Крокавы рухавік: прынцып працы, схема, апісанне, характарыстыкі

У сучаснай электратэхніцы выкарыстоўваецца мноства самых разнастайных прылад, некаторыя з іх прызначаюцца для аўтаматызацыі тэхналагічных аперацый. Такім з'яўляецца і крокавы рухавік. Прынцып працы і прылада дадзенага прыбора апісаны ў артыкуле.

Што гэта такое?

Так называецца электрамеханічнае прылада, якое служыць для перадачы кіраўніка сігналу ў механічны рух ротара. Кожны рух заканчваецца фіксацыяй у строга зададзеным становішчы. Прыбор бывае кутнім ці ж лінейным. Варта памятаць, што крокавы рухавік, прынцып працы якога будзе выкладзены ніжэй, з'яўляецца сінхронным прыладай.

Сістэмы кіравання з растуленым ланцугом (без зваротнай сувязі)

Часцей за ўсё гэта абсталяванне кіруецца спецыяльнай электроннай схемай. Сілкуецца яно толькі ад крыніцы пераменнага току. Такія рухавікі часта выкарыстоўваюцца ў схемах, дзе патрабуецца кіраванне частатой кручэння. Гэта дазваляе пазбегнуць неабходнасці выкарыстання дарагога і складанага контуру зваротнай сувязі, ды і абарона электрарухавіка становіцца прасцей (патрабуецца толькі прадугледзець хуткае абясточванне).

Дадзены прынцып працы ўжываюць у схемах з растуленым сувяззю. Варта памятаць, што паказаная схема (без контуру зваротнай сувязі) выгадная з эканамічнага пункту гледжання, але ў яе ёсць шэраг істотных абмежаванняў.

Так, паварот ротара з'яўляецца дастаткова нестабільным, вагальным, з-за чаго частата кручэння і іншыя характарыстыкі руху ні ў якім разе не могуць быць настолькі ж дакладнымі, якімі яны з'яўляюцца ў рухавіках пастаяннага току з контурам зваротнай сувязі. Для пашырэння сферы ўжывання крокавага рухавіка патрабуецца адшукваць спосабы зніжэння вібрацыі.

канфігурацыя сістэмы

Каб лепш разумець прылада крокавага рухавіка і прынцып яго працы, можна разгледзець схему функцыянавання прыбора пад яго кіраваннем, які гадоў 20 таму выкарыстоўваўся для вырабу перфакарт. Для гэтай мэты паўсюдна ўжывалі трох-і четырехфазные ШД. Зараз мы разгледзім схему працы першага.

Мы ўжо згадвалі, што ротар рухавіка паварочваецца на пэўную адлегласць у адказ на кожны кіраўнік імпульс. Значэнне гэтага павароту выяўляецца ў градусах і называецца крокам. Лагічная ланцуг ўключаецца падчас атрымання сігналу, пасля чаго адразу ж вызначае патрэбную для задзейнічання фазу. Пасля гэтага яна адпраўляе свой сігнал на інвертар, які адказвае за значэнне току, які выкарыстоўваюць крокавыя рухавікі. Характарыстыкі гэтага абсталявання мяркуюць выкарыстанне розных тыпаў кіраўнікоў схем. Як правіла, апошнія мантуюцца з шырока распаўсюджаных транзістараў, хоць параўнальна нядаўна для гэтай мэты выкарыстоўвалі інтэгральныя схемы. Пры высокім яе выходным патэнцыяле адбываецца аўтаматычнае ўзбуджэнне патрэбнай фазы абмоткі (першай, да прыкладу). Калі патэнцыял зніжаецца, адбываецца аўтаматычнае адключэнне дадзенай фазы. Так рэалізаваная абарона электрарухавіка.

Фазы пазначаюць парадкавымі нумарамі 1, 2, 3 і г.д. альбо літарамі А, В, С і г.д. Апошні варыянт выкарыстоўваецца толькі ў выпадку некаторых двухфазны рухавікоў. Такім чынам, у кожны канкрэтны момант часу ўзбуджаная толькі адна фаза з двух, трох ці чатырох наяўных (у залежнасці ад тыпу рухавіка). Пры тлумачэннi прынцыпаў працы такога прылады гэтая акалічнасць згадваецца пастаянна, але неабходна разумець, што паказаная схема зусім не з'яўляецца ідэальным спосабам кіравання.

