động cơ bước
Động cơ bước là một thiết bị cơ điện chuyển đổi tín hiệu điện thành chuyển động góc rời rạc của trục. Việc sử dụng động cơ bước cho phép các cơ quan làm việc của máy thực hiện các chuyển động được định lượng nghiêm ngặt bằng cách cố định vị trí của chúng ở cuối chuyển động.
Động cơ bước là bộ truyền động cung cấp các chuyển động góc cố định (các bước). Bất kỳ thay đổi nào về góc rôto là phản ứng của động cơ bước đối với xung đầu vào.
Một ổ đĩa động cơ bước điện riêng biệt được kết hợp tự nhiên với các thiết bị điều khiển kỹ thuật số, cho phép nó được sử dụng thành công trong các máy cắt kim loại được điều khiển kỹ thuật số, trong rô-bốt công nghiệp và bộ điều khiển, trong cơ chế đồng hồ.
Một ổ điện rời rạc cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một loạt động cơ điện không đồng bộ, do điều khiển đặc biệt có thể hoạt động ở chế độ bước.
Nguyên lý hoạt động của các loại động cơ bước như sau. Với sự trợ giúp của một công tắc điện tử, các xung điện áp được tạo ra, được đưa đến các cuộn dây điều khiển nằm trên stato của động cơ bước.
Tùy thuộc vào trình tự kích thích của các cuộn dây điều khiển, một hoặc một số thay đổi riêng biệt khác trong từ trường xảy ra trong khoảng cách hoạt động của động cơ. Với sự dịch chuyển góc của trục từ trường của các cuộn dây điều khiển của động cơ bước, rôto của nó quay một cách riêng biệt theo từ trường. Quy luật quay của rôto được xác định bởi trình tự, chu kỳ làm việc và tần số của các xung điều khiển, cũng như các loại và thông số thiết kế của động cơ bước.
Nguyên lý hoạt động của động cơ bước (thu được chuyển động rời rạc của rôto) sẽ được xem xét bằng cách sử dụng ví dụ về mạch đơn giản nhất của động cơ bước hai pha (Hình 1).
Cơm. 1. Sơ đồ đơn giản của động cơ bước có rôto hoạt động
Động cơ bước có hai cặp cực stato được xác định rõ ràng, trên đó đặt các cuộn dây kích thích (điều khiển): cuộn dây 3 với các cực 1H - 1K và cuộn dây 2 với các cực 2H - 2K. Mỗi cuộn dây bao gồm hai phần nằm ở hai cực đối diện của stato 1 SM.
Rôto trong sơ đồ được xem xét là một nam châm vĩnh cửu hai cực.Các cuộn dây được cung cấp năng lượng bởi các xung từ một thiết bị điều khiển chuyển đổi chuỗi xung điều khiển đầu vào một kênh thành đa kênh (theo số pha của động cơ bước).
Vị trí sẽ ổn định vì có mô men đồng bộ tác dụng lên rôto có xu hướng đưa rôto trở về vị trí cân bằng: M = Mmax x sinα,
trong đó M.max — mômen cực đại, α — góc giữa các trục của từ trường stato và rôto.
Khi bộ điều khiển chuyển điện áp từ cuộn 3 sang cuộn 2, một từ trường có các cực nằm ngang được tạo ra, tức là từ trường của stato quay rời rạc với một phần tư chu vi của stato. Trong trường hợp này, một góc phân kỳ giữa các trục của stato và rôto α = 90 ° sẽ xuất hiện và mômen xoắn cực đại Mmax sẽ tác dụng lên rôto. Rôto sẽ quay một góc α = 90° và chuyển sang vị trí ổn định mới. Do đó, sau chuyển động bước của trường stato, rôto của động cơ sẽ chuyển động từng bước.
Động cơ bước được khởi động bằng cách tăng đột ngột hoặc dần dần tần số của tín hiệu đầu vào từ 0 đến tín hiệu đang hoạt động, dừng bằng cách giảm số 0 và ngược lại bằng cách thay đổi trình tự chuyển mạch của các cuộn dây của động cơ bước.
Động cơ bước được đặc trưng bởi các tham số sau: số pha (cuộn dây điều khiển) và sơ đồ kết nối của chúng, loại động cơ bước (với rôto chủ động hoặc thụ động), bước rôto đơn (góc quay của rôto với một xung đơn ), điện áp nguồn danh định, mômen thời gian tĩnh lớn nhất, mômen định mức, mômen quán tính rôto, tần số gia tốc.
Động cơ bước là một pha, hai pha và nhiều pha với rôto chủ động hoặc thụ động. Động cơ bước được điều khiển bởi một bộ điều khiển điện tử. Một ví dụ về sơ đồ điều khiển động cơ bước được thể hiện trong Hình 2.
Cơm. 2. Sơ đồ chức năng truyền động điện động cơ bước vòng hở
Tín hiệu điều khiển ở dạng xung điện áp được cung cấp cho đầu vào của khối 1, tín hiệu này sẽ chuyển đổi chuỗi xung, ví dụ, thành hệ thống xung đơn cực bốn pha (phù hợp với số pha của động cơ bước) .
Khối 2 tạo ra các xung này liên quan đến thời lượng và biên độ cần thiết cho hoạt động bình thường của công tắc 3, với đầu ra mà các cuộn dây của động cơ bước 4 được kết nối. Công tắc và các khối khác được cung cấp bởi nguồn điện một chiều 5.
Với các yêu cầu ngày càng tăng về chất lượng của ổ đĩa rời, một mạch kín của ổ điện bước (Hình 3) được sử dụng, ngoài động cơ bước, còn có bộ chuyển đổi P, bộ chuyển mạch K và cảm biến bước DSh. Trong một ổ đĩa riêng biệt như vậy, thông tin về vị trí thực tế của trục của cơ chế làm việc RM và tốc độ của động cơ bước được đưa đến đầu vào của bộ điều chỉnh tự động, cung cấp tính chất thiết lập của chuyển động của ổ đĩa.
Cơm. 3. Sơ đồ chức năng của ổ đĩa rời vòng kín
Các hệ thống truyền động rời rạc hiện đại sử dụng bộ điều khiển vi xử lý. Phạm vi ứng dụng cho truyền động động cơ bước không ngừng mở rộng. Việc sử dụng chúng đầy hứa hẹn trong các máy hàn, thiết bị đồng bộ hóa, cơ chế ghi và ghi băng, hệ thống kiểm soát cung cấp nhiên liệu cho động cơ đốt trong.
Ưu điểm của động cơ bước:
-
độ chính xác cao, ngay cả với cấu trúc vòng hở, tức là không có cảm biến góc lái;
-
tích hợp bản địa với các ứng dụng quản lý kỹ thuật số;
-
thiếu công tắc cơ thường gây ra sự cố với các loại động cơ khác.
Nhược điểm của động cơ bước:
-
mô-men xoắn thấp, nhưng so với động cơ truyền động liên tục;
-
tốc độ hạn chế;
-
mức độ rung cao do chuyển động giật cục;
-
sai số lớn và dao động do mất xung trong các hệ thống vòng hở.
Ưu điểm của động cơ bước vượt xa nhược điểm của chúng, vì vậy chúng thường được sử dụng trong trường hợp công suất nhỏ của thiết bị truyền động là đủ.
Bài viết có sử dụng tư liệu từ sách Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Thiết bị điện xí nghiệp nông nghiệp.