Jones sur Stepping Types de moteur
moteurs pas à pas sont disponibles dans une large gamme de résolution angulaire. Les moteurs tournent généralement 90 grossiers degrés par étape, alors que les moteurs à aimants permanents à haute résolution sont généralement en mesure de traiter 1,8 ou même 0,72 degrés par étape. Avec un contrôleur approprié, la plupart des aimants permanents et les moteurs hybrides peuvent être exécutés en demi-étapes, et certains contrôleurs peuvent gérer les étapes ou micropas fractions plus petites.
si un seul enroulement du moteur est alimenté, le rotor (sans charge) se cassera à un angle fixe, puis maintenir cet angle jusqu'à ce que le couple dépasse le couple de maintien du moteur, à la fois pour les moteurs à aimants permanents et pas à pas à réluctance variable, à quel point, le rotor va tourner, en essayant de maintenir au niveau de chaque point d'équilibre successifs.
Si votre moteur a trois enroulements, généralement connecté comme indiqué sur le schéma de la figure 1.1, avec une borne commune à tous les enroulements, il est très probablement un moteur pas à pas à réluctance variable, parfois appelé un moteur à réluctance commutée. En utilisation, le fil commun va généralement à l'alimentation positive et les enroulements sont excités en séquence.
Pour faire tourner ce moteur en continu, nous appliquons tout le pouvoir aux 3 enroulements en séquence. En supposant une logique positive, où un 1 moyen de rotation sur le courant à travers un enroulement du moteur, la séquence de commande suivante fera tourner le moteur illustré sur la figure 1.1 dans le sens horaire 24 étapes ou 2 tours: La section de ce tutoriel sur le contrôle de niveau intermédiaire fournit des détails sur les méthodes pour produire de telles séquences de signaux de commande, tandis que la section sur les circuits de commande traite le circuit de commutation de puissance nécessaire pour entraîner les enroulements du moteur à partir de telles séquences de contrôle.
Il existe aussi des moteurs pas à pas à réluctance variable avec des enroulements 4 et 5, ce qui nécessite 5 ou 6 fils. Le principe de la conduite de ces moteurs est le même que pour les trois enroulement variété, mais il devient important de travailler le bon ordre pour exciter les enroulements pour faire l'étape du moteur bien.
La géométrie du moteur représenté sur la figure 1.1, ce qui donne 30 degrés par étape, utilise le plus petit nombre de dents du rotor et les pôles de stator qui fonctionne de manière satisfaisante. Utilisation de plusieurs pôles du moteur et plusieurs dents de rotor permet la construction de moteurs à angle de pas plus petit. Denté fait face à chacun des pôles et un rotor denté de manière correspondante finement permet d'angles de pas aussi petites que de quelques degrés.
Unipolaires moteurs pas à pas, les deux aimant permanent et moteurs pas à pas hybride avec 5 ou 6 fils sont en général raccordés comme indiqué dans le schéma de la figure 1.2, avec une prise centrale sur chacun des deux enroulements. En utilisation, les prises centrales des enroulements sont typiquement raccordés à l'alimentation positive, et les deux extrémités de chaque enroulement sont alternativement mis à la terre pour inverser la direction du champ fournie par ce bobinage. Un GIF animé de la figure 1.2 est disponible.
La section transversale du moteur représenté sur la figure 1.2 est d'un aimant permanent de 30 degrés par étape ou d'un moteur hybride - la différence entre ces deux types de moteurs ne sont pas pertinentes à ce niveau d'abstraction. Numéro de l'enroulement du moteur 1 est répartie entre le pôle de stator supérieure et inférieure, tandis que le numéro du bobinage du moteur 2 est répartie entre les pôles du moteur gauche et droit. Le rotor est un aimant permanent à 6 pôles, 3 sud et nord 3, disposées autour de son circumfrence.
Pour les résolutions angulaires plus élevées, le rotor doit avoir des pôles proportionnellement plus. Le 30 degré par moteur pas à pas dans la figure est l'un des plus communs des conceptions de moteurs à aimants permanents, bien que 15 et 7,5 degré par moteurs pas à pas sont largement disponibles. moteurs à aimants permanents avec des résolutions aussi bon que 1,8 degrés par étape sont faites, et les moteurs hybrides sont construits régulièrement avec 3,6 et 1,8 degrés par étape, avec des résolutions aussi fins que 0,72 degrés par pas disponible.
Comme le montre la figure, le courant circulant à partir de la prise médiane de l'enroulement à la borne 1 un provoque le pôle de stator haut soit un pôle nord tandis que le pôle de stator inférieure est un pôle sud. Ceci attire le rotor dans la position représentée. Si l'alimentation de l'enroulement 1 est enlevé et l'enroulement 2 est excitée, le rotor va tourner de 30 degrés, ou une étape.
