Οδηγός βηματικού κινητήρα - συσκευή, τύποι και δυνατότητες

Οι βηματικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές σήμερα. Οι κινητήρες αυτού του τύπου διακρίνονται από το γεγονός ότι επιτρέπουν την επίτευξη υψηλής ακρίβειας τοποθέτησης του σώματος εργασίας, σε σύγκριση με άλλους τύπους κινητήρων. Σαφώς, απαιτείται ακριβής αυτόματος έλεγχος για τη λειτουργία του βηματικού κινητήρα. Για το σκοπό αυτό, χρησιμεύουν ως ελεγκτές βηματικού κινητήρα, εξασφαλίζοντας συνεχή και ακριβή λειτουργία των ηλεκτροκινητήρων για διάφορους σκοπούς.

Χονδρικά, η αρχή λειτουργίας ενός βηματικού κινητήρα μπορεί να περιγραφεί ως εξής. Κάθε πλήρης περιστροφή του ρότορα ενός βηματικού κινητήρα αποτελείται από πολλά βήματα. Οι περισσότεροι βηματικοί κινητήρες έχουν σχεδιαστεί για βήματα 1,8 μοιρών και υπάρχουν 200 βήματα ανά πλήρη περιστροφή. Ο ηλεκτροκινητήρας αλλάζει τη θέση βήματος όταν εφαρμόζεται τάση τροφοδοσίας σε μια συγκεκριμένη περιέλιξη στάτη. Η φορά περιστροφής εξαρτάται από την κατεύθυνση του ρεύματος στο πηνίο.

Το επόμενο βήμα είναι η απενεργοποίηση της πρώτης περιέλιξης, η τροφοδοσία παρέχεται στο δεύτερο και ούτω καθεξής, ως αποτέλεσμα, μετά την επεξεργασία κάθε περιέλιξης, ο ρότορας θα κάνει πλήρη περιστροφή. Αλλά αυτή είναι μια πρόχειρη περιγραφή, στην πραγματικότητα οι αλγόριθμοι είναι λίγο πιο περίπλοκοι και αυτό θα συζητηθεί αργότερα.

Αλγόριθμοι ελέγχου βηματικού κινητήρα

Ο έλεγχος βηματικού κινητήρα μπορεί να εφαρμοστεί σύμφωνα με έναν από τους τέσσερις βασικούς αλγόριθμους: μεταβλητή εναλλαγή φάσης, έλεγχος επικάλυψης φάσης, έλεγχος μισού βήματος ή έλεγχος μικροβημάτων.

Στην πρώτη περίπτωση, ανά πάσα στιγμή μόνο μία από τις φάσεις λαμβάνει ισχύ και τα σημεία ισορροπίας του ρότορα κινητήρα σε κάθε βήμα συμπίπτουν με τα βασικά σημεία ισορροπίας - οι πόλοι είναι σαφώς καθορισμένοι.

Ο έλεγχος επικάλυψης φάσης επιτρέπει στον ρότορα να κινείται σε θέσεις μεταξύ των πόλων του στάτη, γεγονός που αυξάνει τη ροπή κατά 40% σε σύγκριση με τον έλεγχο επικάλυψης χωρίς φάση. Η γωνία κλίσης διατηρείται, αλλά η θέση κλειδώματος μετατοπίζεται - βρίσκεται μεταξύ των κορυφών των πόλων του στάτη. Αυτοί οι δύο πρώτοι αλγόριθμοι χρησιμοποιούνται σε ηλεκτρικό εξοπλισμό όπου δεν απαιτείται πολύ υψηλή ακρίβεια.

Ο έλεγχος μισού βήματος είναι ένας συνδυασμός των δύο πρώτων αλγορίθμων: μία φάση (περιέλιξη) ή δύο τροφοδοτούνται από ένα βήμα. Το μέγεθος του βήματος μειώνεται στο μισό, η ακρίβεια τοποθέτησης είναι μεγαλύτερη και η πιθανότητα μηχανικού συντονισμού στον κινητήρα μειώνεται.

