motoare pas cu pas ,caracteristici

Download Motoare pas cu pas ,caracteristici

Post on 23-Nov-2015

101 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Automatizari,MPPS

TRANSCRIPT

  • CAP. 1.1. MOTOARE PAS CU PAS

    CARACTERISTICI GENERALE

    O definiie simpl a motorului pas cu pas este: un dispozitiv electromecanic care convertete impulsurile electrice n micri mecanice discrete. [3,17,22]

    Axul motorului pas cu pas execut o micare de rotaie n pai incrementali discrei cnd este aplicat n secvena corect o comand electric n pulsuri. Rotaia motorului este

    strns legat de caracteristicile acestor impulsuri electrice. Astfel direcia de rotaie a motorului este direct legat de secvena n care sunt aplicate pulsurile electrice, de asemenea i viteza de rotaie este direct dependent de frecvena impulsurilor electrice iar deplasarea unghiular este direct dependent de numrul de pulsuri electrice aplicate.[3,17]

    n comparaie cu alte tipuri de motoare (motoarele de curent continuu sau motoarele de curent alternativ asincrone i sincrone) motorul pas cu pas are o serie de avantaje:

    Rotaia unghiular a motorului este proporional cu pulsul electric aplicat;

    Motorul are moment maxim n poziia oprit dac bobinele sunt alimentate;

    Poziionare precis, cu o eroare de 3-5% la un pas, care nu se cumuleaz de la un pas la altul;

    Rspunsuri excelente la pornit/oprit/schimbarea direciei de rotaie; Fiabilitate excelent deoarece nu exist perii de contact la motor, deci durata de

    funcionare depinde de rulment; Posibilitatea de a obine viteze foarte mici cu sarcina legat direct pe axul

    motorului;

    O gam foarte larg de viteze de rotaie; dar exist i unele dezavantaje: Rezonana poate aprea n cazul unui control deficitar;

    Controlul greoi la viteze foarte mari.[1,16,24,25] Fiecare revoluie a axului motorului este alctuit dintr-o serie de pai discrei. Un pas

    este definit ca fiind rotaia unghiular a axului motorului la aplicarea unui impuls de comand. Fiecare impuls face ca axul s se roteasc cu un anumit numr de grade caracteristic fiecrui tip de motor. Un pas unghiular reprezint rotaia axului motorului la fiecare pas, i se msoar n grade. n funcie de acest pas unghiular se poate face o clasificare a motoarelor pas cu pas. n figura 1.1 este prezentat dependena poziiei unghiulare a axului (figura 1.1 (b)) de secvena de alimentare a bobinelor (figura 1.1 (a)). [5,17,25]

  • Exist trei tipuri de motoare pas cu pas din punct de vedere al configuraie electrice. Acestea sunt:

    Cu reluctan variabil

    cu magnet permanent

    Hibride.

    Aceste tipuri vor fi descrise pe larg n subcapitolul 1.2. Pe lng aceste tipuri clasice de motoare pas cu pas exist un tip de motor cu un

    design special. Acesta este motorul cu rotorul format dintr-un disc din magnet permanent (figura 1.2). [16,18]

    Acest tip de motor ofer avantajul unei inerii foarte mici, precum i un flux magnetic optim deoarece nu exist nici o legtur ntre cele dou bobine ale statorului.

    O alt caracteristic important a motoarelor, dup care ele sunt i clasificate este mrimea lor. Clasificarea dup mrime se face n funcie de diametrul corpului motorului, n timp ce lungimea motorului poate varia n interiorul aceleiai clase de mrime.

    timp Po

    zii

    a ax

    ulu

    i mo

    toro

    ulu

    i (gr

    ade) Fig. 1.1

    Fig. 1.2

    Circuit magnetic - din oel laminat de calitate Nu exist cuplaj magnetic ntre faze

    Rotor o inerie foarte mic

    Rotor

    Stator

  • Nivelul de putere al motoarelor pas cu pas variaz, de la motoarele foarte mici cu un

    consum de ordinul mW, la motoarele mai mari cu un consum de ordinul zecilor de vai. Modul de funcionare al motorului pas cu pas este simplu. n momentul cnd o bobin

    este alimentat apare un flux magnetic n stator. Direcia fluxului poate fi determinat folosind regula minii drepte. Prin energizarea n secvena corect a bobinelor statorului, motorul va

    efectua rotaia dorit, dar mai mult despre modul de funcionare a motorului pas cu pas n subcapitolul 1.3.

    De obicei motoarele pas cu pas au dou faze, dar exist i motoare cu trei sau cinci faze. Un motor bipolar cu dou faze are o bobin/faz iar un motor unipolar are o bobin cu priz central/faz. De multe ori motorul unipolar este catalogat ca fiind un motor cu patru faze dei el are numai dou faze. Exist i motoare care au dou bobine separate/faz acestea pot fi conduse fie ca un motor bipolar sau ca un motor unipolar.

    Pentru a putea nelege mai bine structura unui motor pas cu pas trebuie menionat

    faptul c un pol este considerat acea regiune din corpul magnetizat n care densitatea de flux magnetic este concentrat. Att statorul ct i rotorul unui motor pas cu pas au poli. Cel mai

    simplu motor poate avea doi poli (o pereche de poli) pentru fiecare din cele dou faze pe stator i 2 poli (o pereche) pe rotor. n realitate sunt prezente mai multe perechi de poli att pe stator ct i pe rotor, acest lucru ducnd la creterea numrului de pai la o rotaie complet a motorului. Motorul pas cu pas cu magnet permanent are un numr egal de poli pe rotor i stator. Cele mai

    ntlnite tipuri de motoare pas cu pas cu magnet permanent au 12 perechi de poli. Statorul are 12 poli/faz. Motorul pas cu pas hibrid are rotorul prevzut cu dini, acesta fiind mprit n dou

    pri de un magnet permanent rezult c jumtate din dini sunt poli sud iar cealalt jumtate poli nord. De asemenea i statorul este prevzut cu dini.