Pour faire tourner le moteur en continu, on applique simplement la puissance aux deux enroulements en séquence. En supposant une logique positive, où un 1 moyen de rotation sur le courant à travers un enroulement du moteur, les deux séquences de contrôle suivantes seront tourner le moteur illustré sur la figure 1.2 dans le sens horaire 24 étapes ou 2 tours: Notez que les deux moitiés de chaque enroulement ne sont jamais sous tension à la en même temps. Les deux séquences présentées ci-dessus vont faire tourner un aimant permanent une étape à la fois. La séquence supérieure que des pouvoirs un enroulement à la fois, comme illustré sur la figure ci-dessus; ainsi, il consomme moins d'énergie. La séquence implique la mise sous tension du bas deux enroulements à la fois et produit généralement un couple d'environ 1,4 fois supérieure à celle de la séquence supérieure tout en utilisant deux fois plus de puissance.
La section de ce tutoriel sur le contrôle de niveau intermédiaire fournit des détails sur les méthodes de génération de telles séquences de signaux de commande, tandis que la section sur les circuits de commande traite le circuit de commutation de puissance nécessaire pour entraîner les enroulements du moteur à partir de telles séquences de contrôle.
Les positions de pas produites par les deux séquences ci-dessus ne sont pas les mêmes; En conséquence, la combinaison des deux séquences permettant la moitié de pas à pas, avec le moteur d'arrêt en alternance aux positions indiquées par l'une ou l'autre séquence. La séquence combinée est la suivante:
aimants permanents bipolaires et les moteurs hybrides sont construits avec exactement le même mécanisme que celui utilisé sur les moteurs unipolaires, mais les deux enroulements sont câblés plus simplement, sans centre robinets. Ainsi, le moteur lui-même est plus simple, mais le circuit d'entraînement nécessaire pour inverser la polarité de chaque paire de pôles du moteur est plus complexe. Le schéma de la figure 1.3 montre comment un tel moteur est câblé, tandis que la section transversale du moteur représenté ici est exactement la même que la section transversale représentée à la figure 1.2.
Le circuit d'entraînement pour un tel moteur nécessite un circuit de commande de pont en H pour chaque enroulement; ceux-ci sont discutés plus en détail dans la section sur les circuits de contrôle. En bref, un pont en H permet la polarité de la puissance appliquée à chaque extrémité de chaque enroulement d'être commandés indépendamment. Les séquences de contrôle pour seul pas à pas un tel moteur sont indiqués ci-dessous, en utilisant des symboles + et - pour indiquer la polarité de la puissance appliquée à chaque borne de moteur:
On notera que ces séquences sont identiques à celles d'un moteur à aimant permanent unipolaire, à un niveau abstrait, et qu'au-dessus du niveau de l'électronique de commutation de puissance à pont en H, les systèmes de commande pour les deux types de moteur peuvent être identiques.
On notera que de nombreuses puces pilotes complets du pont en H ont une entrée de commande pour permettre la sortie et l'autre pour contrôler la direction. Compte tenu de deux de ces composants de pont, un par enroulement, les séquences de contrôle suivantes seront tourner le moteur identique aux séquences de contrôle indiquées ci-dessus: Pour distinguer un moteur à aimant permanent bipolaire d'autres moteurs à 4 fils, de mesurer les résistances entre les différents terminaux. Il est intéressant de noter que certains moteurs pas à pas d'aimants permanents ont 4 enroulements indépendants, organisés en deux ensembles de deux. Dans chaque ensemble, si les deux enroulements sont connectés en série, le résultat peut être utilisé comme un moteur bipolaire de haute tension. Si elles sont câblés en parallèle, le résultat peut être utilisé comme un moteur bipolaire basse tension. Si elles sont câblés en série avec une prise centrale, le résultat peut être utilisé comme un moteur unipolaires basse tension.
enroulements bifilaires sur un moteur pas à pas sont appliqués sur le même rotor et la géométrie du stator comme un moteur bipolaire, mais au lieu d'enroulement de chaque bobine dans le stator avec un seul fil, deux fils sont enroulés en parallèle les uns avec les autres. En conséquence, le moteur a 8 fils, pas quatre.
En pratique, les moteurs à enroulements bifilaires sont toujours alimentés soit en tant que moteurs unipolaires ou bipolaires. La figure 1.4 montre les connexions alternatives aux enroulements d'un tel moteur.
Pour utiliser un moteur bifilaire comme un moteur unipolaire, les deux fils de chaque enroulement sont connectés en série et le point de connexion est utilisé en tant que prise centrale. Enroulement 1 sur la figure 1.4 est représenté relié de cette façon.
