Motori passo-passo

Un motore passo-passo è un dispositivo elettromeccanico che converte i segnali elettrici in movimenti angolari discreti di un albero. L'utilizzo di motori passo-passo consente ai corpi di lavoro delle macchine di eseguire movimenti rigorosamente dosati fissando la loro posizione alla fine del movimento.

I motori passo-passo sono attuatori che forniscono movimenti angolari fissi (passi). Qualsiasi cambiamento nell'angolo del rotore è la risposta del motore passo-passo all'impulso di ingresso.

Un discreto azionamento del motore passo-passo elettrico è naturalmente combinato con dispositivi di controllo digitali, che ne consentono l'utilizzo con successo in macchine per il taglio dei metalli a controllo digitale, in robot e manipolatori industriali, in meccanismi di orologio.

Un azionamento elettrico discreto può essere implementato anche utilizzando una serie motori elettrici asincroni, che grazie al controllo speciale può funzionare in modalità passo.

I motori passo-passo sono utilizzati negli azionamenti elettrici con potenza da una frazione di watt a diversi kilowatt.Un'estensione della scala di potenza di un azionamento elettrico discreto può essere ottenuta utilizzando motori elettrici asincroni in serie che, grazie a un controllo appropriato, possono funzionare in modalità passo-passo.

Il principio di funzionamento dei motori passo-passo di tutti i tipi è il seguente. Con l'aiuto di un interruttore elettronico vengono generati impulsi di tensione, che vengono inviati alle bobine di controllo situate sullo statore del motore passo-passo.

A seconda della sequenza di eccitazione delle bobine di controllo, nell'intervallo operativo del motore si verifica l'una o l'altra variazione discreta del campo magnetico. Con lo spostamento angolare dell'asse del campo magnetico delle bobine di controllo del motore passo-passo, il suo rotore ruota discretamente seguendo il campo magnetico. La legge di rotazione del rotore è determinata dalla sequenza, dal ciclo di lavoro e dalla frequenza degli impulsi di controllo, nonché dal tipo e dai parametri di progettazione del motore passo-passo.

Il principio di funzionamento di un motore passo-passo (ottenendo un movimento discreto del rotore) sarà considerato utilizzando l'esempio del circuito più semplice di un motore passo-passo a due fasi (Fig. 1).

Riso. 1. Schema semplificato di un motore passo-passo con rotore attivo

Il motore passo-passo ha due coppie di poli dello statore chiaramente definiti su cui si trovano gli avvolgimenti di eccitazione (controllo): avvolgimento 3 con terminali 1H - 1K e avvolgimento 2 con terminali 2H - 2K. Ogni avvolgimento è costituito da due parti situate ai poli opposti dello statore 1 SM.

Il rotore nello schema considerato è un magnete permanente a due poli.Le bobine sono alimentate da impulsi provenienti da un dispositivo di controllo che converte una sequenza monocanale di impulsi di controllo in ingresso in una sequenza multicanale (in base al numero di fasi del motore passo-passo).

Considera il funzionamento di un motore passo-passo, supponendo che al momento iniziale la tensione sia applicata alla bobina 3. La corrente in questa bobina magnetizzerà i poli N e 8 posizionati verticalmente. Come risultato dell'interazione del campo magnetico con il permanente magnete del rotore, quest'ultimo occuperà una posizione di equilibrio in cui gli assi dei campi magnetici di statore e rotore sono uguali.

La posizione sarà stabile perché sul rotore agisce un momento di sincronismo che tende a riportare il rotore nella posizione di equilibrio: M = Mmax x sinα,

dove M.max — il momento massimo, α — l'angolo tra gli assi dei campi magnetici dello statore e del rotore.

Quando la centralina commuta la tensione dalla bobina 3 alla bobina 2, viene generato un campo magnetico a poli orizzontali, cioè il campo magnetico dello statore compie una discreta rotazione con un quarto della circonferenza dello statore. In questo caso apparirà un angolo di divergenza tra gli assi dello statore e del rotore α = 90° e sul rotore agirà la coppia massima Mmax. Il rotore ruoterà di un angolo α = 90° e assumerà una nuova posizione stabile. Pertanto, dopo il movimento a passi del campo dello statore, il rotore del motore si muove gradualmente.

