Hi ha un gran nombre d'aplicacions de motors pas a pas en l'àmbit industrial, com ara control d'automatització, articulacions de robots, control d'impressores, etc. Els més utilitzats són els motors pas a pas híbrids. Un dels més utilitzats és el motor pas a pas híbrid, que també és la forma de la majoria dels motors pas a pas amb què entrem en contacte diàriament. Conceptualment, els motors pas a pas i els motors de reluctància variable hi ha certs enllaços i diferències, aquest article parlarà inicialment de l'estructura i el principi de funcionament del motor de reluctància / motor pas a pas i compararà les diferències entre els diferents motors.
1. Motor de reluctància variable
El motor de reluctància variable (Variable-Reluctance Machine) també es coneix com a motor de reluctància de commutació, potser el més senzill de tota l'estructura del motor del motor, per l'estator equipat amb bobinatges d'excitació i rotor ferromagnètic amb una estructura de pols convex. El rotor no té bobinats ni imants permanents, i es basa en la variació de la reticència del rotor en diferents posicions per generar una força electromagnètica (dΨ/dθ).
Sabem que el flux magnètic sempre tendeix a creuar el camí amb la menor reticència. Com es mostra a la figura . 1.1, S1 S2 controla el corrent d'encesa i apagat, i VD1 VD2 és el díode de continuïtat actual. La posició que es mostra a la posició AA' i la posició aa' de la reluctància màxima, la reluctància mínima de CC, si la fase D està activada en aquest moment, el rotor girarà en sentit contrari a les agulles del rellotge; si la fase B està activada en aquest moment, el rotor girarà en sentit horari; si la fase A està activada en aquest moment, el rotor romandrà sense canvis. Cal tenir en compte que els motors de reluctància commutats no poden adonar-se del canvi de direcció de rotació del motor mitjançant el canvi de direcció del corrent, sinó mitjançant el canvi de seqüència d'activació per realitzar la rotació cap endavant i inversa del motor.
Seqüència d'activació de gir en sentit horari: B-A-D-C
Seqüència d'activació de rotació en sentit contrari a les agulles del rellotge: D-A-B-C
Atès que la resistència magnètica del motor canvia dràsticament durant la rotació, la pulsació de parell del motor de reluctància serà alta. Per tal d'assegurar que el motor pugui funcionar de manera suau i eficient, controlar el motor de reluctància requereix conèixer la posició del rotor, l'estat de la càrrega i l'estat de la velocitat, entre altres dades. I el model del motor de reluctància no té la bona linealitat del motor síncron d'imant permanent/motor asíncron, per la qual cosa necessita molts models de predicció i algorismes per millorar la precisió del control, cosa que sens dubte augmenta la dificultat del control del motor de reluctància.
Figura 1.1 Estructura bàsica del motor de reluctància variable
2. Des de motors de reluctància variable fins a motors pas a pas
Els motors de reluctància variable poden subdividir l'angle de moviment augmentant el nombre de pols de l'estator i del rotor o el nombre de fases energitzades de l'estator a causa del seu mètode de control especial (conducció alternada per pols). Hi ha una varietat d'estructures subdividides amb diferents característiques de parell angular, per la qual cosa no es discutiran. En aquest article, explorarem diversos mecanismes motors de reluctància variable comuns, de diferents dimensions per veure com els motors pas a pas es destaquen de la infinitat d'estructures de motor de reluctància variable.
2.1 Motor de reluctància variable tipus castell
Com s'ha esmentat anteriorment, augmentar el nombre de pals que sobresurten pot subdividir l'angle de moviment, però els pols més sobresortints ocuparan molt espai de la bobina, l'eficiència de la bobina del motor es redueix i els pols que sobresurten no es poden augmentar indefinidament. En el cas del mateix nombre de fases d'accionament, mitjançant el gravat d'una petita dent al pal que sobresurt, també es pot subdividir per l'angle de distància de la màquina. Tal com es mostra a la figura 2.1, un motor trifàsic de reluctància variable tipus-castell- amb un estator de 6 pols, 4 dents per pol i un rotor de 28 pols. L'activació de la bobina 1, la bobina 2 i la bobina 3 de forma seqüencial poden impulsar el rotor perquè giri amb una distància de pas de 2/3 a cada pas. els valors s'han de dissenyar d'acord amb les relacions de cogging del disseny del motor i no es discuteixen aquí.
