motoare pas cu pas

6. MICROMOTOARE PAS CU PAS

6.1. Generaliti

Principiul de funcionare a motoarelor pas cu pas (MPP) este cunoscut de mult timp, ns o dezvoltare deosebit a acestora a avut loc, n special, ca urmare a cerinelor de a mri precizia n sisteme de reglare automat a poziiei unui element n cadrul unui sistem mecanic de poziionare, cum este de exemplu:

- poziionarea sculei achietoare n cadrul mainilor unelte cu comand-program ;

- acionarea echipamentelor periferice din tehnica de calcul ( imprimante matriciale, cu jet de cerneal, laser, capete citire-scriere pe suport magnetic etc);

- comanda inscriptoarelor X-Y etc.

n cadrul sistemelor menionate mai sus, ct i n multe altele, elementele de execuie cu MPP, au proprietatea fundamental c transform informaia disponibil sub form de impulsuri electrice, direct n deplasare discontinu, incremental.

Noiunea de deplasare incremental este atribuit, n acest caz, micrii discontinuie a unui obiect poziionat, realizat prin compunerea unui numr prestabilit de deplasri elementare, denumite incremeni sau pai.

Motoarele pas cu pas, prin modul de construcie i de funcionare, se ncadreaz n categoria mainilor sincrone. Partea fix a motorului este constituit din m nfurri de comand alimentate cu impulsuri rectangulare de tensiune sau curent; rotorul este construit fie cu dini feromagnetici lipsii de excitaie, fie cu magnei permaneni, i este executat fr nfurri auxiliare de pornire. Particularitatea fundamental ntlnit n construcia acestor micromaini este danturarea puternic att la stator ct i la rotor, ceea ce creeaz, la nivelul ntrefierului, zone de reluctan magnetic maxim (cnd dinii din rotor coincid radial cu dinii din stator) i zone de reluctan minim (cnd dinii rotorului ocup o poziie intermediar ntre dinii statorului). Tensiunea sub form de impulsuri, aplicat fazelor motorului decalate spaial ntre ele, determin o concentrare a liniilor de cmp magnetic n zonele de reluctan minim i respectiv apariia unui cuplu electromagnetic care tinde s poziioneze rotorul n zona menionat. Poziia rotorului se schimb pe msur ce fazele motorului sunt alimentate succesiv cu impulsuri de la sistemul de comand, astfel nct micarea de rotaie a rotorului se constituie din deplasri unghiulare elementare succesive.

Micromaini electrice

Se construiesc MPP cu deplasare incremental liniar, numite MPP liniare (MPP-L), sau motoare hibride pas cu pas asicron (MPP-AS) sau MPP de curent continu (MPP-CC).

Din cele de mai sus rezult c MPP este un convertor electromecanic care realizeaz conversia impulsurilor de comand aplicate fazelor motorului ntr-o micare de rotaie ce const din deplasri unghiulare discrete, de mrime egal i care reprezint paii motorului. Numrul pailor efectuai trebuie s corespund riguros, n cazul unei funcionri corecte, cu numrul impulsurilor de comand aplicate fazelor motorului.

Majoritatea MPP funcioneaz n ambele sensuri de rotaie i permit o accelerare, oprire i reversare rapid fr pierderi de pai, dac sunt comandate cu o frecven mai mic dect o anumit frecven limit, specific fiecrui caz n parte. Pentru extinderea funcionrii la frecvene mai mari, fr pierderi de pai n timpul accelerrii, este necesar o comand prin creterea progresiv a frecvenei impulsurilor de comand.

Avantajele utilizrii MPP sunt urmtoarele:- asigur univocitatea conversiei impuls-deplasare i pot fi utilizate n

circuit deschis, fr reacie ;- gam larg a frecvenei de comand ;- precizie i rezoluie ridicate (prin numr de pai pe rotaie mare i

corespunztor, unghi de pas mic) ceea ce simplific lanul cinematic motor-obiect antrenat ;

- permit porniri, opriri i reversri fr pierderi de pai ;- memoreaz poziia final, astfel nct, poziia de repaos este stabil, n

special n cazul MPP cu magnet permanent ;- sunt compatibile cu sistemele de control numeric.

