יסודות מנוע צעד: סוגים, מטרה ואיך הם עובדים

במאמר זה נסקור את היסודות של מנועי Stepper. תלמד על עיקרון העבודה, שיטת הבקרה, השימוש וסוגי מנועי צעד.

הצגת מנוע צעד

יסודות מנוע צעד

מנוע צעד הוא מנוע חשמלי שהתכונה העיקרית שלו היא שהפיר שלו מסתובב על ידי ביצוע צעדים, כלומר על ידי תנועה בכמות קבועה של מעלות. תכונה זו מתקבלת בזכות המבנה הפנימי של המנוע, ומאפשרת לדעת את המיקום הזוויתי המדויק של הפיר על ידי פשוט לספור כיצד בוצעו שלבים, ללא צורך בחיישן. תכונה זו גם הופכת אותו להתאים למגוון רחב של יישומים.

עקרונות עבודה של מנוע צעד

כמו הכל עם מנועים חשמליים, מנועי צעד יש חלק נייח (הסטטור) וחלק נע (הרוטור). בסטטור ישנן שיניים שעליהן חוטאות סלילים, ואילו הרוטור הוא מגנט קבוע או ליבת ברזל רתיעה משתנה. אנו נצלול עמוק יותר במבני הרוטור השונים בהמשך. עיקרון העבודה הבסיסי של מנוע הצעד הוא הבאים: על ידי המניעת אחד או יותר משלבי הסטטור, נוצר שדה מגנטי על ידי הזרם הזורם בסליל והרוטור מתיישר עם שדה זה. על ידי אספקת שלבים שונים ברצף, ניתן לסובב את הרוטור בכמות ספציפית כדי להגיע למצב הסופי הרצוי.

סוגי נהגי מנוע צעד

ישנם מנהלי מנוע צעד שונים הזמינים בשוק, המציגים תכונות שונות ליישומים ספציפיים. הצ'רקרטריסטיקה החשובה ביותר כוללת את ממשק הקלט. האפשרויות הנפוצות ביותר הן:

• שלב/כיוון - על ידי שליחת דופק על סיכת המדרגה, הנהג משנה את הפלט שלו כך שהמנוע יבצע צעד, שכיווןו נקבע על ידי הרמה על סיכת הכיוון.

• שלב/הפעל - עבור כל שלב מתפתל סטטור, הפאזה קובעת את הכיוון הנוכחי ומפעילים מאפשרים אם השלב מופעל.

• PWM-שולט ישירות על אותות השער של ה- FETs בצד הנמוך והצד הגבוה.

מאפיין חשוב נוסף של נהג מנוע צעד הוא אם הוא מסוגל רק לשלוט במתח על פני המתפתל, או גם על הזרם הזורם דרכו:

• עם בקרת מתח, הנהג רק מווסת את המתח על פני המתפתל. המומנט התפתח והמהירות בה מבצעים הצעדים תלויים רק במאפייני המנוע והעומס.

• נהגי הבקרה הנוכחיים מתקדמים יותר, מכיוון שהם מווסתים את הזרם הזורם דרך הסליל הפעיל על מנת לקבל שליטה טובה יותר על המומנט המיוצר, ובכך על ההתנהגות הדינאמית של המערכת כולה.

סוגי מנוע צעד

1. מנוע צעד תגובתי 

הסטטור של מנוע הצעד המגיב עשוי מגיליונות פלדה סיליקון, ושני הקטבים המגנטיים הנגדים נפצעים באותה מתפתל עם כיוונים מתפתלים שונים. כאשר הם מלאים, נוצרים זוג עמודי N ו- S, ואין פיתול ברוטור המנוע. הרוטור של המנוע עשוי מחומר מגנטי רך. ישנן שיניים קטנות רבות באותו גודל ואותו מרווח על פני השטח החיצוני של עמוד הרוטור והמשטח הפנימי של עמוד הסטטור. כוח אלקטרומגנטי הוא הכוח המניע למנוע הצעד המגיב לנוע. בפעולה של כוח אלקטרומגנטי, הרוטור יעבור למצב של חדירות מגנטית מקסימאלית (או עמידות מגנטית מינימלית) ויהיה במצב מאוזן.

2. מנוע דריכה של מגנט קבוע

חומר הרוטור של מנוע צעד המגנט הקבוע הוא מגנטיות קבועה, מספר הקטבים של הרוטור והסטטור זהה, מומנט הפלט של המנוע גדול וזווית הצעד גדולה יחסית, אך ביצועי העבודה טובים.

3. מנוע צעד היברידי

המבנה של סטטור מנוע צעד היברידי זהה לזה של מנוע צעד תגובתי. הרוטור מחולק לשני חלקים בכיוון הצירי. אותו מספר וגודל של שיניים קטנות מופצים באופן שווה בכיוון ההיקפי של ליבת הברזל של שני החלקים, אך הם לא מוצבים על ידי מחצית המגרש שיניים. מגנט קבוע משובץ באמצע שתי ליבות הברזל, כך שליבת הברזל בקצה אחד של הרוטור היא עמוד N וליבת הברזל בקצה השני היא מוט S, כפי שמוצג באיור 1.1. קוטביות ה- N ו- S של הרוטור נותרות ללא שינוי, והשינוי הרצף של קוטביות ה- N וה- S של הקטבים המגנטיים הסטטורי מתממש על ידי שליטה על הזרם המתפתל של הסטטור, וכוח מתאים נוצר על מוטות ה- N ו- S של הרוטור כדי לדחוף את הרוטור כדי להסתובב כנדרש. מכיוון שהשדה המגנטי הקבוע של הרוטור של מנוע הצעד ההיברידי מייצר גם הוא חלק מהמומנט, הוא גדול יותר מהמומנט שנוצר על ידי השדה המגנטי סטטור של מנוע צעד תגובתי.

