất kể

các dạng sóng được sử dụng, như các microsteps trở nên nhỏ hơn, hoạt động động cơ trở nên mịn màng, do đó giúp giảm thiểu sự cộng hưởng trong bất kỳ bộ phận động cơ có thể được kết nối với,

cũng như bản thân động cơ Độ phân giải sẽ bị giới hạn bởi stiction cơ khí, phản ứng dữ dội,

và các nguồn khác của lỗi giữa động cơ và các thiết bị đầu cuối Giảm thiểu thiết bị có thể

được sử dụng để tăng độ phân giải của định vị

Kích thước lặp lại bước là một tính năng động cơ bước quan trọng và một lý do cơ bản cho

sử dụng trong định vị

Ví dụ: nhiều động cơ bước lai hiện đại được đánh giá cao như vậy mà việc đi lại của tất cả đầy đủ

bước (ví dụ 1,8 độ mỗi bước đầy đủ hoặc 200 bước đầy đủ cho mỗi cuộc cách mạng) sẽ nằm trong phạm vi 3%

hoặc 5% việc đi lại của tất cả các bước đầy đủ khác, miễn là động cơ được hoạt động trong phạm

vi của nó

quy định phạm vi hoạt động Một số nhà sản xuất cho thấy động cơ của họ có thể dễ dàng

duy trì 3% hoặc 5% kích thước bình đẳng du lịch bước như kích thước bước giảm từ đầy đủ bước xuống đến 1/10 bước Sau đó, như số lượng ước vi bước phát triển, bước

kích thước lặp lại làm giảm Tại giảm kích thước bước lớn có thể phát hành nhiều

lệnh MicroStep trước khi bất kỳ chuyển động xảy ra ở tất cả và sau đó chuyển động có thể là một

"Nhảy" vào một vị trí mới

Lý thuyết động cơ bước

Một động cơ bước có thể được xem như là một động cơ AC đồng bộ với số lượng cực (trên

cả rotor và stator) tăng, chăm sóc mà họ không có mẫu số chung

Ngoài ra, vật liệu từ mềm với nhiều răng trên rotor và stator với giá rẻ

nhân số cực (miễn cưỡng động cơ) Động cơ bước hiện đại của thiết kế lai,

có cả nam châm vĩnh cửu và lõi sắt mềm

Để đạt được đầy đủ mô-men xoắn đánh giá, các cuộn dây trong một động cơ bước phải đạt đầy

đủ đánh giá của họ

hiện tại trong mỗi bước Quanh co cảm và EMF đảo ngược được tạo ra bởi một chuyển động cánh quạt có xu hướng chống lại sự thay đổi trong ổ đĩa hiện hành, vì vậy mà tốc độ động cơ lên,

ít hơn và

ít thời gian là dành ở đầy đủ hiện nay - do đó làm giảm mô-men xoắn động cơ Như tốc độ hơn nữa

tăng, hiện nay sẽ không đạt được giá trị đánh giá, và cuối cùng động cơ sẽ ngừng

sản xuất mô-men xoắn

Kéo trong mô-men xoắn

Đây là biện pháp của mô-men xoắn được sản xuất bởi một động cơ bước khi nó được điều hành

mà không có một nhà nước tăng tốc Ở tốc độ thấp, động cơ bước có thể đồng bộ hóa chính nó với

một ma sát áp dụng tần số bước, và kéo-trong này mô-men xoắn phải vượt qua và quán tính Nó là

quan trọng để đảm bảo rằng tải trọng trên động cơ ma sát chứ không phải là quán tính như

ma sát giảm bất kỳ dao động không mong muốn

Kéo ra mô-men xoắn

Động cơ bước kéo ra mô-men xoắn được đo bằng cách thúc đẩy động cơ mong muốn

tốc độ và sau đó tăng tải mô-men xoắn cho đến khi các quầy hàng động cơ hoặc bỏ qua bước này Này

đo lường được thực hiện trên một phạm vi rộng của tốc độ và kết quả được sử dụng để

tạo ra đường cong hiệu suất động cơ bước của năng động Như đã đề cập bên dưới đường cong này là

bị ảnh hưởng bởi điện áp lái xe, lái xe kỹ thuật chuyển mạch hiện tại và hiện tại Một nhà thiết kế

có thể

bao gồm một hệ số an toàn giữa các mô-men xoắn đánh giá và ước tính mô-men xoắn đầy tải cần thiết cho các ứng dụng

Mô-men xoắn chốt để chận

Đồng bộ động cơ điện sử dụng nam châm vĩnh cửu có một vị trí còn lại nắm giữ

mô-men xoắn (gọi là mô-men xoắn chốt để chận hoặc cogging, và đôi khi bao gồm trong các thông số kỹ thuật)

khi không điều khiển bằng điện Mềm lõi sắt miễn cưỡng không thể hiện hành vi này

Bước xếp hạng động cơ và thông số kỹ thuật

Động cơ bước biển hiệu thường cho chỉ quanh co hiện tại và đôi khi

điện áp và kháng cự quanh co Điện áp đánh giá sẽ sản xuất đánh giá quanh co hiện tại

tại DC: nhưng đây là chủ yếu là một đánh giá có ý nghĩa, như tất cả các trình điều khiển hiện đại hiện nay hạn chế

và ổ điện áp rất nhiều vượt quá mức điện áp động cơ

Mô-men xoắn thấp tốc độ của một bước sẽ thay đổi trực tiếp với hiện tại Làm thế nào một cách nhanh chóng các mô-men xoắn rơi khỏi

ở tốc độ nhanh hơn phụ thuộc vào cảm quanh co và các mạch ổ đĩa được gắn

để, đặc biệt là điện áp lái xe

Bước cần được kích thước theo công bố đường cong mô-men xoắn, được xác định bởi các nhà sản xuất ở điện áp ổ đĩa cụ thể hoặc sử dụng mạch dẫn động riêng của họ

Ứng dụng

Máy tính điều khiển động cơ bước là một trong những hình thức linh hoạt nhất của vị trí

hệ thống Họ được kiểm soát kỹ thuật số thông thường như là một phần của một hệ thống vòng lặp mở, và

đơn giản hơn và chắc chắn hơn so với các hệ thống servo vòng kín

Ứng dụng công nghiệp là trong lựa chọn tốc độ cao và thiết bị địa điểm và đa trục

máy máy CNC thường trực tiếp lái xe vít chì hoặc ballscrews Trong lĩnh vực

laser và quang học họ thường được sử dụng trong các thiết bị định vị chính xác như

thiết bị truyền động tuyến tính, giai đoạn tuyến tính, giai đoạn quay, goniometers, và gương gắn kết Khác

sử dụng trong máy móc đóng gói, và vị trí của giai đoạn thí điểm van để kiểm soát chất lỏng

hệ thống

Thương mại, động cơ bước được sử dụng trong ổ đĩa mềm, máy quét dạng phẳng, máy tính máy in, máy vẽ, khe máy, và nhiều thiết bị hơn