Krokové motory. Klady a zápory

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Krokové motory. Klady a zápory"

Jindřich Bartoš
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Krokové motory Především je třeba si uvědomit, že pokud mluvíme o krokovém motoru, tak většinou myslíme krokový pohon. Znamená to, že se skládá s el. komutátoru, výkonového spínacího a napájecího prvku, omezovacího odporu (často elektronického) a samotného motoru. Komutátor bývá suplovám společnou řídící jednotkou (např. v kancelářské technice). Nástup elektroniky umožnil jejich jednoduché řízení a kancelářská technika, montážní linky, malé roboty, osazovací stroje v elektrotechnice a jednoduché výrobní stroje se staly doménou krokových motorů. Vynutí napájené ss impulsy tj. při vypnutí jednoho páru cívek a přepnutí na druhý se rotor natáčí do stavu minimální reaktance (mag. odpor). Při dalším přepnutí se rotor opět snaží zaujmout polohu minimální reaktance a tím i další klidovou polohu. T.j. motor se pohybuje po krocích pevně daných roztečí pólových nástavců a to rychlostí od 0 - max. kmitočet daného motoru. Max. kmitočet řídících pulsů je dán dynamickým vztahem indukčností a vnitřního činného odporu motoru (viz zákl. pojmy). Krokové motory dělíme především podle konstrukce na dva základní typy: S pasivním rotorem S aktivním rotorem (permanentní magnet) Podle počtu fází na většinou 4 ale i 3, 5, 8 fázové. Většina motorů umožňuje napájení jak unipolární, tak bipolární. Klady a zápory -každý impuls má pevnou odezvu-krok -není mezipoloha -není třeba zpětná vazba - poloha je dána počtem pulsů -není informace o ztrátě kroku (Některé komutátory dovedou vyhodnotit ztrátu kroku a ohlásit chybu.) -nedestruktivní havarijní stav po odstranění blokování motor pokračuje v chodu a blokování nepoškodí motor -nepatrná nepřesnost jednotlivých kroků daná výrobní tolerancí, ale nulová chyba na otáčku (Součet všech chyb za jedno otočení je 0) -prakticky stejné statické a dynamické vlastnosti od rychlosti 0 až do max. frekvence motoru -poměrně složité zapojení. -jednoduché řízení. Co je kladem a co záporem záleží na použití.

Nástup elektroniky umožnil jejich jednoduché řízení a kancelářská technika, montážní linky, malé roboty, osazovací stroje v elektrotechnice a jednoduché výrobní stroje se staly doménou krokových

5 Princip chodu motoru Na obrázku je vidět princip chodu motoru s pasivním rotorem (rotor motoru je složen s plechů). Postupným přepínáním napájení jednotlivých párů cívek se rotor vždy snaží zaujmout polohu nejmenšího magnetického odporu (reaktance) a to má za následek pohyb po krocích v rytmu řídících pulsů. Při pozorném pohledu zjistíme, že při nastavení výstupku rotoru proti aktivnímu pólovému páru jsou sousední výstupky rotoru pootočeny oproti nejbližšímu pólovému páru právě o jednu čtvrtinu pólové rozteče. O tento úhel se pak motor pootočí při každém kroku. Častěji však se pro větší výkon používá chod, kdy vždy dvě sousední cívky jsou napájeny současně a výstupek rotoru se natáčí do mezery mezi cívky. Zátěžový moment redukovaný na hřídel motoru je asi 1,8x větší. Pokud střídavě přepínáme napájení na jeden pár cívek a zase na dva dosáhneme polovičního kroku, ale také polovičního momentu.

Při pozorném pohledu zjistíme, že při nastavení výstupku rotoru proti aktivnímu pólovému páru jsou sousední výstupky rotoru pootočeny oproti nejbližšímu pólovému páru právě o jednu čtvrtinu pólové

6 Tabulka čtyřtaktního způsobu ovládání Střídavé přepínání ovládání po jedné a dvou fázích (osmitaktní ovládání - poloviční krok). Pasivní - aktivní rotor 1. Motory s pasivním rotorem typicky relativně malá velikost kroku 1-5, provozní momenty od mnm - 1,5 Nm, rozběhový kmitočet až několik tisíc Hz u malých a desítek Hz u největších motorů. Velkým kladem jednoduchá, levná konstrukce. 2. Krokové motory s permanentním magnetem mají složitější magnetický obvod a jsou tudíž dražší. Mají však oproti motorům s pasivním rotorem některé vlastnosti příznivější. Časová konstanta vinutí je relativně nízká, protože v mag. obvodu je permanentní magnet. Z toho vyplývá širší pásmo provozních kmitočtů než u motorů s pasivním rotorem. Motory s radiálně polarizovaným permanentním magnetem provozní momenty od mnm po několik Nm, rozběhový kmitočet až několik khz. Velikost kroku je větší než 15. Dnes nejpoužívanější typ, motory s axiálně polarizovaným permanentním magnetem mají provozní momenty od mnm po desítky Nm, rozběhový kmitočet až několik khz. Velikost kroku je 0,36 5, nejvíce 0,9 a 1,8 a v provozním objemu vykazují 2 až 2,5krát větší moment než krokový motor s pasivním rotorem.

