Jones auf Motorart Stepping
Schrittmotoren kommen in einer breiten Palette von Winkelauflösung. Die gröbste Motoren drehen typischerweise 90 Grad pro Schritt, während eine hohe Auflösung von Permanentmagnetmotoren häufig der Lage sind, 1,8 oder sogar 0,72 Grad pro Schritt zu handhaben. Mit einer entsprechenden Steuereinheit, die meisten Permanentmagneten und Hybridmotoren können in Halbschritten ausgeführt werden, und einige Steuerungen können kleinere fraktionierte Schritte oder Mikro behandeln.
Für beiden Permanentmagneten und variabler Reluktanz-Schrittmotoren, wenn nur ein von der Motorwicklung mit Energie versorgt wird, schnappt der Rotor (ohne Last) wird zu einem festen Winkel und dann diesen Winkel halten, bis das Drehmoment, das Haltedrehmoment des Motors übersteigt, bei wobei zu diesem Zeitpunkt wird der Rotor drehen, versucht bei jedem aufeinanderfolgenden Gleichgewichtspunkt zu halten.
Wenn Ihr Motor drei Wicklungen aufweist, die typischerweise verbunden, wie in der schematischen Darstellung in Figur 1.1, mit einem Anschluß gemeinsam für alle Wicklungen gezeigt, ist es sehr wahrscheinlich ein variabler Reluktanz-Schrittmotor, manchmal als ein geschalteter Reluktanzmotor bekannt. Im Gebrauch geht der gemeinsame Draht typischerweise mit der positiven Versorgung und die Wicklungen werden nacheinander mit Energie versorgt.
Um diesen Motor kontinuierlich zu drehen, wenden wir nur Energie zu den drei Wicklungen in Folge. Unter der Annahme, positive Logik, wobei ein 1 Mittel auf dem Strom durch eine Motordrehwicklung, die folgende Steuersequenz dreht so den Motor veranschaulichte in Bild 1.1 im Uhrzeigersinn 24 Stufen oder 2 Umdrehungen: Der Abschnitt dieses Lernprogramms auf Mid-Level Control enthalten Einzelheiten über Methoden für solche Folgen von Steuersignalen, während der Abschnitt auf Control Circuits die Schaltung Leistungsschalt bespricht benötigt, um die Motorwicklungen von solchen Kontrollsequenzen anzutreiben.
Es gibt auch variable Reluktanz-Schrittmotoren mit Wicklungen 4 und 5 und erfordert 5 oder 6 Drähte. Das Prinzip für diese Motoren fahren ist das gleiche wie die für die Sorte drei Wicklung, aber es wird wichtig, die richtige Reihenfolge zu arbeiten, um die Wicklungen zu erregen schön den Motor Schritt zu machen.
Die Motorgeometrie dargestellt in 1.1, was 30 Grad pro Schritt verwendet die geringste Anzahl von Rotorzähnen und Statorpole, die zufriedenstellend durchführt. Die Verwendung von mehr Motorpolen und Läuferzähnen erlaubt die Konstruktion von Motoren mit kleineren Schrittwinkel. Zahnflächen an jedem Pol und eine entsprechend fein gezähnten Rotor für Schrittwinkel so klein wie ein paar Grad ermöglicht.
Unipolar-Schrittmotoren, die beiden Permanentmagneten und Hybrid-Schrittmotoren mit 5 oder 6 Drähten sind in der Regel wie gezeigt in der schematischen Darstellung in Figur 1.2, mit einem Mittenabgriff auf jedem der zwei Wicklungen verdrahtet. In Gebrauch werden die Mittelanzapfungen der Wicklungen typischerweise mit der positiven Versorgungs verdrahtet, und die beiden Enden jeder Wicklung geerdet sind abwechselnd die Richtung des Feldes durch die Wicklung vorgesehen umkehrt. Ein animiertes GIF von Abbildung 1.2 ist verfügbar.