Крок і инкремент

Найбольш простым варыянтам з'яўляецца падача адзіночных імпульсаў ад кіруючай схемы. У гэтым выпадку, да прыкладу, рухавік за адзін раз паварочвае вядучую зорачку канвеера на нейкую адлегласць наперад. Варта заўважыць, што пры падачы масіўнага механізму наперад толькі на адзін крок яшчэ больш пагаршаецца праблема вібрацыі, ды і значная інерцыя дае аб сабе знаць.

У такіх выпадках куды больш апраўдана выкарыстоўваць крокавы рухавік, які можа за адзін кіраўнік імпульс рабіць некалькі рухаў. Таксама не перашкодзіць выкарыстоўваць зорачку з больш дробнымі зуб'ямі. Дарэчы, кожнае такое рух называецца инкрементом.

У апісваных намі выпадках инкремент роўны аднаму і некалькім крокаў адпаведна. Пасля кожнага цыклу рухавік на нейкі час спыняецца, пасля чаго ўсё паўтараецца спачатку. Гэта называецца Інкрыментны рухам і Інкрыментны кіраваннем адпаведна.

Калі адзін рух выконваецца за некалькі крокаў (пра што мы казалі вышэй), прычым ваганняў ротара можа і не быць. Калі рух одношаговое, ваганні даводзіцца гасіць пры дапамозе адмысловага электроннага прылады. Наогул крокавыя рухавікі (характарыстыкі якіх мы разглядаем) адносяцца да навукаёмістым прыладам, для іх працы патрабуецца шмат складанай электроннай «начынні».

Агульны прынцып кіравання

На адзін инкремент колькасць крокаў больш чатырох прыходзіцца ў нейкіх вытворчых лініях, канвеерах. Калі дадзеныя з запамінальнай прылады (унутраная флэш-памяць, жорсткі дыск кампутара) адпраўляюцца да кантролер, выконваюцца яны блок за блокам. Кожны з іх утрымлівае строга пэўную колькасць сімвалаў (32, 48 або 64), прычым у розных сістэмах і пры розных прызначэннях прылады гэтая лічба можа сур'ёзна вар'іравацца.

Нядзіўна, што ў апошнія гады сталі распаўсюджаныя самаробкі на аснове мікракампутар Arduino. Крокавы рухавік у такой канструкцыі ідэальны, так як у такой звязку яго можна прыстасаваць як у якасці сілавы ўстаноўкі для цацкі, так і для даволі складанага прамысловага абсталявання.

Блок дадзеных перад яго выкарыстаннем пераносіцца ў паўправадніковай памяць на кантролеры, пасля чаго рух пачнецца ў адпаведнасці з інструкцыямі, якія былі запісаныя ў першым блоку інфармацыі (перад тым як падключыць электрарухавік, абавязкова трэба высветліць гэтыя характарыстыкі).

Пасля выканання інструкцый сістэма пачынае счытваць другі масіў інфармацыі. Калі кожны рух складаецца з мноства дробных крокаў, то перад асноўным кантролерам неабходна мантаваць дадатковы каскад. Часцей за ўсё яго функцыі выконваюцца уваходным кантролерам. Ён адпраўляе дадзеныя на другі кіраўнік контур з нейкім інтэрвалам, зададзеных сістэмай (Arduino). Крокавы рухавік у гэтым выпадку абаронены ад перагрузкі запытамі.

Некаторая спецыфіка выкарыстання ШД

Мы раскажам вам пра некаторыя нюансы выкарыстання крокавых рухавікоў, а таксама дамо вызначэнне часта выкарыстоўваным у гэтай галіне тэрмінаў:

- Маленькі кут кроку. Як вы ўжо ведаеце, пасля кожнага кіраўніка імпульсу ротар рухавіка паварочваецца на нейкі вызначаны градус. Чым крок менш, тым больш высокай можа быць непасрэдная частата кручэння. Важна ведаць, што крокавыя рухавікі цалкам могуць забяспечваць вельмі маленькі крок. Крокавым лікам у гэтым выпадку называецца колькасць абаротаў за адзін крок, прычым гэта значэнне вельмі важна для інжынераў. Вылічваецца яно па наступнай формуле:

S = 360 / θS, дзе S - крокаў лік, θ - кут кроку (кут павароту).