Aquest tipus de motor s'utilitza generalment a baixa velocitat, parell elevat i resolució angular de precisió, aquesta estructura ja es pot anomenar "motor pas a pas", perquè el control d'aquest motor, així com es pot separar de la detecció de posició, a través de la unitat de seqüència de polsos es pot realitzar un control relativament suau.
Figura 2.1 Motor de reluctància variable tipus-trifàsic-
2.2 Motors multi-de reluctància variable
Els motors de reluctància variable que consisteixen en un únic rotor amb un bobinatge multi-fàsic també es coneixen com a "motors de reluctància variable d'un-segment". Un altre tipus de motor de reluctància variable és un rotor i un estator dividits en molts segments, que es poden subdividir sense augmentar el nombre de fases de l'estator, i és més amigable amb l'estructura de bobinatge de l'estator. És possible configurar un segment amb una fase, que pràcticament elimina l'extrem d'enrotllament del motor multifàsic. Per als motors de n-segments, el rotor o l'estator de cada segment està esglaonat per 1/n de l'angle del seu pas de pols, i el pas de pols es pot subdividir encara més per n vegades.
2.3 Motors pas a pas híbrids
En un motor de reluctància variable simple, la direcció de gir depèn de la sincronització del corrent de pols i de l'estructura de la reluctància del motor, i no es veu afectada per la direcció del corrent. En absència de corrent, el rotor no es pot fixar en una posició específica a causa de la manca de parell de reluctància, que augmenta encara més la dificultat de control. L'addició d'imants permanents a l'estructura original del motor de reluctància commutada per formar un imant permanent o un motor híbrid de reluctància variable pot millorar significativament el parell i la precisió de posició dels motors pas a pas, que és l'estructura del motor pas a pas més comuna actualment.
Tal com es mostra a la figura 2.2, l'estructura del motor pas a pas híbrid és molt semblant al motor de reluctància variable multi-segment, inserit entre els dos segments dels imants permanents del rotor, es pot veure a l'extrem proximal de l'extrem distal del pol N-del pol S-. L'estator es pot dissenyar com una estructura de motor d'un -segment, i només es requereix un accionament de dues-fàsiques, simplificant molt l'estructura i el cost del motor. El nombre de parells de pols del rotor al motor que es mostra a la figura és 3, de manera que l'angle mecànic corresponent a un cicle elèctric és 360/(2*3)=60.
Per facilitar la comprensió, θ és l'angle mecànic i la seqüència de conducció específica:
θ=0~10, la fase 1 i la fase 2 passen un corrent positiu d'igual amplitud alhora
θ=10~20, la fase 2 passa només el corrent positiu
θ=20~30, la fase 1 passa només el corrent negatiu
θ=30~40, la fase 1 i la fase 2 passen un corrent negatiu de la mateixa amplitud al mateix temps
θ=40~50, la fase 2 passa només el corrent negatiu
θ=50~60, la fase 1 passa només el corrent positiu
Conducció cíclica... ...
Figura 2.2 Estructura del motor pas a pas híbrid
3. control del motor pas a pas
Com es mostra a la figura 3.1, l'estructura del circuit d'accionament del motor pas a pas generalment es pot dividir en motors bipolars i motors unipolars: motors unipolars mitjançant la conducció alterna del bobinatge per aconseguir un canvi en la direcció del flux, motors bipolars mitjançant el control del pont H-per aconseguir un canvi en la direcció del corrent per aconseguir un canvi en la direcció del flux.
El motor unipolar només necessita 4 MOS de potència, control unipolar del corrent (des de la perspectiva del tub MOS), però el bobinatge del motor necessita un toc més; El motor bipolar té una estructura més senzilla, dos bobinatges s'utilitzen molt, però s'ha d'augmentar a 8 MOS de potència per conduir, i el cost del controlador augmentarà.