בחירת מנוע צעד עבור CNC עוסקת בהבנת דרישות המומנט והסל'ד (המהירות) שלך.

מנוע הצעד הטוב ביותר יוכל לספק את המומנט הנדרש שלך תוך שהוא גם מספיק מהיר. אני אומר לך את הבחירות הטובות ביותר שלי, תלוי בקטגוריית מנוע הצעד:

יתרונות מנועי צעד

כעת, כשאנחנו מבינים את עקרונות העבודה של מנועי הצעד, כדאי לסכם את היתרונות והחסרונות שלהם בהשוואה לסוגים מוטוריים אחרים.

מנועי צעד הם מנועים חשמליים הממירים פולסים חשמליים לתנועות מכניות מדויקות, מה שהופך אותם לפיתרון אידיאלי ליישומים רפואיים רבים. מכשירים וציוד רפואי דורשים לרוב מיקום דיוק גבוה, רעש נמוך ויכולות מומנט גבוהות, אשר ניתן להשיג את כל אלה עם מנועי צעד.
אחד היתרונות העיקריים של מנועי צעד הוא יכולתם לספק תנועות מדויקות ומדויקות. זה הופך אותם לבחירה מצוינת ליישומים רפואיים כמו רובוטים כירורגיים, משאבות עירוי וסורקי CT, כאשר אפילו סטיות קטנות מהדרך או המיקום המיועדים יכולות להיות בעלות השלכות חמורות. ניתן לתכנת גם מנועי צעד כדי לספק תנועה חלקה ומבוקרת, החיונית בהליכים כירורגיים והדמיה רפואית. שגיאת הצעד האחוז אינה מצטברת ככל שהמנוע מסתובב.
1. הוא מסוגל לרוץ במגוון רחב של מהירויות, כולל מהירויות איטיות מאוד ללא הפחתה.
2. מנוע צעד מספק תגובה מצוינת במהלך ההתחלה, עצירת מצב הפוך.
3. זה אמין ביותר מכיוון שלא משתמשים במברשות או בקומוטטור. זמן חייו תלוי בחיי המיסב.
4. מעגל בקרת מנוע צעד הוא פשוט ועלות נמוכה. הוא משמש בעיקר ליישומי הספק נמוך. מספר השלבים של מנוע הצעד: מתייחס למספר קבוצות הסליל בתוך המנוע. נכון לעכשיו משתמשים בדרך כלל דו-פאזיים ושלוש פאזה.
1. זווית שלב: המתאימה לאות דופק, העקירה הזוויתית של הרוטור המנוע.
פרמטרים חשמליים: זרם, התנגדות, השראות.
החזקת מומנט: מתייחסת לרגע בו מנוע הצעד מלא אנרגיה אך לא מסתובב, הסטטור נועל את הרוטור.
2. מומנט מיקום: מומנט הנעילה של רוטור המנוע עצמו כאשר המנוע אינו מופעל.
3. הפעלת מאפייני תדר מומנט: עקומת הקשר בין מומנט הפלט לתדר במהלך פעולת המנוע שנמדד בתנאי בדיקה מסוימים.

מנועי מנוע

ראשית, מנוע המדרגה משמש בעיקר במקרים מסוימים עם דרישות מיקום, כגון: גרירת שולחן חיתוך תיל, טבלת מכונת ציפוי (מיקום נקבוביות), מכונת אריזה (אורך קבוע), בעיקרון כל האירועים הכרוכים במיקום השתמש בו.

שנית, הוא נמצא בשימוש נרחב במדפסות תלת מימד, ציוד ניטור, מנעולים חכמים, מנתחי דם, מיקרוסקופים חכמים, בודקי ראייה ושדות אחרים, המתאימים במיוחד ליישומים הדורשים פעולה יציבה, רעש נמוך, תגובה מהירה, חיי שירות ארוכים ומומנט פלט גבוה.

שלישית, מנועי דריכה נמצאים בשימוש נרחב במכונות טקסטיל וציוד כמו מכונות רקמה ממוחשבות. המאפיינים של סוג זה של מנועי דריכה הם שהמומנט אינו גבוה, מהירות התגובה של ההפעלה התכופה היא מהירה, רעש הריצה נמוך, הפעולה יציבה וביצועי הבקרה טובים. , עלות המכונה כולה נמוכה.

אמצעי זהירות של יישום מנוע צעד:
  1. מנוע המדרגה משמש בהזדמנויות מהירות נמוכה --- המהירות אינה עולה על 1000 מהפכות לדקה (6666pps ב 0.9 מעלות), רצוי בין 1000-3000ps (0.9 מעלות), וניתן להשתמש בו כאן על ידי מכשיר מדלג. בשלב זה, למנוע יעילות עבודה גבוהה ורעש נמוך.
   2. מנוע המדרגה עדיף לא להשתמש במצב הצעד המלא, הרטט גדול במצב הצעד המלא.

   3. לעומסים עם רגע גדול של אינרציה, יש לבחור מנוע גדול בגודל מסגרת.
4. כאשר המנוע נמצא במהירות גבוהה יותר או בעומס אינרציה גדול, הוא גן.

סרטון של מנוע צעד