Dezavantajele MPP sunt :- unghiul de pas, deci incrementul de rotaie este de valoare fix pentru

un motor de o construcie anumit;- randament sczut, ceea ce este mai puin important n cazul puterilor

nominale mici i foarte mici;- posibiliti limitate de a aciona mecanisme cu inerie mecanic mare;- vitez de rotaie relativ sczut, majorat ns sensibil prin

perfecionrile de construcie i de comand din ultimii ani ;- necesit o schem de comand specific tipului de motor utilizat i

relativ complex, pentru funcionarea la frecvene, respectiv viteze mari.Rspndirea foarte larg i perfecionarea pentru aplicaii specifice au

condus la existena unei game foarte diversificate de tipuri de MPP.n cele ce urmeaz se vor prezenta principiul de construcie i

funcionare, pentru cteva tipuri reprezentative de MPP.

6. Micromotoare pas cu pas

6.2. Clasificarea funcional i constructiv a MPP

MPP se pot clasifica n funcie de modul de construcie a circuitului magnetic, de numrul de circuite de comand (faze) ale nfurrilor, de modul de comand i de mrimea unghiului de pas specific unui anumit mod de construcie. n funcie de construcia circuitului magnetic i de excitarea magnetic a acestuia, respectiv n funcie de modul de producere a cuplului electromagnetic MPP se pot mpri n dou tipuri de baz, dup cum urmeaz: a) MPP de tip activ i b) MPP de tip reactiv.

a) MPP de tip activ(MPP-MP), fig. 6.1; pe stator conin un numr de Zs dini, pe fiecare dinte fiind plasat cte o bobin de comand ce constituie astfel un numr de Zs=2ps poli statorici. Pe rotor se gsete un numr de Zr dini magnetizai permanent (MP) cu polariti alternative N, S i csre realizeaz astfel un numr de Zr=2pr poli rotorici de excitaie. Caracterul activ al acestei variante este determinat de interaciunea electromagnetic ntre cmpul magneilor permaneni rotorici i curentul I din bobinele statorice, similar cu motorul sincron excitat cu magnei permaneni; cuplul electromagnetic de excitaie, dezvoltat este de forma general:

= sinIkM MPMPP , (6.1)n care MP este fluxul inductor produs de magnetul permanent, iar este unghiul ntre axa dintelui (polului MP) rotoric i fazorul spaial al curentului statoric, I, orientat dup axa solenaiei statorice; kMPP este notaia generic a unei constante ce depinde de configuraia constructiv a motorului pas cu pas.

Valoarea maxim a cuplului, Mmax, se obine atunci cnd rotorul este deplasat cu un unghi = 90o electrice fa de poziia de aliniere a axei unui pol rotoric cu axa unui pol statoric ( = 0).

Expresia (6.1) este valabil numai n cazul cnd ntrefierul rotor-stator este constant, ca n exemplul din fig. 6.1. Cel mai adesea ns polii magnetici rotorici sunt proemineni dini i de aceea este necesar a lua n consideraie diferena dintre reluctana magnetic din axa interpolar i cea din axa polului rotoric magnetizat. n acest caz, pe lng cuplul electromagnetic activ dat de relaia (6.1) intervine suplimentar un cuplu de reluctan, reactiv, care se adaug la cel de excitaie. Expresia (6.2) a cuplului electromagnetic total pune n eviden i cuplul de reluctan ce depinde de diferena (Ld - Lq):

( )

+= 2sin

21sin 2ILLIILkM qdEdMPP

. (6.2)ntruct Ld > Lq, sumarea celor dou componente face ca valoarea

maxim a cuplului rezultant s se obin la un unghi ceva mai mic de 90oel.


MPP de tip activ se execut cu pai mai mari (unghiul de pas mai mare), n comparaie cu MPP reactive, deoarece pasul polar al rotorului cu magnei permaneni nu poate fi micorat prea mult din consideraii de ordin constructiv. Din aceast cauz, la o aceeai frecven de comand, MPP cu rotor activ se utilizeaz n sisteme de poziionare cu vitez de rotaie mai mare, comparativ cu MPP reactiv.

Dac notm cu p unghiul de pas (grade geometrice) i cu f frecvena impulsurilor de comand, viteza de rotaie a MPP este:

360fn p=

[rot/sec] .

Deoarece, prin construcie, unghiul de pas pentru motorul cu magnei permaneni p(MP) este mai mare dect cel pentru motorul cu reluctan variabil p(RV)

p(MP) > p(RV) ,

la aceeai frecven de comand, viteza de rotaie rezult:

n(MP) > n(RV) .

b) MPP de tip reactiv (MPP-RV), fig. 6.2, fig.6.3; are statorul similar cu cel utilizat la motoarele cu rotor activ, adic prezint Zs = 2ps poli bobinai, alimentai succesiv cu impulsuri de la o surs de c.c., printr-un sistem electronic de comand. Rotorul este un cilindru feromagnetic dinat ca i n cazul unor micromotoare sincrone reactive.

