בקרת מנוע צעד

מנועים חשמליים ממירים אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית, ובאשר למנועי צעד, הם ממירים את האנרגיה של דחפים חשמליים לתנועות סיבוביות של הרוטור. התנועה הנוצרת על ידי פעולת כל פעימה מופעלת וחוזרת על עצמה בדיוק רב, מה שהופך את מנועי הכדור לנעצים יעילים עבור מכשירים הדורשים מיקום מדויק.

מנועי צעד מגנט קבוע כוללים: רוטור מגנט קבוע, פיתולי סטטור וליבה מגנטית. סלילי האנרגיה יוצרים קטבים צפוניים ודרומיים מגנטיים כפי שמוצג. השדה המגנטי הנע של הסטטור מאלץ את הרוטור להתיישר איתו בכל עת. ניתן לכוונן את השדה המגנטי המסתובב על ידי שליטה על העירור הסדרתי של סלילי הסטטור כדי לסובב את הרוטור.

האיור מציג תרשים של שיטת עירור טיפוסית למנוע דו-פאזי. בשלב A שני סלילי הסטטור מופעלים וזה גורם לרוטור להימשך ולהינעל כאשר הקטבים המגנטיים הנגדיים מושכים זה את זה.כאשר הפיתולים של שלב A כבויים, הפיתולים של שלב B מופעלים, הרוטור מסתובב בכיוון השעון (אנגלית CW - עם כיוון השעון, CCW - נגד כיוון השעון) 90 מעלות.

ואז שלב ב' נכבה ושלב א' נדלק, אבל הקטבים כעת הפוכים ממה שהיו בהתחלה. זה מוביל לפנייה הבאה של 90 מעלות. לאחר מכן שלב A כבוי, שלב B מופעל בקוטביות הפוכה. חזרה על שלבים אלו תגרום לסיבוב של הרוטור בכיוון השעון במרווחים של 90°.

הבקרה השלבית המוצגת באיור נקראת בקרה חד פאזי. דרך מקובלת יותר לשלב בקרה היא בקרה אקטיבית דו-פאזית, שבה שני השלבים של המנוע מופעלים תמיד, אך הקוטביות באחד מהם משתנה, כפי שמוצג באיור.

שליטה זו גורמת לרוטור של מנוע הצעד לנוע כך שהוא מתיישר עם כל צעד במרכז הקוטב הצפוני והדרומי שנוצר, בין בליטות המעגל המגנטי. מכיוון ששני השלבים מופעלים תמיד, שיטת בקרה זו מספקת 41.4% יותר מומנט מבקרה עם פאזה פעילה אחת, אך דורשת פי שניים מהספק החשמלי.

חצי צעד

מנוע צעד יכול להיות גם "חצי צעד", ואז מתווסף שלב לכידה במהלך מעבר הפאזה. זה חותך את זווית הגובה לשניים. לדוגמה, במקום 90 מעלות, מנוע צעד יכול לבצע סיבובים של 45 מעלות על כל "חצי צעד", כפי שמוצג באיור.

אבל מצב חצי הצעד מציג אובדן מומנט של 15-30%, בהשוואה לבקרת הצעד עם שני פאזות פעילים, מכיוון שאחד הפיתולים אינו פעיל במהלך חצי מהשלב וזה מוביל בסופו של דבר לאובדן כוח אלקטרומגנטי, הפועל על הרוטור, כלומר אובדן מומנט נטו.

סליל דו קוטבי

בקרת צעדים דו-פאזיים מניחה נוכחות של מתפתל סטטור דו-קוטבי. לכל שלב יש סליל משלו, וכאשר הזרם מתהפך דרך הסלילים, גם הקוטביות האלקטרומגנטית משתנות. השלב הראשוני הוא אופייני דרייבר דו פאזי מוצג באיור. ערכת הבקרה מוצגת בטבלה. ניתן לראות כיצד פשוט על ידי שינוי כיוון הזרם דרך הסלילים ניתן לשנות את הקוטביות המגנטית בשלבים.

סליל קוטב יחיד

סוג אופייני נוסף של סליל הוא סליל חד קוטבי, כאן הסלילים מחולקים לשני חלקים וכאשר חלק אחד של הסליל מופעל נוצר קוטב צפוני, כאשר החלק השני מופעל נוצר קוטב דרומי. פתרון זה נקרא סליל חד קוטבי מכיוון שהקוטביות החשמלית האחראית לזרם לעולם אינה משתנה. שלבי הבקרה מוצגים באיור.

עיצוב זה מאפשר שימוש בבלוק אלקטרוני פשוט יותר. עם זאת, כמעט 30% מהמומנט אובד כאן בהשוואה לסליל דו קוטבי מכיוון שלסלילים יש חצי חוט כמו סליל דו קוטבי.

זוויות הטיה אחרות

כדי להשיג זוויות שיפוע קטנות יותר, יש צורך במספר רב יותר של מוטות הן על הרוטור והן על הסטטור. לרוטור 7.5° יש 12 זוגות קטבים ולליבת הסטטור המגנטית 12 בליטות. שתי אוזני סליל ושני סלילים.

זה נותן 48 מוטות לכל צעד של 7.5°. באיור ניתן לראות את זיזי 4 הקוטבים בחתך. אפשר כמובן לשלב בין השלבים להשגת תזוזות גדולות, למשל שישה שלבים של 7.5° יביאו לסיבוב רוטור של 45°.

דיוק

הדיוק של מנועי צעד הוא 6-7% לכל צעד (ללא הצטברות). מנוע צעד עם צעדים של 7.5° תמיד יהיה בטווח של 0.5° מהמיקום החזוי תיאורטית, לא משנה כמה צעדים כבר נעשו. השגיאה לא תצטבר מכיוון שמכנית כל 360 מעלות חוזרת על עצמה צעד אחר צעד. ללא עומס, המיקום הפיזי של מוטות הסטטור והרוטור ביחס זה לזה יהיה זהה בכל עת.

תְהוּדָה

למנועי צעד יש תדר תהודה משלהם מכיוון שהם בעלי משקל קפיצי כמו מערכות. כאשר הקצב זהה לתדר התהודה הטבעית של המנוע, ניתן לשמוע את הרעש שנוצר על ידי המנוע ולהגביר את הרטט.

נקודת התהודה תלויה ביישום המנוע, בעומס שלו, אבל בדרך כלל תדר התהודה נע בין 70 ל-120 צעדים בשנייה. במקרה הגרוע, המנוע יאבד את דיוק השליטה אם הוא נכנס לתהודה.

דרך קלה להימנע מבעיות תהודה של המערכת היא לשנות את הקצב הרחק מנקודת התהודה. במצב חצי או מיקרו-שלב, בעיית התהודה מצטמצמת מכיוון שנקודת התהודה ננטשת ככל שהמהירות עולה.

עֲנָק

המומנט של מנוע צעד הוא פונקציה של: מהירות צעד, זרם מתפתל סטטור, סוג מנוע. הכוח של מנוע צעד מסוים קשור גם לשלושת הגורמים הללו.המומנט של מנוע צעד הוא הסכום של מומנט החיכוך והמומנט האינרציאלי.

מומנט החיכוך בגרמים לס"מ הוא הכוח הנדרש להנעת מטען במשקל של מספר מסוים של גרמים עם זרוע מנוף באורך 1 ס"מ. חשוב לציין שככל שמהירות הצעד של המנוע עולה, ה-EMF האחורי במנוע , כלומר, המתח שנוצר על ידי המנוע עולה. זה מגביל את הזרם בפיתולי הסטטור ומפחית את המומנט.