Un motor pas cu pas este un motor sincron , fără perii, cu mai multe înfășurări, în care un curent aplicat uneia dintre înfășurările statorului determină blocarea rotorului. Activarea secvențială a înfășurărilor motorului determină mișcări unghiulare (trepte) discrete ale rotorului .
Primele motoare pas cu pas au apărut în anii 1830 și erau un electromagnet care antrenează o roată cu clichet. Pentru o includere a electromagnetului, roata cu clichet se mișcă cu valoarea pasului dinților a roții cu clichet. Motoarele pas cu clichet sunt utilizate în prezent pe scară largă [1] .
Din punct de vedere structural, motoarele pas cu pas constau dintr-un stator , pe care sunt amplasate înfășurările de excitație și un rotor dintr-un material magnetic moale sau dur. Motoarele pas cu un rotor magnetic vă permit să obțineți mai mult cuplu și să asigure fixarea rotorului atunci când înfășurările sunt scoase de sub tensiune.
Astfel, conform designului rotorului, se disting următoarele tipuri de motoare pas cu pas [2] :
Motoarele hibride combină cele mai bune caracteristici ale motoarelor cu reluctanță variabilă și cu magnet permanenți.
Statorul motorului hibrid este de asemenea dintat, oferind un număr mare de poli echivalenti, spre deosebire de polii principali unde se află înfășurările. De obicei, 4 poli principali sunt utilizați pentru motoarele de 3,6 grade și 8 poli principali pentru motoarele de 1,8-0,9 grade. Dinții rotorului oferă mai puțină rezistență circuitului magnetic în anumite poziții ale rotorului, ceea ce îmbunătățește cuplul static și dinamic. Acest lucru este asigurat de aranjarea adecvată a dinților, atunci când o parte a dinților rotorului este strict opusă dinților statorului și o parte este între aceștia.
Rotorul unui motor hibrid are dinții dispuși pe direcție axială. Rotorul este împărțit în două părți, între care se află un magnet permanent cilindric. Astfel, dinții jumătății superioare a rotorului sunt polii nordici, iar dinții jumătății inferioare sunt sudul. În plus, jumătățile superioare și inferioare ale rotorului sunt rotite una față de alta cu jumătate din unghiul de pas al dinților. Numărul de perechi de poli rotori este egal cu numărul de dinți de pe una dintre jumătățile sale. Piesele polare dintate ale rotorului, ca și statorul, sunt asamblate din plăci separate pentru a reduce pierderile de curenți turbionari.
În inginerie mecanică, motoarele pas cu pas hibride bifazate cu un cuplu ridicat, cu o deplasare unghiulară de 1,8°/pas (200 trepte/tur) sau 0,9°/pas (400 trepte/tur) sunt cele mai utilizate . Precizia setarii pasului este determinata de calitatea prelucrarii mecanice a rotorului si statorului motorului electric . Producătorii de motoare pas cu pas moderne garantează acuratețea setării pasului fără sarcină până la 5% din valoarea pasului.
Discretitudinea pasului creează vibrații semnificative, care în unele cazuri pot duce la o scădere a cuplului și excitarea rezonanțelor mecanice în sistem. Nivelul de vibrație poate fi redus prin utilizarea modului de împărțire în trepte sau prin creșterea numărului de faze .
Modul de împărțire în trepte (microspas) este implementat cu control independent al curentului înfășurărilor motorului pas cu pas. Prin controlul raportului de curenți din înfășurări, este posibilă fixarea rotorului într-o poziție intermediară între trepte. Astfel, este posibil să creșteți netezimea rotației rotorului și să obțineți o precizie ridicată de poziționare. Calitatea de fabricație a motoarelor pas cu pas moderne face posibilă creșterea preciziei de poziționare de 10-20 de ori.
Motoarele pas cu pas sunt standardizate de Asociația Națională a Producătorilor de Electricitate (NEMA) pentru dimensiunile de montare și dimensiunea flanșei: NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34 etc. - dimensiunea flanșei este de 42, 57, 86 și, respectiv, 110 mm. Motoarele pas cu pas NEMA 23 pot genera cuplu de până la 30 kgf⋅cm, NEMA 34 până la 120 kgf⋅cm și până la 210 kgf⋅cm pentru motoarele cu o flanșă de 110 mm.
Motoarele pas cu pas produc un cuplu relativ mare la viteze de rotație mici. Cuplul scade semnificativ odată cu creșterea vitezei de rotație. Cu toate acestea, performanța dinamică a unui motor poate fi mult îmbunătățită prin utilizarea driverelor reglate de curent PWM .
Motoarele pas cu pas sunt utilizate în acționările mașinilor și mecanismelor care funcționează în modul pornire-oprire sau în acționările cu mișcare continuă, unde acțiunea de control este dată de o succesiune de impulsuri electrice, de exemplu, la mașinile CNC . Spre deosebire de servo , unitățile pas cu pas permit poziționarea precisă fără utilizarea feedback-ului de la senzorii de unghi.
Motoarele pas cu pas sunt folosite în dispozitivele de memorie ale computerelor - NGMD , HDD , cititoare de discuri optice .
Senzor de rotireMotoarele pas cu magneți permanenți pot fi folosite ca senzori de unghi de rotație datorită apariției EMF pe înfășurări atunci când rotorul se rotește. În acest caz, în ciuda ușurinței de utilizare și a preciziei și repetabilității bune, trebuie luat în considerare faptul că:
Principalul avantaj al unităților pas cu pas este precizia. Când potențialele sunt aplicate înfășurărilor, motorul pas cu pas se va întoarce strict la un anumit unghi. Costul unităților pas cu pas este, în medie, de 1,5-2 ori mai mic decât unităților servo . Acționarea pas cu pas, ca alternativă ieftină la servomotor, este cea mai potrivită pentru automatizarea unităților și sistemelor individuale în care nu este necesară o dinamică ridicată. De asemenea, se remarcă o durată de viață lungă, uneori comparabilă cu timpul de uzură sau cu dezvoltarea resursei întregii mașini; precizia motorului pas cu pas în acest timp scade ușor. Nesolicitant la întreținere.
DefectePosibilitatea de „alunecare” a rotorului este cea mai cunoscută problemă a acestor motoare. Acest lucru se poate întâmpla atunci când sarcina pe arbore este depășită, când programul de control este setat incorect (de exemplu, accelerarea pornirii sau decelerația nu este adecvată pentru masa deplasată), când viteza de rotație se apropie de cea de rezonanță. Prezența unui senzor vă permite să detectați o problemă, dar este posibil doar în cazuri foarte rare să o compensați automat fără a opri programul de producție. . O modalitate de a evita alunecarea rotorului este creșterea cuplului motorului .