Cuplul electromagnetic produs n acest caz este numai un cuplu de reluctan, reactiv, ce se poate exprima prin relaia:

( ) = 2sin21 2ILLkM qdMPP

, (6.3.a)sau

( ) = 2sin1212 aILkM dMPP

, (6.3.b)n care a = Lq/Ld. Se remarc faptul c valoarea maxim a cuplului se obine pentru = 45o electrice, unghi msurat fa de poziia de reluctan minim, care se realizeaz de asemenea la coincidena dintre axa unui dinte rotoric i axa unui pol statoric, pentru care = 0.

n cazul MPP reactive se poate micora mult unghiul de pas mecanic prin mrirea numrului de dini rotorici. Astfel un tip obinuit de MPP cu 50 de dini pe rotor realizeaz un pas mecanic de 1,8og (geometrice), adic


200 pai/rotaie, care, printr-o demultiplicare mecanic de 1/125, conduce la 200125 = 25.000 pai/rotaie la axul de poziionare. Rezult c pentru un pas al MPP se obine o rotaie de 360o/25.000 pai = 0,0144o geom. la axul de poziionare a mainii antrenate (Fig.6.11.a).

MPP de tip polistatoric-fig.6.13. Att MPP de tip activ, ct i de tip reactiv, se construiesc, cel mai frecvent, cu un singur stator i un singur rotor. Pentru mrirea numrului de pai pe rotaie se recurge adesea la construcia cu mai multe statoare dou la patru coaxiale i decalate ntre ele cu 1/2 respectiv 1/3 sau 1/4 din pasul dentar, astfel nct rotorul unic s se roteasc cu o fraciune de pas dentar succesiv, n loc de un singur pas la fiecare impuls de alimentare a unui stator.

6.3. Mrimile caracteristice de funcionare ale MPP

MPP se realizeaz n diverse variante funcie de condiiile impuse de utilizator, sau de experiena i preferinele fabricantului.

ntre aceste variante nu exist deosebiri fundamentale de concepte i funcionare; toate variantele deriv din cele dou tipuri principale de construcie i funcionare :

- MPP-MP- micromotorul pas cu pas cu rotor activ, excitat cu magnei permaneni (MP) ;

- MPP-RV, micromotor pas cu pas cu reluctan variabil cu rotorul inactiv, adic neexcitat magnetic.

n cele ce urmeaz se vor descrie construcia i funcionarea specifice pentru cele dou tipuri principale de MPP, dup care, se vor prezenta diverse moduri de a obine variante de MPP cu parametri specifici superiori.

6.3.1. Micromotorul pas cu pas cu rotor activ, MPP-MP

Micromotorul pas cu pas cu rotorul magnetizat este similar unei maini sincrone cu excitaie pe rotor. Dac magnetul permanent se realizeaz astfel nct la rotirea rotorului s nu se produc variaii de reluctan a circuitului magnetic aferent unei faze a statorului, atunci inductivitatea nfurrii de faz este independent de poziia rotorului i este relativ constant. Aceast situaie se exprim prin Ld = Lq, raportul a = Ld/Lq devine a = 1 i n consecin, relaia (6.2.b) se reduce la:

== sinsin IkLkIILkM MPIdMPPEdMPP , (6.4)

numit cuplu de excitaie sau magnetoelectric, n care: - MP este fluxul magnetului permanent; - I este curentul de comand n faza activat; - este unghiul ntre axa magnetului (axa d a rotorului) i axa nfurrii activate


(solenaiei) respectiv unghiul ntre fazorii spaio-temporali MP i I.