    Rezoluia unghiular sau pasul unghiular al unui motor pas cu pas este dat de relaia dintre numrul de poli pe rotor i numrul de poli pe stator, i numrul de faze.[18] Pas unghiular = 360 / (NPh x Ph) = 360/N [1.1] ,unde NPh numrul de poli echivaleni /faz= numrul de poli pe rotor, Ph numrul de faze, N numrul total de poli pentru toate fazele.

    n cazul n care numrul de poli de pe rotor i stator nu este egal, aceast relaie nu mai este valabil.

    n funcie de modul de alimentare a fazelor exist mai multe tipuri de conducere a motoarelor pas cu pas. Cele mai comune moduri sunt:

    pas ntreg; jumtate de pas; micropire.

  • Motivele pentru care motorul pas cu pas a ajuns s fie folosit ntr-o gam mare de aplicaii este acurateea i repetabilitatea. n mod normal eroarea este cuprins ntre 3-5%/pas. Acurateea unui motor pas cu pas depinde n mare parte de prile sale mecanice i nu de prile electrice. Exist mai multe tipuri de erori prin care se exprim diferena dintre poziia real i poziia teoretic a motorului (figura 1.3). Astfel:

    Eroarea de poziionare la sfritul unui pas. Este eroarea pozitiv sau negativ de poziie care apare cnd motorul a efectuat un pas, adic s-a rotit cu un pas unghiular de la poziia anterioar. Eroarea de poziie. Dac motorul a efectuat N pai fa de poziia iniial

    (N=360o/pas unghiular) iar unghiul fa de poziia iniial este msurat dup fiecare pas, astfel dup N pai o s avem un unghi N , avem urmtoarea relaia: NpasunuitorcorespunzaunghiNN = )___( [1.2] Histerezis de poziie. Este valoarea obinut prin msurarea erorii de poziie n

    ambele direcii.[16]

    Dup cum am menionat mai sus, foarte important ntr-un motor pas cu pas este partea mecanic. Astfel pentru a putea exprima performana unui motor pas cu pas trebuie s se in cont i de parametri mecanici: sarcin, frecare i inerie.[16]

    Performana unui motor pas cu pas depinde foarte mult de parametrii mecanici ai sarcinii. Sarcina este definit ca acel lucru pe care motorul trebuie s-l acioneze. Sarcina (sau ncrcarea) motorului apare de obicei datorit frecrii sau ineriei precum i o combinaie a celor dou.

    Frecarea este rezistena opus micrii datorat asperitii suprafeelor care se ating una de alta. Frecarea este proporional cu viteza. Pentru a efectua un pas este nevoie de un moment cel puin egal cu frecarea. Odat cu creterea sarcinii, crete i frecarea, deci viteza scade, deci acceleraia crete i totodat crete eroarea de poziie. Astfel trebuie s se in cont n alegerea motorului pas cu pas de sarcina pe care trebuie s o acioneze i de condiiile tehnologice care trebuie ndeplinite (vitez, acceleraie, poziionare cu eroare ct mai mic etc.)

    Ineria poate fi definit ca fiind opoziia la schimbrile de vitez. O sarcin cu inerie mare are nevoie de un moment inerial mare la pornire dar i la oprire. O sarcin inerial mare va crete stabilitatea vitezei, dar va crete i timpul necesar ajungerii la viteza dorit i va scdea rata de porniri/opriri pe unitatea de timp.

    Deviaia unghiular

    Acurateea poziiei

    Poziia teoretic

    Eroare de histerezis

    Fig. 1.3

  • Rotorul va oscila odat cu creterea/scderea sarcinii ineriale i/sau frecrii. Aceast relaie nedorit ntre oscilaia rotorului, inerie i frecare poate fi redus prin amortizare mecanic dar mai simplu este eliminarea (sau mai bine zis amortizarea, cci aceste oscilaii nu pot fi eliminate complet) acestor oscilaii nedorite pe cale electric prin schimbarea din modul de pire ntreg n modul de pire jumtate de pas.

    O caracteristic important a unui motor pas cu pas este rspunsul unghiular la efectuarea unui pas.

    Cnd este aplicat un impuls electric motorului pas cu pas, rotorul are o micare unghiular cum se vede n figura 1.4. Timpul t este timpul necesar rotorului s se roteasc cu un pas odat ce un impuls electric a fost aplicat. Acest timp este dependent de raportul dintre moment i sarcin. Din moment ce cuplul este o funcie de deplasare rezult c acceleraia va fi i ea dependent de deplasare. De aceea, cnd un motor efectueaz pai mari (adic pire ntreag, nu jumtate de pas sau micropire) o dac cu un moment mare apare i o acceleraie mare. Acest lucru poate cauza rspunsul din fig.1.4. Timpul T este timpul necesar acestor oscilaii pentru a se amortiza. n unele aplicaii care necesit o mare precizie i un rspuns ct mai rapid aceste oscilaii nu sunt dorite. Este posibil s se reduc i chiar s fie eliminate prin micropire.[16]

    Fenomenul de rezonan poate aprea la anu