Velkým kladem jednoduchá, levná konstrukce. 2. Krokové motory s permanentním magnetem mají složitější magnetický obvod a jsou tudíž dražší.

7 3. Motory s odvalujícím rotorem mají nejlepší ukazatele výkon, kmitočet, velikost kroku. Jsou vhodné pro velmi malé kroky a vysoké kmitočty (desítky khz) za příznivých dynamických vlastností, ale také jsou drahé. V provozním objemu vykazují 4 až 5krát větší moment než krokový motor s pasivním rotorem.

Jsou vhodné pro velmi malé kroky a vysoké kmitočty (desítky khz) za

8 Ovladače krokových motorů- komutátory -mění vstupní impulsní řídící signál na sled cyklicky se opakujících kombinací napětí na výstupech komutátoru. Výstupní signál komutátoru řídí spínaní na výkonovém stupni. Sled spínaní v opačném směru má za následek reverzní chod (Změna směru otáčení motoru.). S tak jednoduchým ovladačem je však motor schopen pracovat jen v omezeném počtu aplikací. Proto většina komutátorů má další funkce, jako generátor synchronizačního hodinového signálu, který umožňuje řadu režimů motoru (běh jako přesný synchronní motor, přesný souběh dvou motorů, extrémně vysoké a nízké otáčky), režim s řízeným rozběhem/doběhem, režim skokového zastavení bez ztráty kroku atd. Realizace je možná několika způsoby. Jednak pomocí jednotky dodané s motorem, která většinou kromě základních funkcí má i další pomocné, Například obsahuje i výkonový stupeň, řízený rozběh/doběh, různá nastavení řídících proudů, hlídání ztráty kroku atd. Nebo pomocí komutátoru realizovaného z diskrétních součástek, integrovaného obvodu k řízení krokových motorů (Například pomocí populárního obvodu L297 firmy THOMSON i z příslušným výkonovým spínačem L298N viz. obr.), či pomocí naprogramovaného mikrokontroléru MCU, softwarem přes porty hlavní ovládací jednotky zařízení (PC, ovládací jednotka kanc.techniky, řídící systém stroje.) Ovladač krokového motoru pomocí TTL log. obvodů a paměti PROM. Na náš komutátor pro krokový motorek s axiálně polarizovaným permanentním magnetem použijeme tří integrovaných obvodů. Jejich zapojení je el. obdoba řešení softwarového. Duší zapojení je čítač MH , který nám bude čítat vstupní pulsy v režimu modulo 8, tj. že na výstupech A,B,C, se bude postupně při kadém pulsu měnit binární hodnota 0-7(0-0-0 až 1-1-1). Podle toho zda budou přicházet pulsy na vstup CU(count up) či CD(count down) bude čítač čítat vzestupně či sestupně. Ostatní vstupy a výstupy obvodu nebudou v zapojení zapojeny a nebo budou ošetřeny připojením na log.0 či log.1. Dalším důležitým obvodem je paměť PROM 32 byte MH V prvních 8 bytech na adrese 0-7je v prvních 4 bitech každého byte nahrán režim spínání výkonového stupně pro jednotlivé cívky v čtyřtaktním režimu. V dalších 8 bytech na adrese 8-15 je v prvních 4 bitech každého byte nahrán režim spínání výkonového stupně pro jednotlivé cívky v osmitaktním režimu. Cyklickým výběrem paměťových buněk zajišťujeme spínání výkonového členu a tím i krokování.

S tak jednoduchým ovladačem je však motor schopen pracovat jen v omezeném počtu aplikací.

9 Výstupy paměti mají při vybavení stav vysoké impedance v log.1 a nebo při log.0 jsou aktivní proti (0V). Proto jsou výstupy připojeny přes pull-up odpory na +5V. Při výstupu ve vysoké impedanci zajišťují na výstupech hodnotu log.1(5v) a při log.0 je výstup přes obvod připojen na (0V). Posledním obvodem je obvod čtyř hradel NAND MH Je zde zapojen ve funkci přepínače pro čítání nahoru či dolů.

Při výstupu ve vysoké impedanci zajišťují na výstupech hodnotu log.1(5v) a při log.

10 Celé zapojení je realizováno na nepájivém poli mimo výkonového spínače (4xdarlington v jednom pouzdře, proudový omezovací odpor a nulové diody) a krokového motoru. Katalogové listy MH74 00 MH Požité součástky: Odpor 2k2 5ks MH ks(naprogramován kód motoru) Odpor 1k5 2ks Výkonový spínač Odpor 680R 4ks Krokový motor MH ks Propojovací kablíky MH ks Nepájivé pole

Katalogové listy MH74 00 MH74 193 Požité součástky: Odpor 2k2 5ks MH74 188 1ks(naprogramován kód

12 Zapojení v obraze: Celkový pohled na zapojení s výk. jednotkou a motorem zapojení obvodů na nepájivém poli

13 Výkonový modul (4xdarlington, nulové diody, omezovací odpor) a krokový motor Přípravek na demonstraci vlastností krokových motorů

Podobné dokumenty

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky a mezioborových inženýrských studií Katedra elektrotechniky a elektromechanických systémů Ing. Pavel Rydlo KROKOVÉ MOTORY A JEJICH ŘÍZENÍ Studijní texty