S

A

d, A

q, B

M =0

M =M

=0

B

+I = 0; I =0activat:faza B

900

A'

A

B

B'S

nS

N

NN

Pasul 1I

I

+AM MM M

Fig.6.1

M ,M

0 0

+B -A

4 pai pe rotaie

-B +A

4321

+

+

+

-

-

-

o

o oo

o o

o

o

o o

o o

opo

oo

90

0 00

0 0

0

90 90

90 90

90

23

4

A

B

p

p

A B

A AA(-A)

(-A)

(-B)

(-A)

B (-B) (-B)(-B)B

A max (-A max)B max (-B max)

A B

A

,

,

=

= = = = =

= = = = =

=360

=

Construcia i diagramele de funcionare pentru un motor pas cu pas cu rotor activ


MPP-MP; ;;;; opssrr mpZpZ 9024222 ====== 4 pai/rot.

n figura 6.1 se prezint structura unui motor elementar cu rotor activ bipolar, Zr=2pr=2 i dou faze statorice de comand, (A, B), m=2 formate prin nserierea adiional a nfurrilor de pe polii diametral opui, Zs=2ps=4; se prezint de asemenea diagramele de succesiune a curenilor n cele dou faze, ct i caracteristicile ct i caracteristicile cuplurilor funcie de unghiul , MA() i MB().

Se remarc faptul c pentru a se produce un cuplu pozitiv (n sensul dorit de rotaie) la fiecare tact (n fiecare secven) impulsurile de curent trebuie s fie bipolare: bobinajele sunt parcurse de curent succesiv ntr-un sens (de exemplu AA', respectiv BB') i n sens opus (A'A respectiv B'B) prin schimbarea polaritii curentului de alimentare.

Considernd rotorul cu axa d aliniat cu axa AA' a fazei A i curentul IA = 0, dac se comand faza B cu un curent +IB, (ca n fig.6.1) cuplul care acioneaz asupra rotorului este maxim. ntr-adevr, n aceast situaie, =90o i respectiv, sin90o=1.

Pe diagramele M() din partea inferioar a fig. 6.1, momentul de aliniere, menionat mai sus, este reprezentat de punctul stabil de repaos OA. n momentul activrii fazei B funcionarea trece din OA n MB max i apoi B tinde spre zero, n noul punct de aliniere OB de cuplu MB nul. Nu s-a inut cont de existena unui cuplu rezistent, deci se consider funcionarea la gol ideal, fr frecri.

Unghiul de pas p, pentru motorul cu rotor activ bipolar, Zr=2pr = 2 , avnd m = 2 faze, este p=90o obinndu-se n mod corespunztor, 4 pai/ rotaie. Motorul cu rotor activ poate funciona cu un numr minim de faze m = 2, iar unghiul pentru care se obine valoarea maxim a cuplului este =90o.

Anticipm, pentru comparaie, c la motorul cu rotor inactiv (MPP-RV), unghiul de cuplu maxim, este =45o i n consecin, la Zr = 2pr = 2 se obin 8 pai/rotaie.

6.3.2. Micromotorul pas cu pas cu reluctan variabil, MPP-RV

La micromotorul pas cu pas reactiv, att statorul ct i rotorul sunt confecionate din tole de ferosiliciu. Configuraia geometric este astfel constituit nct la deplasarea rotorului fa de stator, reluctana circuitului magnetic s se modifice foarte mult. Cnd axa d a rotorului (fig. 6.2), coincide cu axa a unui pol statoric - de exemplu A-A', reluctana circuitului magnetic este minim; se realizeaz poziia de aliniere.

Atunci cnd bobonajul statoric A-A' este alimentat n curent continuu, iar rotorul este deplasat sub aciunea unui cuplu mecanic exterior, n sens invers


sensului de deplasare dorit ( antiorar n fig.6.2), cu un unghi A (A > 0), se produce un cuplu electromagnetic MA > 0, care tinde s duc rotorul n poziia de aliniere, corespunztoare unghiului A = 0.

Atunci cnd rotorul este deplasat n sens orar cu un unghi A< 0, apare un cuplu MA < 0 care va tinde din nou s aduc rotorul n poziia de aliniere, notat cu 0A.

S

A

+M -M

=045

d'A'

B'

a) b)

S S

a b s

a

S

Fig.6.2

-M

+M

M M

M

M+M

-M

S0 0

qN

Construcia i caracteristicile cuplului static sincronizant pentru un motor pas cu pas cu reluctan variabil MPP-RV cu Zr = 2pr = 2.

Din expresia general a cuplului, pentru maini sincrone, se reine numai termenul specific mainii fr nfurare de excitaie pe rotor, adic termenul corespunztor cuplului de reluctan, exprimat prin relaia (6.3):

( ) 1cu,sin1212


este unghiul n geometric ntre axa d a rotorului i axa (A-A') a nfurrii de comand care reprezint de asemeni, direcia fazorului spaial al solenaiei, respectiv al curentului I, din nfurare.