У большасці выпадкаў прывад крокавага рухавіка можа выконваць 96, 128 або 132 кроку за адзін абарот. Четырехфазные мадэлі часам маюць значэнне ў 200. Рэдкія віды прэцызійных рухавікоў за адзін толькі абарот могуць зрабіць адразу 500 або 1000 крокаў. Зрэшты, для простых разнавіднасцяў гэта недасягальна, так як у іх кут павароту роўны 90, 45 або 15 °.

- Высокая дакладнасць частоты кручэння. Менавіта гэты параметр і вызначае агульнае якасць прыбора. Вы ўжо ведаеце, што праца крокавага рухавіка прадугледжвае яго прыпынак і фіксацыю ў вызначаным становішчы пасля выканання блока дадзеных. Зразумела, звычайная механіка адназначна кажа нам, што з-за інэрцыі, сілы трэння і іншых фактараў магчымыя ўсялякія адхіленні ад зададзеных параметраў.

Барацьба з непажаданымі з'явамі

Зазор паміж ротарныя і статорными зубцамі заўсёды робіцца мінімальным для павелічэння калянасці фіксацыі. Сама дакладнасць пазіцыянавання залежыць ад характарыстык толькі толькі інвертар, так як усе іншыя фактары на яе ўплываюць ў значна меншай ступені.

А цяпер неабходна разгледзець шэраг важных характарыстык і паняццяў, такіх, як максімальны статычны момант, палажэнні «мёртвага» ротара, а таксама дакладнасць пазіцыянавання ўсіх гэтых палажэнняў. Для вызначэння вышэйпералічаных тэрмінаў існуе адразу дзве агульнапрынятых распаўсюджаных канцэпцыі.

Максімальны статычны эфект

Як мы ўжо і казалі, ён мае адразу два становішча:

• Які ўтрымлівае. Гэта максімальна дапушчальны эфект, які тэарэтычна можа быць прыкладзены да вале ўжо узбуджанай крокавага рухавіка без ўзнікнення руху.
• Фіксуе. Адпаведна, гэта таксама максімальны статычны эфект, які тэарэтычна можа быць прыкладзены да вале невозбужденное рухавіка без ўзнікнення наступнага кручэння.

Чым які ўтрымлівае момант вышэй, тым ніжэй верагоднасць узнікнення хібнасцяў пазіцыянавання, выкліканых непрагназуемая нагрузкай (адмовілі кандэнсатары для электрарухавікоў, напрыклад). Поўны фіксуе момант магчымы толькі ў тых мадэлях рухавікоў, у якіх выкарыстоўваюцца пастаянныя магніты.

«Мёртвыя» становішча ротара

Існуе адразу тры становішчы, у якіх ротар цалкам спыняецца:

• Становішча раўнавагі. У ім адбываецца поўная прыпынак узбуджанай крокавага рухавіка.
• Фіксацыя. Таксама стан, у якім спыняецца ротар. Але выкарыстоўваецца гэта паняцце толькі ў дачыненні да тых рухавікоў, у якіх у канструкцыі маецца пастаянны магніт.
• У сучасных мадэлях крокавых рухавікоў, якія адпавядаюць усім нормам экалагічнай і энергетычнай бяспекі, пры прыпынку ротара цалкам абясточваецца і абмотка.

Пра дакладнасць пазіцыянавання

Нарэшце, пагаворым аб найважнейшай паняцці. Гаворка ідзе аб дакладнасці пазіцыянавання. Можна здагадацца, наколькі яно важна пры працы складанага прамысловага абсталявання. Адрозніваюць два найважнейшых тэрміна:

• Памылка вуглавога становішча. Вызначаецца як станоўчы ці адмоўны сыход ад нарматыўнага вуглавога стану, што вельмі часта назіраецца ў выпадках пераходу ротара з аднаго становішча ў іншае. Як правіла, вінаватая інерцыя, а таксама дрэнная падганянне дэталяў.
• Дакладнасць пазіцыянавання. Гэта максімальнае значэнне памылак вуглавога становішча ротара, якія ўзнікаюць за ўвесь перыяд крокавага руху.