La principale modalità di funzionamento del motore passo-passo è dinamica. I motori passo-passo, a differenza dei motori sincroni, sono progettati per entrare in sincronismo da fermo e frenatura elettrica forzata.Grazie a ciò, l'azionamento elettrico passo-passo fornisce avvio, arresto, inversione e transizione da una frequenza degli impulsi di controllo a un'altra.

Il motore passo-passo viene avviato da un aumento improvviso o graduale della frequenza del segnale di ingresso da zero a quello operativo, l'arresto avviene diminuendo lo zero e il contrario avviene modificando la sequenza di commutazione degli avvolgimenti del motore passo-passo.

I motori passo-passo sono caratterizzati dai seguenti parametri: il numero di fasi (bobine di controllo) e il loro schema di collegamento, il tipo di motore passo-passo (con rotore attivo o passivo), singolo passo del rotore (l'angolo di rotazione del rotore con un singolo impulso ), tensione nominale di alimentazione, momento statico massimo, coppia nominale, momento di inerzia del rotore, frequenza di accelerazione.

I motori passo-passo sono monofase, bifase e multifase con rotore attivo o passivo. Il motore passo-passo è controllato da una centralina elettronica. Un esempio di schema di controllo di un motore passo-passo è mostrato in Figura 2.

Riso. 2. Schema funzionale di un azionamento elettrico di un motore passo-passo ad anello aperto

Un segnale di controllo sotto forma di impulsi di tensione viene fornito all'ingresso del blocco 1, che converte la sequenza di impulsi, ad esempio, in un sistema quadrifase di impulsi unipolari (in base al numero di fasi del motore passo-passo) .

Il blocco 2 genera tali impulsi rispetto alla durata e all'ampiezza necessarie al normale funzionamento dell'interruttore 3, alle cui uscite sono collegati gli avvolgimenti del motore passo-passo 4. L'interruttore e gli altri blocchi sono alimentati da una sorgente di corrente continua 5.

Con maggiori requisiti per la qualità di un azionamento discreto, viene utilizzato un circuito chiuso di un azionamento elettrico passo-passo (Fig. 3), che, oltre a un motore passo-passo, include un convertitore P, un commutatore K e un sensore di passo DSh. In tale azionamento discreto, le informazioni sulla posizione effettiva dell'albero del meccanismo di lavoro RM e la velocità del motore passo-passo vengono inviate all'ingresso del regolatore automatico, che fornisce la natura impostata del movimento dell'azionamento.

Riso. 3. Schema funzionale di un'unità discreta a circuito chiuso

I moderni sistemi di azionamento discreti utilizzano controlli a microprocessore. La gamma di applicazioni per gli azionamenti per motori passo-passo è in continua espansione. Il loro uso è promettente in saldatrici, dispositivi di sincronizzazione, nastri e meccanismi di registrazione, sistemi di controllo dell'alimentazione del carburante per motori a combustione interna.

I vantaggi dei motori passo-passo:

• elevata precisione, anche con una struttura ad anello aperto, ad es. senza sensore dell'angolo di sterzata;

• integrazione nativa con le applicazioni di gestione digitale;

• mancanza di interruttori meccanici che spesso causano problemi con altri tipi di motori.

Svantaggi dei motori passo-passo:

• coppia bassa, ma rispetto ai motori a trazione continua;

• velocità limitata;

• alto livello di vibrazione dovuto al movimento a scatti;

• grandi errori e oscillazioni con perdita di impulsi nei sistemi ad anello aperto.

I vantaggi dei motori passo-passo superano di gran lunga i loro svantaggi, quindi vengono spesso utilizzati nei casi in cui la piccola potenza dei dispositivi di azionamento è sufficiente.

L'articolo utilizza materiali tratti dal libro Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Materiale elettrico delle imprese agricole.