Pour utiliser un moteur bifilaire comme un moteur bipolaire, les deux fils de chaque enroulement sont connectés en parallèle ou en série. Enroulement 2 sur la figure 1.4 est représenté avec une connexion parallèle; ce qui permet un fonctionnement à haute-courant basse tension. Enroulement 1 sur la figure 1.4 est représenté avec une connexion en série; si la prise médiane est ignorée, ce qui permet un fonctionnement à une tension et un courant inférieur à celui qui serait plus élevée utilisée avec les enroulements en parallèle.
La question de la tension de fonctionnement correct pour un fonctionnement du moteur bipolaire comme moteur unipolaire, ou pour un moteur bifilar avec les enroulements du moteur en série ne sont pas aussi trivial que cela puisse paraître d'abord. Il y a trois problèmes: La capacité de transport de courant du fil métallique, à refroidir le moteur, et en évitant les circuits magnétiques d'entraînement du moteur en saturation. considérations thermiques donnent à penser que, si les enroulements sont câblés en série, la tension ne doit être soulevée par la racine carrée de 2. Le champ magnétique dans le moteur dépend du nombre d'ampère tourne; lorsque les deux demi-enroulements sont exécutés en série, le nombre de spires est doublé, mais à cause d'un moteur bien conçu comporte des circuits magnétiques qui sont proches de la saturation lorsque le moteur fonctionne à sa tension et le courant nominal, ce qui augmente le nombre d'ampères ne fait pas: désactive le champ une plus forte. Par conséquent, lorsqu'un moteur est exécuté avec les deux demi-enroulements en série, le courant devrait être réduit de moitié afin d'éviter la saturation; ou, en d'autres termes, la tension aux bornes de l'enroulement du moteur doit être le même que celui qu'il était.
Pour ceux qui sauver les moteurs anciens, trouver un moteur 8 fils pose un défi! Lequel des 8 fils est qui? Il n'est pas difficile de comprendre cela à l'aide d'un ohmmètre, un compteur volts AC, et une source de courant alternatif basse tension. En premier lieu, utiliser l'ohmmètre pour identifier les conducteurs du moteur qui sont reliés les uns aux autres à travers les enroulements du moteur. Ensuite, connecter une source de courant alternatif basse tension à l'un de ces enroulements. La tension alternative doit être inférieure à la tension de fonctionnement du moteur annoncé; tensions sous 1 volt sont recommandées. La géométrie des circuits magnétiques du moteur garantit que les deux fils d'un enroulement bifilaire sera fortement couplée pour des signaux à courant alternatif, alors il doit y avoir pratiquement pas de couplage pour les deux autres fils. Par conséquent, le sondage avec un voltmètre AC doit indiquer lequel des trois autres enroulements est couplé à l'enroulement sous tension.
Le contrôle de l'un de ces moteurs polyphasés, soit dans la configuration Delta ou Y exige moitié d'un pont en H pour chaque borne de moteur. Il est à noter que les moteurs 5 phases ont le potentiel de fournir plus de couple à partir d'une taille de paquet donné, en tout ou tous sauf un des enroulements du moteur sont excités à chaque point dans le cycle d'entraînement. Certains moteurs 5 phases ont des résolutions élevées de l'ordre de 0,72 degrés par étape (500 pas par tour).
De nombreux alternateurs automobiles sont construits en utilisant une géométrie hybride à 3 phases soit avec un rotor à aimant permanent ou un électro-aimant rotor alimenté par une paire de bagues collectrices. Celles-ci ont été utilisés avec succès en tant que moteurs pas à pas dans certaines applications industrielles lourds; angles de pas de 10 degrés par étape ont été rapportés.
Avec un moteur 5 en phase, il y a 10 mesures par répétition du cycle de progression, comme indiqué ci-dessous:
Avec un moteur 3 phases, il y a 6 étapes par répétition du cycle de progression, comme indiqué ci-dessous:
Ici, comme dans le cas bipolaire, chaque borne est représentée comme étant soit connecté au bus positif ou négatif du système d'alimentation du moteur. Notez que, à chaque étape, un seul terminal change de polarité. Cette modification supprime l'alimentation d'un enroulement relié à la borne (parce que les deux bornes de l'enroulement en question sont de la même polarité) et applique la puissance à un enroulement qui était précédemment inactif. Compte tenu de la géométrie du moteur suggéré par la figure 1.5, cette séquence de contrôle entraîner le moteur au moyen de deux révolutions.
Pour distinguer un moteur 5 en phase à partir d'autres moteurs à 5 conducteurs, on notera que, si la résistance entre les deux bornes consécutives du moteur 5 en phase est R, la résistance entre les bornes non consécutifs seront 1,5R.