Постоји велики број примена корачних мотора у индустријском пољу, као што су аутоматизација, зглобови робота, контрола штампача, итд. Највише се користе хибридни корачни мотори. Један од најчешће коришћених је хибридни корачни мотор, који је такође облик већине корачних мотора са којима свакодневно долазимо у контакт. Концептуално, корачни мотори и мотори са променљивом релуктанцијом постоје одређене везе и разлике, овај рад ће на почетку говорити о структури и принципу рада релуктантног мотора/степер мотора, и упоредити разлике између различитих мотора.
1. Мотор са променљивим релуктантом
Мотор са променљивом релукцијом (Вариабле-Релуцтанце Мацхине) је такође познат као мотор са променљивом релукцијом, можда најједноставнији од свих структура мотора мотора, са статором опремљеним побудним намотајима и феромагнетним ротором са конвексном структуром полова. Ротор нема намотаје намотаја и трајне магнете, и ослања се на варијацију отпорности ротора на различитим позицијама да би створио електромагнетну силу (дΨ/дθ).
Знамо да магнетни флукс увек тежи да пређе путању са најмањим отпором. Као што је приказано на слици . 1.1, С1 С2 контролише укључивање и искључивање струје, а ВД1 ВД2 је диода континуитета струје. Положај приказан у положају АА' и аа' позиције максималне релуктанције, минималне релуктанције ЦЦ, ако је Д фаза у овом тренутку под напоном, ротор ће се ротирати у супротном смеру казаљке на сату; ако је Б фаза под напоном у овом тренутку, ротор ће се ротирати у смеру казаљке на сату; ако је А фаза под напоном у овом тренутку, ротор остаје непромењен. Треба напоменути да комутирани релуктантни мотори не могу да остваре промену смера ротације мотора кроз промену смера струје, већ кроз промену секвенце покретања да би остварили ротацију мотора унапред и уназад.
Редослед покретања ротације у смеру казаљке на сату: Б-А-Д-Ц
Редослед покретања ротације у смеру супротном од казаљке на сату: Д-А-Б-Ц
Пошто се магнетни отпор мотора драстично мења током ротације, пулсирање обртног момента релуктантног мотора ће постати високо. Да би се осигурало да мотор може да ради глатко и ефикасно, контролисање релуктантног мотора захтева познавање положаја ротора, стања оптерећења и стања брзине, између осталих информација. А модел релуктантног мотора нема добру линеарност синхроног мотора са перманентним магнетом / асинхроног мотора, тако да му је потребно много модела и алгоритама за предвиђање да би се побољшала тачност контроле, што несумњиво повећава потешкоће у контроли релуктантног мотора.
Слика 1.1 Основна структура променљивог релуктантног мотора
2. Од мотора са променљивим релуктантом до корачних мотора
Мотори са променљивим релуктантом могу поделити угао померања повећањем броја полова статора и ротора или броја фаза под напоном статора због њиховог посебног начина управљања (пулсно наизменична проводљивост). Постоји низ таквих подељених структура са различитим карактеристикама угаоног момента, тако да се о њима неће говорити. У овом чланку ћемо истражити неколико уобичајених моторних механизама са променљивом релуктанцијом, из различитих димензија, да бисмо видели како се корачни мотори издвајају из мноштва структура мотора са променљивом релукцијом.
2.1 Мотор са променљивом релуктантношћу типа замак
Као што је раније поменуто, повећање броја избочених стубова може поделити угао померања, али више избочени стубови ће заузети много простора намотаја, ефикасност намотаја мотора је смањена, а избочени стубови се не могу бесконачно повећавати. У случају истог броја погонских фаза, гравирањем малог зупца на избоченом стубу, може се поделити и угао растојања машине. Као што је приказано на слици 2.1, трофазни мотор са променљивом релуктантношћу типа -замак- са 6-полним статором, 4 зуба по полу и 28-полним ротором. Енергетски калем 1, калем 2 и калем 3 узастопно може покренути ротор да се ротира са растојањем корака од 2/3 при сваком кораку. вредности треба да буду пројектоване у складу са зупчастим односима дизајна мотора и о њима се овде не говори.
Овај тип мотора се генерално користи у малој брзини, великом обртном моменту и прецизној угаоној резолуцији, ова структура се већ може назвати "степпер мотором", јер контрола овог мотора, као и да се може одвојити од детекције положаја, преко погона за секвенцу импулса може остварити релативно глатку контролу.
Слика 2.1 Трофазни мотор са променљивом релукцијом типа-замак{2}}
2.2 Више-мотори са променљивим релуктантом
Мотори са променљивом релукцијом који се састоје од једног ротора са више-фазним намотајем познати су и као „једносегментни-мотори са променљивом релуктантношћу“. Други тип променљивог релуктантног мотора је ротор и статор подељени на много сегмената, који се могу поделити без повећања броја фаза статора, и погоднији су за структуру намотаја статора. Могуће је поставити сегмент са једном фазом, што практично елиминише премотавање вишефазног мотора. За моторе са н-сегментима, ротор или статор сваког сегмента је поређан за 1/н угла његовог нагиба полова, а корак полова се може даље поделити за н пута.
2.3 Хибридни корачни мотори
Код једноставног променљивог релуктантног мотора, смер ротације зависи од времена импулсне струје и структуре релуктанције мотора, и на њега не утиче смер струје. У недостатку струје, ротор се не може фиксирати у одређеном положају због недостатка релуктантног момента, што додатно отежава контролу. Додавање трајних магнета оригиналној структури комутационог релуктантног мотора да би се формирао перманентни магнет или хибридни мотор са променљивом релукцијом може значајно побољшати обртни момент и тачност положаја корачних мотора, што је данас најчешћа структура корачног мотора.