Cuplul electromagnetic dezvoltat este proporional cu I2 i este maxim pentru = 45o. Valoarea sa maxim depinde de raportul a = Lq/Ld. Pentru o main sincron cu ntrefier constant, Fe d = Fe q, a = 1. Cuplul de reluctan este nul, ntruct nu se produce o variaie de reluctan la rotirea rotorului. n cazul MPP-RV, pentru mrirea cuplului de reluctan este necesar mrirea inductivitii Ld respectiv a reactanei Xd, prin micorarea reluctanei magnetice n axa d a rotorului (la aliniere cu axa nfurrii statorice) i micorarea inductivitii Lq respectiv Xq, prin mrirea la maximum a reluctanei magnetice n axa q. Prin diverse variante de construcie se poate ajunge la valori ale raportului a, de 1/6....1/10.

n fig.6.2.b se reprezint dependena cuplului reactiv de unghiul , de neconcordan ntre axa d a rotorului i axa nfurrii de comand A-A', activat cu curentul continuu IA. Punctul de aliniere 0A corespunde pe diagram cu A=0 i este punctul de echilibru stabil n care se fixeaz rotorul (pentru un cuplu rezistent nul), dei n acest punct MA = 0. Zona de pe caracteristica MA() cuprins ntre punctele S1 i S2, se consider zon de stabilitate static pentru acest caz. Cnd pe axul motorului se manifest un cuplu static de frecri, de mrime Ms, sub aciunea cuplului MA, rotorul va fi adus n punctul a1 pentru care MA=Ms i care este punctul de echilibru stabil, de repaos, - pentru acest caz.

Dac pe statorul motorului se mai plaseaz o pereche de poli dup axa BB' la 45o fa de AA' i nfurarea de comand a acesteia se activeaz cu un curent IB, se obine o nou caracteristic MB() ; astfel dac sub aciunea fazei AA' rotorul s-a fixat n punctul stabil a1, cnd se activeaz faza BB' rotorul se deplaseaz prin a2 i MBmax, ntr-un nou punct stabil b1 printr-o micare discret. Intervalul a1 b1 se numete pasul motorului i se definete prin unghiul de pas, p care, n exemplul din fig. 6.2, este p = 45o geometrice i reprezint i n acest caz unul din parametrii de baz ai MPP.

n continuare se va analiza funcionarea MPP n trei cazuri diferite pentru a se stabili dependena unghiului de pas p i a numrului de pai pe rotaie funcie de numrul de faze m, de numrul de poli statorici, Zs=2ps i de numrul de poli sau dini rotorici, Zr= 2pr.

a) n fig. 6.3 se prezint o structur complet de MPP-RV cu urmtorii parametrii specifici :

- numrul de poli rotorici 2pr = 2,- numrul de faze (circuite de comand) m = 4 (A, B, C, D),


- numrul de poli pe stator 2ps = 8,- numrul de poli pe faz, activai simultan, q = 2,- pasul motorului p = 45o geom. - numrul de pai pe rotaii 8 pai/rotaie.


D'

D

A

=0

A'

CC'

Faza B activat

Fig.6.3

q

B'

B=M

M =M sin(2 )=44

4

4

M =0

q

d

A

B

C

D

I

I

I

0

0 0 0 0

PasulA

M

1B

2C

3D

4A

5B

6C

7D

8

I

+

+

+

+

o o o oo

A

B

C

D

0 0 0 045

D A B C

= = = =

o360

Construcia i diagramele de funcionare pentru un MPP-RV cu 2pr = 2; 2ps = 8; m = 4; p = 45o; 8 pai/rotaie.


Pentru simplificare n locul bobinelor de pe poli a fost figurat o singur spir cu sensul corespunztor pentru curent, pentru perechea de poli ce constituie faza de alimentare BB'. Pentru ceilali poli se va considera aceeai structur.

n partea inferioar a fig 6.3 se prezint succesiunea curenilor IA, IB, IC, ID n cele patru faze ABCD, n funcie de unghiul de rotaie a rotorului, ct i caracteristicile cuplurilor M() produse n mod succesiv.

Se consider ca punct de plecare momentul n care axa d a rotorului este n direcia D', adic rotorul este rotit cu 45o n sens antiorar fa de axa AA' a fazei A. Dac n acest moment se activeaz faza AA' prin curentul IA, rotorul execut un pas p = 45o n sens orar aliniindu-se cu axa AA'. Pe caracteristica MA() se trece din punctul A ce reprezint i MA max n punctul 0A. La fel se desfoar funcionarea, din 0A-B- 0B etc. la activarea fazei BB etc.

