Motor stepper
Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang mengubah sinyal listrik menjadi gerakan sudut diskrit poros. Penggunaan motor stepper memungkinkan badan kerja mesin untuk melakukan gerakan dengan dosis ketat dengan memperbaiki posisinya di akhir gerakan.
Motor stepper adalah aktuator yang menyediakan gerakan sudut tetap (langkah). Setiap perubahan sudut rotor adalah respons motor stepper terhadap pulsa input.
Penggerak motor stepper listrik diskrit secara alami digabungkan dengan perangkat kontrol digital, yang memungkinkannya berhasil digunakan dalam mesin pemotong logam yang dikontrol secara digital, dalam robot industri dan manipulator, dalam mekanisme jam.
Penggerak listrik diskrit juga dapat diimplementasikan menggunakan rangkaian motor listrik asinkron, yang karena kontrol khusus dapat bekerja dalam mode langkah.
Prinsip pengoperasian motor stepper dari semua jenis adalah sebagai berikut. Dengan bantuan sakelar elektronik, pulsa tegangan dihasilkan, yang diumpankan ke kumparan kontrol yang terletak di stator motor stepper.
Bergantung pada urutan eksitasi kumparan kontrol, satu atau beberapa perubahan diskrit dalam medan magnet terjadi di celah pengoperasian motor. Dengan perpindahan sudut sumbu medan magnet kumparan kontrol motor stepper, rotornya berputar mengikuti medan magnet. Hukum rotasi rotor ditentukan oleh urutan, siklus tugas, dan frekuensi pulsa kontrol, serta oleh jenis dan parameter desain motor stepper.
Prinsip pengoperasian motor stepper (memperoleh gerakan rotor diskrit) akan dipertimbangkan menggunakan contoh rangkaian paling sederhana dari motor stepper dua fase (Gbr. 1).
Beras. 1. Diagram sederhana motor stepper dengan rotor aktif
Motor stepper memiliki dua pasang kutub stator yang ditentukan dengan jelas di mana belitan eksitasi (kontrol) berada: belitan 3 dengan terminal 1H — 1K dan belitan 2 dengan terminal 2H — 2K. Setiap belitan terdiri dari dua bagian yang terletak di kutub berlawanan dari stator 1 SM.
Rotor dalam skema yang dipertimbangkan adalah magnet permanen dua kutub.Kumparan ditenagai oleh pulsa dari perangkat kontrol yang mengubah urutan saluran tunggal dari pulsa kontrol input menjadi multisaluran (sesuai dengan jumlah fase motor stepper).
Posisi akan stabil karena ada momen sinkronisasi yang bekerja pada rotor yang cenderung mengembalikan rotor ke posisi setimbang: M = Mmax x sinα,
dimana M.max — momen maksimum, α — sudut antara sumbu medan magnet stator dan rotor.
Ketika unit kontrol mengalihkan tegangan dari koil 3 ke koil 2, medan magnet dengan kutub horizontal dihasilkan, mis. medan magnet stator membuat rotasi diskrit dengan seperempat keliling stator. Dalam hal ini, akan muncul sudut divergensi antara sumbu stator dan rotor α = 90 ° dan torsi maksimum Mmax akan bekerja pada rotor. Rotor akan berputar melalui sudut α = 90 ° dan mengambil posisi stabil baru. Jadi, setelah gerak pijakan medan stator, rotor motor bergerak bertahap.
Motor stepper dihidupkan dengan peningkatan frekuensi sinyal input secara tiba-tiba atau bertahap dari nol ke operasi, berhenti dengan mengurangi nol, dan sebaliknya dengan mengubah urutan sakelar belitan motor stepper.
Motor stepper dicirikan oleh parameter berikut: jumlah fase (kumparan kontrol) dan skema koneksinya, jenis motor stepper (dengan rotor aktif atau pasif), langkah rotor tunggal (sudut putaran rotor dengan pulsa tunggal ), tegangan catu daya nominal, momen waktu statis maksimum, torsi pengenal, momen inersia rotor, frekuensi percepatan.
Motor stepper adalah fase tunggal, dua fase dan multifase dengan rotor aktif atau pasif. Motor stepper dikendalikan oleh unit kontrol elektronik. Contoh skema kontrol motor stepper ditunjukkan pada Gambar 2.
Beras. 2. Diagram fungsional penggerak listrik motor stepper loop terbuka
Sinyal kontrol dalam bentuk pulsa tegangan dipasok ke input blok 1, yang mengubah urutan pulsa, misalnya, menjadi sistem empat fase pulsa unipolar (sesuai dengan jumlah fase motor stepper) .
Blok 2 menghasilkan pulsa-pulsa ini sehubungan dengan durasi dan amplitudo yang diperlukan untuk operasi normal sakelar 3, ke output yang menghubungkan belitan motor stepper 4. Sakelar dan blok lainnya ditenagai oleh sumber arus searah 5.
Dengan peningkatan persyaratan untuk kualitas penggerak diskrit, sirkuit tertutup penggerak listrik stepper (Gbr. 3) digunakan, yang, selain motor stepper, termasuk konverter P, komutator K, dan sensor langkah DSh. Dalam drive diskrit seperti itu, informasi tentang posisi sebenarnya dari poros mekanisme kerja RM dan kecepatan motor stepper diumpankan ke input pengatur otomatis, yang memberikan sifat pergerakan drive yang ditetapkan.
Beras. 3. Diagram fungsional drive diskrit loop tertutup
Sistem penggerak diskrit modern menggunakan kontrol mikroprosesor. Kisaran aplikasi untuk penggerak motor stepper terus berkembang. Penggunaannya menjanjikan dalam mesin las, perangkat sinkronisasi, mekanisme pita dan perekaman, sistem kontrol pasokan bahan bakar untuk mesin pembakaran internal.
Keuntungan dari motor stepper:
-
akurasi tinggi, bahkan dengan struktur loop terbuka, mis. tanpa sensor sudut kemudi;
-
integrasi asli dengan aplikasi manajemen digital;
-
kurangnya sakelar mekanis yang sering menyebabkan masalah pada jenis mesin lainnya.
Kerugian dari motor stepper:
-
torsi rendah, tetapi dibandingkan dengan motor penggerak kontinu;
-
kecepatan terbatas;
-
tingkat getaran yang tinggi akibat gerakan tersentak-sentak;
-
kesalahan besar dan osilasi dengan hilangnya pulsa dalam sistem loop terbuka.
Keuntungan motor stepper jauh lebih besar daripada kerugiannya, sehingga sering digunakan dalam kasus di mana daya kecil dari perangkat penggerak cukup.
Artikel tersebut menggunakan bahan dari buku Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Peralatan listrik perusahaan pertanian.