Και τέλος, η λειτουργία μικροεπιπέδου.Εδώ, το ρεύμα στις φάσεις αλλάζει σε μέγεθος έτσι ώστε η θέση της στερέωσης του ρότορα ανά βήμα να πέφτει στο σημείο μεταξύ των πόλων και ανάλογα με την αναλογία των ρευμάτων στις ταυτόχρονα συνδεδεμένες φάσεις, μπορούν να ληφθούν πολλά τέτοια βήματα. Ρυθμίζοντας την αναλογία των ρευμάτων, ρυθμίζοντας τον αριθμό των αναλογιών εργασίας, επιτυγχάνονται μικροβήματα — η πιο ακριβής τοποθέτηση του ρότορα.

Δείτε περισσότερες λεπτομέρειες με σχηματικά εδώ: Έλεγχος βηματικού κινητήρα

Πρόγραμμα οδήγησης βηματικού κινητήρα

Για να εφαρμόσετε τον επιλεγμένο αλγόριθμο στην πράξη, εφαρμόστε ένα πρόγραμμα οδήγησης βηματικού κινητήρα… Το πρόγραμμα οδήγησης περιέχει ένα τροφοδοτικό και ένα τμήμα ελεγκτή.

Το τμήμα ισχύος του προγράμματος οδήγησης είναι ενισχυτής ισχύος στερεάς κατάστασης, του οποίου η αποστολή είναι να μετατρέπει τους παλμούς του ρεύματος που εφαρμόζονται στις φάσεις σε κινήσεις του ρότορα: ένας παλμός — ένα ακριβές βήμα ή μικροβαθμός.

Διεύθυνση και μέγεθος του ρεύματος — η κατεύθυνση και το μέγεθος του βήματος. Δηλαδή, το καθήκον της μονάδας ισχύος είναι να παρέχει ένα ρεύμα συγκεκριμένου μεγέθους και κατεύθυνσης στην αντίστοιχη περιέλιξη του στάτη, να διατηρεί αυτό το ρεύμα για κάποιο χρονικό διάστημα και επίσης για γρήγορη ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των ρευμάτων, έτσι ώστε τα χαρακτηριστικά ταχύτητας και ισχύος της συσκευής να ταιριάζουν με την εργασία που εκτελείται.

Όσο πιο τέλειο είναι το τμήμα ισχύος του μηχανισμού κίνησης, τόσο μεγαλύτερη ροπή μπορεί να επιτευχθεί στον άξονα. Γενικά, η τάση προόδου στη βελτίωση των βηματικών κινητήρων και των οδηγών τους είναι η απόκτηση σημαντικής ροπής λειτουργίας από κινητήρες με μικρές διαστάσεις, υψηλή ακρίβεια και ταυτόχρονα διατήρηση υψηλής απόδοσης.

Βηματικός ελεγκτής κινητήρα

Ο ελεγκτής βηματικού κινητήρα είναι ένα έξυπνο μέρος του συστήματος, το οποίο συνήθως κατασκευάζεται με βάση έναν επαναπρογραμματιζόμενο μικροελεγκτή. Ο ελεγκτής είναι υπεύθυνος για ποια ώρα, σε ποιο πηνίο, για πόσο χρόνο και πόσο ρεύμα θα παρέχεται. Ο ελεγκτής ελέγχει τη λειτουργία της μονάδας ισχύος του οδηγού.

Οι προηγμένοι ελεγκτές συνδέονται με έναν υπολογιστή και μπορούν να ρυθμιστούν σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιώντας έναν υπολογιστή. Η δυνατότητα επαναλαμβανόμενου επαναπρογραμματισμού του μικροελεγκτή απαλλάσσει τον χρήστη από την ανάγκη να αγοράσει έναν νέο ελεγκτή κάθε φορά που προσαρμόζεται η εργασία — αρκεί να ρυθμίσετε εκ νέου τον υπάρχοντα, αυτή είναι η ευελιξία, ο ελεγκτής μπορεί εύκολα να αναπροσανατολιστεί μέσω προγραμματισμού για να εκτελέσει νέες λειτουργίες .

Υπάρχει μια μεγάλη γκάμα ελεγκτών βηματικού κινητήρα στην αγορά σήμερα από διάφορους κατασκευαστές που διαθέτουν επεκτάσιμα χαρακτηριστικά. Προγραμματιζόμενοι ελεγκτές υποδηλώνουν την εγγραφή προγραμμάτων και μερικοί περιλαμβάνουν προγραμματιζόμενα λογικά μπλοκ, με τα οποία είναι δυνατή η ευέλικτη διαμόρφωση του αλγόριθμου για τον έλεγχο του βηματικού κινητήρα για μια συγκεκριμένη τεχνολογική διαδικασία.