Este important de remarcat faptul c n acest caz la comutare, prin activarea unei faze, se dezvolt valoarea maxim a cuplului conform relaiei:

maxmax 42sin MMM =

pi

=

.

Aceasta se datoreaz faptului c polii i respectiv bobinele fazelor sunt

repartizate pe periferia statorului la 4pi

. Se beneficiaz astfel de cuplul maxim la comutare, iar unghiul de pas p al motorului este mai mic.

- n comparaie cu motorul cu rotor activ (MP) care dup cum s-a artat anterior, poate funciona cu un numr de faze m 2 (de regul 2; 3; 4), motorul cu rotor inactiv (RV) poate funciona numai cu un numr de faze m 3 (de regul 3; 4; 5 etc.).

ntr-adevr, dup cum rezult i din fig. 6.1, pentru = pi/4, la motorul cu rotor activ (MP) se obine M = Mmax. n cazul motorului reactiv (RV), din fig. 6.3 rezult c, dac faza B ar fi decalat cu pi/2 fa de faza A, n varianta m = 2, la activarea fazei B, pentru comutare de la A la B, cuplul dezvoltat de faza B ar fi:

0

22sinmax =

pi

= BB MM.

Pasul nu se poate executa pentru c MA= 0 din cauza alinierii, iar MB = 0 pentru c axa acestei faze este la unghiul pi/4 fa de axa d a rotorului, dup cum rezult din relaia de mai sus;

- Motorul cu rotor activ necesit o alimentare bipolar (fig. 6.1) n timp ce pentru motorul reactiv (RV) este suficient o alimentare monopolar.


b) n fig. 6.4 se prezint o variant similar celei din fig. 6.3, ns de aceast dat s-a adoptat m = 3, ( Zs=2ps=6) adic numrul minim de faze cu care

Pasul

A

q

d=0

A'

C

C'

Fig.6.4

q

B'

B

=MM =M sin(2 )=

3

323

A

B

C

I

I

I

BAM1

C2 3

A4

3

B6

C5

+

+

+

o o

og

o o o

og

o

o

o

o

-60 120

30

180 240 300

360 =

AM M sin(2 )

B C

0

0

0

A

A

B

B

C

C

p

=

=

=

=60

pi


Construcia i diagramele de funcionare pentru un MPP-RV cu 2pr = 2; 2ps = 6; m = 3; p = 60o; 6 pai/rotaie.

poate funciona un motor reactiv.n partea inferioar a fig. 6.4 sunt prezentate caracteristicile de cuplu

M(). Se observ c de aceast dat, caracteristicile sunt defazate cu 60o, fa de 45o n cazul anterior, corespunztor decalajului spaial al polilor de pe stator i respectiv bobinajelor de faz, decalaj datorat alegerii numrului de faze m = 3.

Comutarea de pe o faz pe alta - ca de exemplu comutarea A0-b sau B0-cnu se mai face n momentul de cuplu maxim ci la valoarea instantanee mai mic, dat de relaia:

pi=

32sinmaxMM

.

Numrul de faze mai redus, m = 3, este avantajos pentru c determin o simplificare a sistemului electronic de comand.

Din exemplele analizate pn aici rezult c pentru numrul de poli rotorici (2p = 2) i numrul de faze (m = 3; m = 4) alese rezult un unghi de pas destul de mare 45ogeom. i respectiv 60ogeom. ceea ce este total necorespunztor pentru unele sisteme de poziionare mai precise. n cazul (c) prezentat mai departe se remarc posibilitatea micorrii unghiului de pas,prin mrirea numrului de poli rotorici 2pr.

c) n fig.6.5 se prezint un MPP-RV cu urmtorii parametri de construcie i funcionare : 2pr=4; 2ps=6; m = 3; q = 2; p = 30o; 12 pai/rotaie.

p

AA

a) b)

Fig.6.5

o=30


Schema de construcie pentru un MPP-RV cu 2pr = 4; 2ps = 6; m = 3; q = 2; p = 30o; 12 pai/rotaie.

Pentru exemplul din fig. 6.5, dublarea numrului de dini (poli) rotorici a determinat o reducere la jumtate a unghiului de pas. Numrul de poli statorici 2ps nu poate fi mrit prea mult pentru c statorul trebuie s cuprind i bobinajele de alimentare a fazelor, pentru care m = 3; 4 mai rar 5 este suficient i economic.