Као што је приказано на слици 2.2, структура хибридног корачног мотора је веома слична више-сегментном мотору променљиве релуктанције, уметнутом између два сегмента трајних магнета ротора, може се видети на проксималном крају Н-пола дисталног краја С-пола. Статор може бити дизајниран као једно-сегментна структура мотора, а потребан је само двофазни погон, што у великој мери поједностављује структуру мотора и цену. Број парова полова ротора у мотору приказан на слици је 3, тако да је механички угао који одговара једном електричном циклусу 360/(2*3)=60.
Ради лакшег разумевања, θ је механички угао и специфична секвенца вожње:
θ=0~10, фаза 1 и фаза 2 пролазе позитивну струју једнаке амплитуде у исто време
θ=10~20, фаза 2 сама пролази позитивну струју
θ=20~30, фаза 1 сама пролази кроз негативну струју
θ=30~40, фаза 1 и фаза 2 истовремено пролазе негативну струју једнаке амплитуде
θ=40~50, фаза 2 сама пропушта негативну струју
θ=50~60, фаза 1 сама пролази позитивну струју
Циклична проводљивост... ...
Слика 2.2 Структура хибридног корачног мотора
3. управљање корачним мотором
Као што је приказано на слици 3.1, структура погонског кола корачног мотора се генерално може поделити на биполарне моторе и униполарне моторе: униполарни мотори кроз наизменичну проводљивост намотаја да би се постигла промена смера флукса, биполарни мотори кроз контролу Х-моста да би се постигла промена смера струје да би се постигла промена смера флукса.
Униполарном мотору су потребне само 4 снаге МОС, униполарна контрола струје (из перспективе МОС цеви), али намотају мотора треба још један крак; биполарни мотор је једноставније структуре, два намотаја су високо искоришћена, али га је потребно повећати на 8 снага МОС за вожњу, а цена контролера ће порасти.
Слика 3.1 Погони униполарног и биполарног корачног мотора
Поред поделе у структури мотора, корачни мотори такође могу контролисати тачност поделе корачног мотора тако што контролишу таласни облик струје. Принцип поделе је да се убаци симулирана синусоидна струја између најмањих углова корака да би се углови корака поделили, што се такође назива подела струје.
Слика 3.2 Пропад струје погона корачног мотора
3.1 Струја затворене петље
Тренутна поставка корачног мотора треба да се одреди у складу са захтевом оптерећења, што је веће оптерећење, то је већа струја покретања, али контрола отвореног-петље корачног мотора не може да осети величину оптерећења, што често доводи до неефикасности погона отворене{1}}петље. Подела струје захтева прецизну контролу струје, потребу да се формира затворена петља контролисане струје, односно струјни излаз за карактеристике константне струје; с друге стране, због нелинеарне промене магнетоотпорности у корачном мотору, потреба да се увек прати величина излазне струје како би се спречило да језгро засићује струју изазвану губитком контроле. Слика 3.3 испод, за шему таласног облика за контролу струје за чип ТБ67С109АФНГ драјвера корачног мотора. Фцхоп за интерни циклус пребацивања, кроз интерни сат (Интернал ОСЦ) фреквенцијску поделу.
Конкретни кораци контроле константне струје су следећи:
Х-мост проводи, струја брзо расте до НФ, а нагиб пораста струје је ВДЦ/Лс
Достигните задату тренутну тачку НФ, искључите Х-мост, струја се обнавља помоћу диоде за обнављање, а нагиб пада је -ВДЦ/Лс (брза промена)
Када струја достигне задату вредност доње линије, контролишите Х-мост да бисте кратко спојили завојницу индуктора (обично доњи мост) и задржите константну струју (спора промена)
Када се струја задате тачке промени, Х-мост кроз исту контролну стратегију контролише струју у последњој тренутној задатој тачки да остане константна
Као што је приказано на слици 3.4, је измерени таласни облик корачног мотора, ако се подподела тачности доњег може видети очигледно корак-као тренутни таласни облик ,. Ако је степен поделе веома висок, онда је струја ближа синусоидној струји, као што је приказано на слици 3.5.
Слика 3.3 Контрола струје ТБ67С109АФНГ
Слика 3.4 Измерена струја корачног мотора (није подељена)
Слика 3.5 Измерена струја корачног мотора (подела)3.2 Контрола отворене-и затворене{2}}петље
Код управљања у отвореном{0}}окружењу, пошто нема повратних информација о положају ротора, у суштини је непознато да ли систем прати контрола или не. Ако постоји нека абнормалност оптерећења, лако је проузроковати да корачни мотор изгуби кораке. У неким апликацијама високе{3}}прецизности, високих{4}}учинака, преко енкодера или других сензора положаја назад до информација о положају, тако да систем корачног погона може да утврди да ли је дошло до губитка корака или не, ако ће губитак корака надокнадити губитак пулса у контроли контроле такође је релативно лако реализовати.
Резиме
Овај рад укратко описује основну структуру променљивих релуктантних мотора и њихову еволуцију до корачних мотора, и упоређује структуру и логику управљања неколико уобичајених корачних мотора. Уведени су принцип управљања корачним мотором и детаљи контроле тренутне поделе како би се пружило свеобухватније разумевање корачних мотора.