Важна! Адшукаць нарматыўныя звесткі для кожнай катэгорыі крокавых рухавікоў можна як на афіцыйнай старонцы іх вытворцаў, так і з даведачнай дакументацыі, якая прыкладаецца да такога роду вырабам. Як правіла, значэнне памылкі знаходзіцца ў межах ад 0,08 да -0,03 °. Прасцей кажучы, дакладнасць пазіцыянавання вылічваецца ў выглядзе сумы двух гэтых паказчыкаў: 0,08 ° + 0,03 ° = 0,11 °.

Такім чынам, крокавы рухавік, прынцып працы якога мы апісваем, адносіцца да высокадакладнай абсталявання.

Высокае стаўленне электрамагнітнага моманту да моманту інэрцыі

Як вы ўжо ўяўляеце, ад крокавага рухавіка патрабуецца максімальна хутка пачаць рух адразу пасля паступлення на кантролер кіраўніка імпульсу. Ён павінен гэтак жа хутка спыніцца, валодаючы высокай дакладнасцю пазіцыянавання. Калі падчас руху паслядоўнасць імпульсаў кіравання перапыніцца, рухавік перастане працаваць у становішчы, якi вызначаецца апошнім імпульсам.

Таксама варта мець на ўвазе, што стаўленне электрамагнітнага моманту да моманту інэрцыі ротара ў ШД павінна быць нашмат вышэй аналагічнага паказчыку для звычайных электраматораў.

Крокавая частата кручэння і частата імпульсаў

Так як частата кручэння ў ШД фактычна ўяўляе сабой колькасць крокаў у адзінку часу, замест тэрміна "частата кручэння" у спецыялізаванай літаратуры нярэдка можна сустрэць вызначэнне "крокавая частата кручэння". Перад тым як падключыць электрарухавік, аб гэтых нюансах трэба абавязкова прачытаць.

Так як у большасці крокавых рухавікоў гэтая частата роўная колькасці кіраўнікоў імпульсаў, не варта здзіўляцца незвычайнага яе пазначэння ў тэхнічных даведніках. Дакладней, для падобных матораў адзінкай вымярэння нярэдка з'яўляецца герц (Гц).

Пры гэтым важна разумець, што крокавая частата кручэння рэальнай колькасці абаротаў ротара рухавіка ні ў якім разе не адлюстроўвае. Спецыялісты лічаць, што няма ніякай прычыны не выкарыстоўваць у апісанні крокавых рухавікоў усё тое ж колькасць абаротаў у хвіліну, якое ўжываецца пры апісанні тэхнічных характарыстык звычайных электрарухавікоў. Суадносіны паміж рэальнай частатой кручэння і яе крокавым аналагам вылічаецца па наступнай формуле:

n = 60f / S, дзе n - частата кручэння, выяўляецца ў абарачэннях у хвіліну; f - крокавая частата кручэння; S - лік крокаў.

Дарэчы, а як вызначыць патрабаваныя кандэнсатары для электрарухавікоў? Вельмі проста! Дастаткова толькі выкарыстаць вось гэтую формулу:

З = 66 · Рном

Нескладана здагадацца, што пад Рном разумеецца намінальная магутнасць электрарухавіка ў кВт.

Найпростая схема падлучэння рухавіка EM-178

А зараз намі будзе разгледжана найпростае падлучэнне крокавага рухавіка на прыкладзе мадэлі ЕМ-178, якая паўсюдна выкарыстоўваецца ў прамысловых друкарках.

фаза 0	белы кантролер
фаза 1	аранжавы
фаза 2	Выконваецца падключэнне крокавага рухавіка да чырвонага кантролеру
фаза 3	Падключаецца да сіняга раз'ём
Агульны «+» харчавання	карычневы кантролер

Распісаць працу больш маштабна папросту не атрымаецца, так як існуюць мільёны самых разнастайных мадэляў, характарыстыкі якіх маюць істотныя адрозненні.