Der Motorquerschnitt in Abbildung 1.2 ist von einem 30 Grad pro Schritt Permanentmagneten oder Hybridmotor - der Unterschied zwischen diesen beiden Motortypen auf dieser Ebene der Abstraktion nicht relevant ist. Motor Windungszahl 1 ist zwischen den oberen und unteren Statorpol verteilt, während der Motor Windungszahl 2 zwischen den linken und rechten Motorpole verteilt ist. Der Rotor ist ein Permanentmagnet mit 6-polig, 3 Süden und Norden 3, um seine circumfrence angeordnet.
Für höhere Winkelauflösung muss der Rotor proportional mehr Pole aufweisen. Der 30 Grad pro Schrittmotor in der Figur ist eines der am häufigsten verwendeten Permanentmagnet-Motor entwickelt, obwohl 15 und 7,5 Grad pro Schritt Motoren weithin verfügbar sind. Permanentmagnetmotoren mit einer Auflösung so gut wie 1,8 Grad pro Schritt hergestellt werden, und Hybridmotoren werden routinemßig mit 3,6 und 1,8 Grad pro Schritt, mit einer Auflösung so fein wie 0,72 Grad pro Schritt verfügbar gebaut.
Wie in der Figur gezeigt, von dem Mittenabgriff der Strom 1 fließt an der Klemme einer Wicklung bewirkt, dass der obere Statorpol ein Nordpol sein, während die untere Statorpol ein Südpol ist. Dies zieht den Rotor in die Position gezeigt. Wenn der Strom 1 bis Wicklung entfernt wird und die Wicklung 2 mit Energie versorgt wird, wird der Rotor 30 Grad drehen, oder einen Schritt.
Um den Motor kontinuierlich zu drehen, wenden wir nur Leistung an die beiden Wicklungen in Folge. Unter der Annahme, positive Logik, wobei ein 1 Mittel auf dem Strom durch eine Motordrehwicklung, die folgenden zwei Steuersequenzen wird den Motor veranschaulichte in Abbildung 1.2 im Uhrzeigersinn 24 Stufen oder 2 Umdrehungen drehen: Man beachte, dass die beiden Hälften jeder Wicklung sind nie bestromten gleiche Zeit. Beide Sequenzen oben gezeigt wird ein Permanentmagnet einen Schritt zu einer Zeit drehen. Die obere Sequenz Kräfte nur einen nach dem anderen Wicklung, wie oben in der Figur dargestellt; Somit braucht es weniger Strom. Die untere Sequenz beinhaltet zu einem Zeitpunkt zwei Wicklungen Einschalten und erzeugt im allgemeinen ein Drehmoment um das 1,4-fache größer ist als die obere Sequenz während doppelt so viel Leistung verwenden.
Der Abschnitt dieses Lernprogramms auf Mid-Level Control enthält Einzelheiten über Verfahren zur Herstellung solcher Sequenzen von Steuersignalen zu erzeugen, während der Abschnitt über die Steuerstromkreise die Motorwicklungen benötigte Leistungsschaltschaltung diskutiert Sequenzen aus solchen Steuerung zu fahren.
Die Schritt erzeugten Positionen von den beiden Sequenzen sind oben nicht gleich sind; Als Ergebnis ermöglicht die Hälfte Schreitet die beiden Sequenzen verbinden, wobei der Motor durch eine oder die andere Sequenz abwechselnd an den angegebenen Positionen anzuhalten. Die kombinierte Sequenz ist wie folgt:
Bipolar Permanentmagneten und Hybridmotoren sind mit genau den gleichen Mechanismus aufgebaut ist, wie auf unipolaren Motoren verwendet wird, aber die beiden Wicklungen sind einfacher verdrahtet, ohne Mittelabgriffen. Somit ist der Motor selbst einfacher, aber die Treiberschaltung erforderlich, um die Polarität von jedem Paar von Motorpolen umgekehrt ist komplexer. Die schematische Darstellung in Figur 1.3 zeigt, wie ein solcher Motor verdrahtet ist, während der Motor Querschnitt gezeigt, hier ist genau das gleiche wie der Querschnitt in Figur 1.2 gezeigt.