Figura 3.1 Accionaments de motor pas a pas unipolars i bipolars
A més de la subdivisió de l'estructura del motor, els motors pas a pas també poden controlar la precisió de subdivisió del motor pas a pas controlant la forma d'ona del corrent. El principi de subdivisió és inserir el corrent sinusoïdal simulat entre els angles de pas més petits per subdividir els angles de pas, que també s'anomena subdivisió actual.
Figura 3.2 Avaria del corrent del motor pas a pas
3.1 Corrent de bucle tancat
La configuració actual del motor pas a pas s'ha de determinar d'acord amb la demanda de la càrrega, com més gran sigui la càrrega, més gran ha de ser el corrent de conducció, però el control de bucle obert-del motor pas a pas no pot detectar la mida de la càrrega, la qual cosa sovint provoca la ineficiència de l'accionament de bucle obert-. La subdivisió de corrent requereix un control precís del corrent, la necessitat de formar un bucle tancat del corrent controlat, és a dir, la sortida de corrent per a les característiques de corrent constant; d'altra banda, a causa del canvi no lineal de la magnetoresistència en el motor pas a pas, la necessitat de controlar sempre la mida del corrent de sortida per evitar que el nucli saturi el corrent causat per la pèrdua de control. Figura 3.3 a continuació, per a l'esquema de forma d'ona de control de corrent del xip del controlador del motor pas a pas TB67S109AFNG. Fchop per al cicle de commutació intern, mitjançant la divisió de freqüència del rellotge intern (OSC intern).
Els passos específics de control de corrent constant són els següents:
El pont H-condueix, el corrent puja ràpidament a NF i el pendent de l'augment del corrent és VDC/Ls
Arribeu al punt actual establert NF, apagueu el pont H-, el corrent es renova pel díode de renovació i el pendent de la caiguda és de -VDC/Ls (canvi ràpid)
Quan el corrent arriba al valor de la línia inferior del punt de consigna, controleu el pont H-per curtcircuitar la bobina de l'inductor (generalment el pont inferior) i mantenir el corrent constant (canvi lent)
Quan el corrent del punt de consigna canvia, l'H-pont a través de la mateixa estratègia de control per controlar el corrent de l'últim punt de consigna actual per mantenir-se constant
Com es mostra a la figura 3.4, és la forma d'ona mesurada del motor pas a pas, si la subdivisió de la precisió de la part inferior es pot veure pas obvi-com la forma d'ona actual ,. Si el grau de subdivisió és molt alt, aleshores el corrent és més proper a un corrent sinusoïdal, tal com es mostra a la figura 3.5.
Figura 3.3 Control de corrent TB67S109AFNG
Figura 3.4 Corrent mesurat del motor pas a pas (no subdividit)
Figura 3.5 Corrent mesurat del motor pas a pas (subdivisió)3.2 Control de-bucle obert i-bucle tancat
Amb el control de llaç-obert, com que no hi ha cap retroalimentació de la informació de la posició del rotor, es desconeix essencialment si el control segueix o no el sistema. Si hi ha alguna anomalia de càrrega, és fàcil fer que el motor pas a pas perdi passos. En algunes aplicacions d'alt-precisió i alt- rendiment, mitjançant el codificador o altres sensors de posició de tornada a la informació de posició, de manera que el sistema d'accionament pas a pas pot ser si s'ha produït o no la pèrdua de pas, si la pèrdua de pas compensarà la pèrdua de pols en el control del control també és relativament fàcil d'aconseguir.
Resum
Aquest article descriu breument l'estructura bàsica dels motors de reluctància variable i la seva evolució als motors pas a pas, i compara l'estructura i la lògica de control de diversos motors pas a pas comuns. S'introdueixen el principi de control del motor pas a pas i els detalls de control de la subdivisió actual per proporcionar una comprensió més completa dels motors pas a pas.