У цяперашні час выкарыстоўваюцца розныя тыпы электрарухавікоў гэтай канструкцыі. У артыкуле мы абмяркуем самыя распаўсюджаныя.

рэактыўныя рухавікі

Менавіта гэтая разнавіднасць прыбораў паўсюдна выкарыстоўваецца па гэтай дзень. Па сутнасці, гэта амаль стандартны трохфазны рухавік, на статары якога маецца шэсць зубцоў. Прасцей кажучы, кожныя два зубца, якія супрацьстаяць адзін аднаму, належаць да адной і той жа фазе. Выкарыстоўваецца паслядоўнае ці паралельнае злучэнне іх шпулек.

Што тычыцца ротара, то на ім размяшчаецца толькі чатыры зубца. Часцей за ўсё статара і ротар вытворцы вырабляюць з магнітамяккая матэрыялу, але нярэдка можна сустрэць проста масіўныя ротары са звычайных металаў. Уся справа ў тым, што да рэчываў, якія ідуць на іх вытворчасць, маецца толькі адно важнае патрабаванне: яны павінны забяспечваць як мага лепшую праводнасць магнітнага поля. Гэта надзвычай важна, калі абмяркоўваць крокавы рухавік: прынцып працы напрамую звязаны з напружанасцю магнітнага поля.

Прылады з пастаяннымі магнітамі

У якасці ротара выкарыстоўваецца магніт цыліндрычнай формы, на статары ж ёсць чатыры зубца з індывідуальнай абмоткай. Каб мацней паменшыць кут кроку, у гэтых мадэлях крокавых рухавікоў прыходзіцца павялічваць як колькасць палюсоў ротара, так і лік зубцоў на статары. Зрэшты, варта памятаць пра тое, што абодва гэтыя параметры маюць дастаткова строгія фізічныя абмежаванні. У апошнім абзацы нашага артыкула ёсць інфармацыя аб альтэрнатыўнай іх канструкцыі (біпалярны крокавы рухавік), але такія мадэлі можна сустрэць не так часта.

Як мы ўжо казалі, крокавыя прылады з пастаяннымі магнітамі спыняюцца ў строга фіксаваным становішчы нават у тых выпадках, калі прыбрана напружанне з абмотак. У гэтым выпадку спрацоўвае той самы механізм фіксацыі, які мы абмеркавалі вышэй, - становішча фіксацыі.

Выкарыстанне пастаянных магнітаў апраўдана з многіх пунктаў гледжання, але ў той жа час іх ужыванне можа прыводзіць адразу да некалькіх праблем. Па-першае, іх кошт далёкая ад даступнай. Дарэчы, колькі каштуе такі крокавы рухавік? Цана мадэляў з пастаяннымі магнітамі перавышае 100 тысяч рублёў.

Па-другое, максімальная шчыльнасць магнітнага поля можа быць не занадта высокая, так як гэта значэнне абмежавана намагнічанасць самога носьбіта. Так, параўнальна танныя пастаянныя ферытавых магніты не дазваляюць атрымаць больш-менш дастатковай напружанасці поля. А якія ёсць яшчэ тыпы электрарухавікоў, якія працуюць па гэтым прынцыпе?

гібрыдныя ўстаноўкі

Ёсць і іншы тып крокавага рухавіка, часткова які выкарыстоўвае той жа прынцып. Гібрыдныя мадэлі працуюць з ужываннем як рэактыўнага, так і магнітнага рухавікоў.

Ротар мае практычна тую ж канструкцыю, што і ў рэактыўнага ШД, але вось абмоткі вырабляюцца па некалькі іншай схеме. Справа ў тым, што на кожным полюсе абмотка ёсць толькі ў адной шпулькі (трохфазныя ШД). Няцяжка здагадацца, што ў четырехфазных мадэлях наматаная ўжо дзве шпулькі. Намотка вядзецца па бифилярной схеме. Асаблівасць у тым, што пры ўзбуджэнні на шпульках ствараецца магнітнае поле розных палярнасцяў (біпалярны крокавы рухавік).