Δυνατότητες ελεγκτή

Ο έλεγχος βηματικού κινητήρα με ελεγκτή επιτρέπει υψηλή ακρίβεια έως και 20.000 μικροβήματα ανά περιστροφή. Επιπλέον, η διαχείριση μπορεί να πραγματοποιηθεί τόσο απευθείας από υπολογιστή όσο και λόγω προγράμματος ραμμένου στη συσκευή ή μέσω προγράμματος από κάρτα μνήμης. Εάν οι παράμετροι αλλάξουν κατά την εκτέλεση της εργασίας, ο υπολογιστής μπορεί να ερωτήσει τους αισθητήρες, να παρακολουθήσει τις μεταβαλλόμενες παραμέτρους και να αλλάξει γρήγορα τον τρόπο λειτουργίας του βηματικού κινητήρα.

Υπάρχουν στο εμπόριο μπλοκ ελέγχου βηματικού κινητήρα που συνδέονται με: πηγή ρεύματος, κουμπιά ελέγχου, πηγή ρολογιού, βηματικό ποτενσιόμετρο κ.λπ. Αυτά τα μπλοκ σάς επιτρέπουν να ενσωματώσετε γρήγορα έναν βηματικό κινητήρα στον εξοπλισμό για την εκτέλεση επαναλαμβανόμενων κυκλικών εργασιών με χειροκίνητο ή αυτόματο έλεγχο ... Η δυνατότητα συγχρονισμού με εξωτερικές συσκευές και η υποστήριξη αυτόματης ενεργοποίησης, απενεργοποίησης και ελέγχου είναι ένα αναμφισβήτητο πλεονέκτημα της μονάδας ελέγχου βηματικού κινητήρα.

Η συσκευή μπορεί να ελεγχθεί απευθείας από έναν υπολογιστή εάν, για παράδειγμα, θέλετε να εκτελέσετε ένα πρόγραμμα για μηχανή CNC, ή σε χειροκίνητη λειτουργία χωρίς πρόσθετο εξωτερικό έλεγχο, δηλαδή αυτόνομα, όταν η φορά περιστροφής του άξονα βηματικού κινητήρα ρυθμίζεται από τον αισθητήρα όπισθεν και η ταχύτητα ελέγχεται από ένα ποτενσιόμετρο. Η συσκευή ελέγχου επιλέγεται σύμφωνα με τις παραμέτρους του βηματικού κινητήρα που θα χρησιμοποιηθεί.

Ανάλογα με τη φύση του στόχου, επιλέγεται η μέθοδος ελέγχου βηματικού κινητήρα. Εάν χρειάζεται να ρυθμίσετε έναν απλό έλεγχο ηλεκτρικής κίνησης χαμηλής κατανάλωσης όπου εφαρμόζεται ένας παλμός σε μία περιέλιξη στάτορα κάθε φορά: για μια πλήρη περιστροφή, ας πούμε 48 βήματα και ο ρότορας θα κινείται 7,5 μοίρες με κάθε βήμα. Η λειτουργία ενός παλμού είναι μια χαρά σε αυτή την περίπτωση.

Για να επιτευχθεί υψηλότερη ροπή, χρησιμοποιείται ένας διπλός παλμός - τροφοδοτείται σε δύο παρακείμενα πηνία ταυτόχρονα ανά παλμό. Και εάν χρειάζονται 48 βήματα για μια πλήρη περιστροφή, τότε χρειάζονται και πάλι 48 τέτοιοι διπλοί παλμοί, ο καθένας θα έχει ως αποτέλεσμα ένα βήμα 7,5 μοιρών, αλλά με 40% μεγαλύτερη ροπή από ό,τι σε λειτουργία μονού παλμού.Συνδυάζοντας τις δύο μεθόδους, μπορείτε να λάβετε 96 παλμούς διαιρώντας τα βήματα — λαμβάνετε 3,75 μοίρες ανά βήμα — αυτός είναι ένας συνδυασμένος τρόπος ελέγχου (μισό βήμα).