Krokové motory

Krokový motor je elektromechanické zařízení, které převádí elektrické signály na diskrétní úhlové pohyby hřídele. Použití krokových motorů umožňuje pracovním orgánům strojů provádět přísně dávkované pohyby fixací jejich polohy na konci pohybu.

Krokové motory jsou akční členy, které zajišťují pevné úhlové pohyby (kroky). Jakákoli změna úhlu rotoru je odezvou krokového motoru na vstupní impuls.

Diskrétní elektrický pohon krokovým motorem je přirozeně kombinován s digitálními ovládacími zařízeními, což umožňuje jeho úspěšné použití v digitálně řízených obráběcích strojích, v průmyslových robotech a manipulátorech, v hodinových mechanismech.

Diskrétní elektrický pohon lze realizovat také pomocí série asynchronní elektromotory, který díky speciálnímu ovládání může pracovat v krokovém režimu.

Krokové motory se používají v elektrických pohonech s výkonem od zlomku wattu až po několik kilowattů.Rozšíření výkonové stupnice diskrétního elektrického pohonu lze dosáhnout pomocí sériových asynchronních elektromotorů, které díky vhodnému řízení mohou pracovat v krokovém režimu.

Princip činnosti krokových motorů všech typů je následující. Pomocí elektronického spínače jsou generovány napěťové impulsy, které jsou přiváděny do řídicích cívek umístěných na statoru krokového motoru.

V závislosti na pořadí buzení řídicích cívek dochází v pracovní mezeře motoru k jedné nebo druhé diskrétní změně magnetického pole. Při úhlovém posunutí osy magnetického pole řídicích cívek krokového motoru se jeho rotor diskrétně otáčí podle magnetického pole. Zákon rotace rotoru je dán posloupností, pracovním cyklem a frekvencí řídicích impulsů a také typem a konstrukčními parametry krokového motoru.

Princip činnosti krokového motoru (získání diskrétního pohybu rotoru) bude uvažován na příkladu nejjednoduššího zapojení dvoufázového krokového motoru (obr. 1).

Rýže. 1. Zjednodušené schéma krokového motoru s aktivním rotorem

Krokový motor má dva páry jasně definovaných pólů statoru, na kterých jsou umístěna budicí (řídicí) vinutí: vinutí 3 se svorkami 1H — 1K a vinutí 2 se svorkami 2H — 2K. Každé vinutí se skládá ze dvou částí umístěných na opačných pólech statoru 1 SM.

Rotor v uvažovaném schématu je dvoupólový permanentní magnet.Cívky jsou napájeny impulsy z řídicího zařízení, které převádí jednokanálovou sekvenci vstupních řídicích impulsů na vícekanálovou (podle počtu fází krokového motoru).

Uvažujme činnost krokového motoru za předpokladu, že v počátečním okamžiku je napětí přivedeno na cívku 3. Proud v této cívce zmagnetizuje vertikálně umístěné póly N a 8. V důsledku interakce magnetického pole s trvalým magnet rotoru, bude tento zaujímat rovnovážnou polohu, ve které jsou osy magnetických polí statoru a rotoru stejné.

Poloha bude stabilní, protože na rotor působí synchronizační moment, který má tendenci vrátit rotor do rovnovážné polohy: M = Mmax x sinα,

kde M.max — maximální moment, α — úhel mezi osami magnetických polí statoru a rotoru.

Když řídící jednotka přepne napětí z cívky 3 na cívku 2, vznikne magnetické pole s vodorovnými póly, tzn. magnetické pole statoru provádí diskrétní rotaci se čtvrtinou obvodu statoru. V tomto případě se objeví úhel divergence mezi osami statoru a rotoru α = 90° a na rotor bude působit maximální točivý moment Mmax. Rotor se otočí o úhel α = 90° a zaujme novou stabilní polohu. Rotor motoru se tedy po krokovém pohybu statorového pole pohybuje stupňovitě.

Hlavní režim činnosti krokového motoru je dynamický. Krokové motory, na rozdíl od synchronních motorů, jsou navrženy tak, aby vstoupily do synchronizace z klidu a nuceného elektrického brzdění.Díky tomu krokový elektropohon zajišťuje start, stop, zpětný chod a přechod z jedné frekvence řídicích impulsů na druhou.

Krokový motor se spouští náhlým nebo pozvolným zvyšováním frekvence vstupního signálu z nuly na provozní, zastavení je snižováním nuly a zpětně změnou sledu spínání vinutí krokového motoru.

Krokové motory se vyznačují následujícími parametry: počtem fází (řídících cívek) a schématem jejich zapojení, typem krokového motoru (s aktivním nebo pasivním rotorem), jednorotorovým krokem (úhel natočení rotoru s jedním impulsem ), jmenovité napájecí napětí, maximální statický časový moment, jmenovitý moment, moment setrvačnosti rotoru, frekvence zrychlení.

Krokové motory jsou jednofázové, dvoufázové a vícefázové s aktivním nebo pasivním rotorem. Krokový motor je řízen elektronickou řídicí jednotkou. Příklad schématu ovládání krokového motoru je na obrázku 2.

Rýže. 2. Funkční schéma elektrického pohonu krokového motoru s otevřenou smyčkou

Na vstup bloku 1 je přiveden řídicí signál ve formě napěťových impulsů, který převádí sled impulsů např. na čtyřfázový systém unipolárních impulsů (v souladu s počtem fází krokového motoru) .

Blok 2 generuje tyto impulsy s ohledem na dobu trvání a amplitudu nutnou pro normální činnost spínače 3, na jehož výstupy jsou připojena vinutí krokového motoru 4. Spínač a ostatní bloky jsou napájeny stejnosměrným zdrojem proudu. 5.

Při zvýšených požadavcích na kvalitu diskrétního pohonu se používá uzavřený obvod krokového elektropohonu (obr. 3), který kromě krokového motoru obsahuje měnič P, komutátor K a krokový snímač DSh. U takovéhoto diskrétního pohonu je na vstup automatického regulátoru přiváděna informace o skutečné poloze hřídele pracovního mechanismu RM a otáčkách krokového motoru, který zajišťuje nastavený charakter pohybu pohonu.

Rýže. 3. Funkční schéma diskrétního měniče s uzavřenou smyčkou

Moderní systémy s diskrétními pohony využívají mikroprocesorové řízení. Rozsah aplikací pro pohony krokových motorů se neustále rozšiřuje. Slibné je jejich použití ve svařovacích strojích, synchronizačních zařízeních, páskových a záznamových mechanismech, systémech řízení dodávky paliva pro spalovací motory.

Výhody krokových motorů:

• vysoká přesnost i při otevřené struktuře, tzn. bez snímače úhlu natočení volantu;

• nativní integrace s aplikacemi pro digitální správu;

• nedostatek mechanických spínačů, které často způsobují problémy s jinými typy motorů.

Nevýhody krokových motorů:

• nízký točivý moment, ale ve srovnání s motory s kontinuálním pohonem;

• omezená rychlost;

• vysoká úroveň vibrací v důsledku trhavého pohybu;

• velké chyby a oscilace se ztrátou pulsů v systémech s otevřenou smyčkou.

Výhody krokových motorů výrazně převyšují jejich nevýhody, proto se často používají v případech, kdy stačí malý výkon pohonných zařízení.

V článku jsou použity materiály z knihy Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Elektrická zařízení zemědělských podniků.