Die Treiberschaltung für einen solchen Motor erfordert eine H-Brückensteuerschaltung für jede Wicklung; diese sind detaillierter im Abschnitt über den Steuerstromkreis diskutiert. Kurz gesagt, ermöglicht eine H-Brücke, die die Polarität der an jedem Ende aufgebrachten Leistung jedes unabhängig gesteuert werden Wicklung. Die Kontrollsequenzen für Einzel einen solchen Schrittmotor sind unten gezeigt, indem Symbole + und - die Polarität der Spannung zu jedem Motoranschluss angelegt, um anzuzeigen:
Beachten Sie, dass diese Sequenzen mit denen für einen unipolare Permanentmagnet-Motor, auf einer abstrakten Ebene identisch sind, und daß oberhalb der Ebene der H-Brückenleistungsschaltelektronik können die Steuersysteme für die zwei Arten von Kraft identisch sein.
Man beachte, dass viele Voll H-Brücken-Treiber-Chips einen Steuereingang haben, den Ausgang und ein anderes zu steuern, um die Richtung zu ermöglichen. Gegeben seien zwei solche Brücken-Chips, eine pro Wicklung die folgenden Kontrollsequenzen vom Motor drehen identisch zu den Kontrollsequenzen oben angegeben: Um einen bipolaren Permanentmagnetmotor von anderen 4-Draht-Motoren zu unterscheiden, um die Widerstände zwischen den verschiedenen Endgeräten messen. Es ist erwähnenswert, dass einige Permanentmagneten-Schrittmotoren haben vier unabhängige Wicklungen, wie zwei Sätze von zwei organisiert. Innerhalb jeden Satzes, wenn die beiden Wicklungen in Reihe geschaltet werden, kann das Ergebnis als ein Hochspannungs-Bipolar-Motor verwendet werden. Wenn sie parallel verdrahtet sind, kann das Ergebnis als ein Niederspannungs-Bipolar-Motor verwendet werden. Wenn sie in Serie mit einem Mittenabgriff verdrahtet sind, kann das Ergebnis als eine niedrige Spannung unipolaren Motor verwendet werden.
Bifilare Wicklungen auf einem Schrittmotor mit dem gleichen Rotor und Stator Geometrie als bipolarer Motor angelegt, sondern jede Spule in dem Stator mit einer einzigen Drahtwicklung, zwei Drähte sind parallel zueinander gewickelt ist. Als Ergebnis hat der Motor 8 Drähte, nicht mehr als vier.
In der Praxis Motoren mit zweiadrigen Wicklungen werden immer als entweder unipolare oder bipolare Motoren angetrieben. Abbildung 1.4 zeigt die alternative Verbindungen zu den Wicklungen eines solchen Motors.
Um einen bifilar Motor als unipolar Motor zu verwenden, die beiden Drähte jeder Wicklung in Reihe geschaltet sind und der Verbindungspunkt wird als Zentrum Abgriffen verwendet. Wicklung 1 in Abbildung 1.4 ist auf diese Weise verbunden dargestellt.
Um einen bifilar Motor als bipolarer Motor zu verwenden, die beiden Drähte jeder Wicklung verbunden sind, entweder parallel oder in Reihe geschaltet. Wicklung 2 in Abbildung 1.4 ist mit einer Parallelschaltung gezeigt ist; Dies ermöglicht es Niederspannungshochstrombetrieb. Wicklung 1 in Abbildung 1.4 ist mit einer Reihenschaltung gezeigt ist; wenn der Mittenabgriff ignoriert wird, ermöglicht dieser Vorgang bei einer höheren Spannung und niedrigeren Strom als es mit den Wicklungen parallel verwendet werden.