O cretere a numrului de poli pe stator 2ps mai mare ca 10-12 nu se practic din considerentele artate mai sus, astfel c o micorare n continuare a unghiului de pas p necesar de altfel- poate fi realizat numai fcnd uz de construcii mai deosebite cu numr mare de dini pe rotor, ca cele din exemplele prezentate n subcapitolul 6.5.5.

6.4. Parametri specifici MPP

Funcionarea i calitile n exploatare ale unui MPP sunt caracterizate de o serie de parametri care se menioneaz n foaia de catalog al firmei constructoare.

Alegerea unui anumit MPP pentru o aplicaie particular se face n funcie de aceste mrimi, dintre care cele mai importante sunt definite n continuare.

a. Unghiul de pas p, este unghiul de rotaie pe care l execut rotorul la aplicarea unui implus de comand. Mrimea unghiului de pas depinde de 2ps , de 2pr i de modul de conectare i alimentare a nfurrilor de pe polii statorici ; viteza de rotaie depinde de unghiul de pas i de frecvena impulsurilor de comand conform relaiei:

360fn p=

rot/s. (6.6)

Unghiul de pas, pentru cazul general a unui MPP cu dini multipli pe fiecare pol statoric i pe rotor (fig 6.11) se determin cu relaia:

pi=rs

p ZZ112

, (6.7)

n care Zs = 2psndp cu ndp = numrul de dini pe fiecare pol statoric, iar Zr este numrul total de dini de pe rotor.


Se realizeaz MPP cu valori ale unghiului de pas de 60o; 30o; 15o; 7,5o; 1,8o i chiar mai mici.

b. Numrul de pai pe rotaie este parametrul ce depinde direct de mrimea unghiului de pas. De exemplu la motorul cu p = 1,8o corespund 200 pai/rotaie.

pp /./n = 360rot

c. Secvena de comand se refer la totalitatea variantelor de alimentare a fazelor motorului pe parcursul unui ciclu complet de comand. Secvena adoptat, mpreun cu alte mrimi menionate mai sus, determin mrimea unghiului de pas, p.

Se utilizeaz urmtoarele tipuri de secvene de comand pentru care se precizeaz succesiunea de alimentare a fazelor:

- secven simetric simpl: A-B-C-D; - secven simetric dubl: AB-BC-CD-DA; - secven nesimetric: A-AB-B-BC-C-CA; secven cu salt: A-BC-D-AB-C-DA; secven cu micropire: cu reglarea n microtrepte a curentului de

comand.Folosirea unei secvene nesimetrice determin un p egal cu jumtate

din pasul obinut la utilizarea unei secvene simetrice simple sau duble pentru aceeai structur constructiv a MPP. Detalii asupra secvenelor de comand se dau n 6.6.

d. Unghiul static de sarcin (s n fig. 6.6) reprezint unghiul ce definete deplasarea punctului de echilibru stabil, (de exemplu A0) datorit cuplului rezistent Mst pe arborele motorului. Acest unghi se mai numete i deviaie.

e. Cuplul maxim static sincronizant (Mmax n fig. 6.6) este egal cu valoarea maxim a cuplului rezistent de tip activ, care poate fi aplicat la axul motorului, avnd o faz alimentat, fr ca s se produc o rotaie continu a rotorului.


AM

A B C

M

MM

M > MM ,M ,M

C

a

a

a b c

bcc

b

B C A

0

Fig.6.6

0 0 0 0

2

m m m

2

21

1

1

max

lim

st

st lim

A B C

S

Caracteristici specifice de funcionare a MPP n regim static.f. Cuplul limit de sarcin (Mlim n fig. 6.6) este cuplul static de sarcin

maxim pn la care executarea pailor este posibil. Dac Mst > Mlim, se produce decroarea i motorul se oprete chiar dac este comandat cu impulsuri.

Mrimea cuplului limit este dat de relaia:

Mlim = Mmax cos(pi/m), (6.8)

unde m este numrul de faze.

g. Frecvena limit este frecvena maxim a impulsurilor cu care poate fi comandat motorul fr a pierde pai.

6.5. Exemple de MPP

n continuare se prezint cteva exemple concrete de MPP realizate de diverse firme constructoare: MPP-RV monostatorice; MPP-RV polistatorice; MPP cu rotor activ; MPP liniare.

MPP-RV monostatoric prezint o construcie simpl. n mod obinuit se realizeaz cu trei sau patru faze (m = 3 sau m = 4), iar unghiurile de pas pot avea valori ntre 1,8o i 30o geometrice.

6.5.1. n fig. 6.7 este reprezentat u n MPP monostatoric cu m = 3 faze s tatorice. Statorul are Zs = qm = 43 = 12 dini. La activarea unei faze, patru dini rotorici se vor alinia cu patru dini statorici ce aparin fazei comandate. La alimentarea fazei u rmtoare rotorul se va roti cu:p = 15o

2 S

NN

S

2

pol statoric

2opt dini

2

1

1

1

Fig.6.7

3cu un dinte

3

rotor cu3

3

FAZA A


m = 3; Zs = 12; Zr = 8

gZZ sr

p015

121

81360112 =

=

pi=24 pai/rotaie; puls monopolar;

secven simetric simpl: 1; 2; 3; 1 etc.

6.5.2. n fig 6.8 se prezint un MPP cu patru faze, nfurrile unei faze f iind dispuse pe doi poli, q = 2. Elementele specifice acestui motor s unt menionate mai jos :m = 4 ; Zs = mq = 8 ; Zr=6 ; p = 15og ; 24 pai/rotaie ; puls monopolar;secven simetric simpl.

6.5.3. Att MPP cu trei faze ct i cele cu patru faze pot fi comandate prin alimentarea simultan a dou faze statorice, adic n secven simetric d ubl. n cazul MPP cu m = 4 prin comanda n secven s imetric dubl se obine un cuplu e lectromagnetic mai mare.

n fig. 6.9 se prezint de asemenea un MPP cu m = 4 i cu aceeai structur ca n cazul din fig. 6.8. Se r emarc poziia specific (la aliniere) pe care o ocup rotorul n cazul alimentrii n secven dubl:puls monopolar; secven simetric dubl: 1 i 2; 2 i 3; 3 i 4 etc;p = 15o; 24 pai/rotaie .Acelai motor alimentat ns ntr-o secven mixt nesimetric, conform succesiunii : 1; 1 i 2; 2; 2 i 3; 3; etc realizeaz un unghi de pas pe j umtate fa de comanda cu secven dubl, adic p = 7,5og i respectiv 48 pai/r otaie.

Fig.6.8

Fig.6.9

N


6.5.4. n ambele cazuri prezentate anterior (fig.6.8 i 6.9), liniile de flux se nchid pe calea cea mai lung i se observ c polii statorici grupai pe o jumtate de circumferina statorului au polaritatea nord, iar cei de pe jumtatea opus au polaritatea sud.

Pentru a scurta calea liniilor de flux, motorul poate fi comandat simultan pe dou faze, conectate cu polaritate contrar,m = 4; p=15og ; puls monopolar;secven dubl cu autoexcitare.Fluxul se va nchide ntre doi p oli alturai de polaritate diferit. Dup cum rezult i din fig. 6.10, c urentul n bobinaje este n puls monopolar; polaritile alternate n ord-sud se realizeaz prin bobinarea n sensuri diferite a fazelor a diacente.

6.5.5. Sistemele de poziionare n care se folosesc MPP, solicit adesea un unghi de pas mai mic i n consecin un numr de pai pe rotaie mrit. Aceasta se poate realiza dac se menine numrul de p oli apareni egal cu opt, n cazul MPP cu m = 4 i se execut mai muli dini pe f iecare suprafa polar.

n fig. 6.11.a se prezint u n astfel de MPP.2ps = 8 cu 5 dini pe pol , Zs = 58 = 40 , Zr =50,p = 1,8o, 200 pai/rotaie , impuls monopolar (pentru varianta c u utoexcitaie).nfurrile unei faze sunt dispuse pe doi poli diametrali opui, iar sensurile de bobinaj sunt astfel nct liniile de flux se nchid ntre doi poli alturai pe calea cea mai scurt. n acest mod liniile de flux se nchid prin partea periferic a rotorului, iar fierul (tolele) din partea interioar pot s lipseasc. S e poate realiza astfel un MPP cu rotorul gol sub form de p ahar, cu dini pe suprafat exterioar a paharului. Aceast construcie prezint un

Fig.6.10

6.11.a


moment de inerie foarte mic (Fig. 6.11.b).

motoare pas cu pas

Documents