Die Frage nach der richtigen Betriebsspannung für einen bipolaren Motorlauf als unipolarer Motor oder einen bifilar Motor mit den Motorwicklungen in Reihe geschaltet ist nicht so trivial, wie es zunächst erscheinen mag. Es gibt drei Probleme: Die Strombelastbarkeit des Drahtes, der Motorkühlung und vermeidet die Magnetkreise in die Sättigung des Motors antreibt. Thermische Betrachtungen legen nahe, dass, wenn die Wicklungen in Reihe geschaltet werden, sollte die Spannung nur durch die Quadratwurzel von 2. Das Magnetfeld in dem Motor abhängig von der Anzahl von Amperewindungen erhöht werden; wenn die beiden Halbwicklungen in Serie ausgeführt werden, wird die Anzahl der Wicklungen verdoppelt, sondern weil ein gut konzipiertes Motor Magnetkreise, die zur Sättigung der Nähe sind, wenn der Motor bei seiner Nennspannung und Strom betrieben wird, um die Anzahl der Ampere zunehmende -turns nicht das Feld macht jeden stärker. Daher wird, wenn ein Motor mit den beiden Halbwicklungen in Reihe durchgeführt wird, soll der Strom, um Sättigung zu vermeiden halbiert werden; oder, mit anderen Worten, sollte die Spannung an der Motorwicklung das gleiche sein, wie es war.
Für diejenigen, die alten Motoren retten, einen 8-Draht-Motor zu finden, ist eine Herausforderung! Welche der 8 Drähte ist, die? Es ist nicht schwer, dies herauszufinden eines Ohmmeters, ein AC-Voltmeter und eine niedrige Spannung der Wechselstromquelle. Erstens verwenden die Ohmmeter die Motorleitungen zu identifizieren, die miteinander durch die Motorwicklungen verbunden sind. Dann schließen eine Niederspannungs-Wechselstromquelle mit einer dieser Wicklungen. Die Wechselspannung sollte unterhalb der beworbenen Betriebsspannung des Motors sein; Spannungen unter 1 Volt werden empfohlen. Die Geometrie des Magnetkreises des Motors gewährleistet, daß die beiden Drähte eines bifilaren Wicklung für AC-Signale stark gekoppelt werden, während es sollte so gut wie keine Kopplung mit den beiden anderen Drähten sein. Daher sollte mit einem AC-Spannungsmesser Sondieren offen legen, welche der anderen drei Wicklungen mit dem Wicklungs unter Strom gekoppelt ist.
Kontrolle entweder eines dieser mehrphasigen Motoren entweder in der Delta oder Y-Konfiguration erfordert 1/2 eine H-Brücke für jede Motorklemme. Es ist bemerkenswert, dass 5-Phasen-Motoren haben das Potential, mehr Drehmoment von einer gegebenen Paketgröße zu liefern, weil alle oder alle bis auf eine der Motorwicklungen an jedem Punkt in dem Antriebszyklus erregt werden. Einige 5-Phasen-Motoren haben hohe Auflösungen in der Größenordnung von 0,72 Grad pro Schritt (500 Schritte pro Umdrehung).
Viele Kraftfahrzeuggeneratoren verwenden baut eine 3-Phasen-Hybrid-Geometrie entweder mit einem Permanentmagnet-Rotor eines Elektromagneten oder Rotor durch ein Paar von Schleifringen angetrieben. Diese wurde als Schrittmotoren in einigen schweren industriellen Anwendungen erfolgreich eingesetzt; Schrittwinkel von 10 Grad pro Schritt berichtet.
Mit einem 5-Phasen-Motor gibt es 10 Schritte pro Wiederholung im Schrittzyklus, wie unten dargestellt:
Mit einem 3-Phasen-Motor gibt es 6 Schritte pro Wiederholung im Schrittzyklus, wie unten dargestellt:
Hier wird, wie in dem bipolaren Fall wird jeder Anschluss dargestellt als entweder mit dem positiven oder negativen Bus des Motorleistungssystems ist. Man beachte, dass bei jedem Schritt nur ein Terminal Polarität ändert. Diese Änderung nimmt der Strom von einem zu diesem Endgerät angebracht Wicklung (weil beide Klemmen der betreffenden Wicklung mit der gleichen Polarität sind) und legt Leistung an eine Wicklung, die zuvor im Leerlauf war. Angesichts der Motorgeometrie vorgeschlagen von Abbildung 1.5, diese Steuersequenz durch den Motor zwei Umdrehungen treiben.
Zu einem 5-Phasen-Motor von anderen Motoren mit 5 führt zu unterscheiden, zu beachten, dass, wenn der Widerstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anschlüssen des 5-Phasen-Motors ist, R der Widerstand zwischen nicht aufeinanderfolgenden Klemmen werden 1.5R.