מנועי צעד

מנוע צעד הוא מכשיר אלקטרומכני הממיר אותות חשמליים לתנועות זוויתיות נפרדות של פיר. השימוש במנועי צעד מאפשר לגופי העבודה של המכונות לבצע תנועות במינון קפדני על ידי קביעת מיקומן בסוף התנועה.

מנועי צעד הם מפעילים המספקים תנועות זוויתיות קבועות (צעדים). כל שינוי בזווית הרוטור הוא תגובת מנוע הצעד לפולס הכניסה.

כונן מנוע צעד חשמלי דיסקרטי משולב באופן טבעי עם התקני בקרה דיגיטליים, המאפשרים שימוש מוצלח במכונות חיתוך מתכת בשליטה דיגיטלית, ברובוטים תעשייתיים ובמניפולטורים, במנגנוני שעון.

כונן חשמלי דיסקרטי יכול להיות מיושם גם באמצעות סדרה מנועים חשמליים אסינכרוניים, אשר בשל שליטה מיוחדת יכול לעבוד במצב צעד.

מנועי צעד משמשים בכוננים חשמליים עם הספק משבריר וואט למספר קילוואט.ניתן להשיג הרחבה של סולם ההספק של כונן חשמלי דיסקרטי באמצעות מנועים חשמליים אסינכרוניים מסדרה, אשר, בשל שליטה מתאימה, יכולים לפעול במצב צעד.

עקרון הפעולה של מנועי צעד מכל הסוגים הוא כדלקמן. בעזרת מתג אלקטרוני נוצרים פולסי מתח המוזנים לסלילי הבקרה הממוקמים על הסטטור של מנוע הצעד.

בהתאם לרצף העירור של סלילי הבקרה, שינוי בדיד זה או אחר בשדה המגנטי מתרחש בפער התפעול של המנוע. עם תזוזה זוויתית של ציר השדה המגנטי של סלילי הבקרה של מנוע הצעד, הרוטור שלו מסתובב באופן דיסקרטי בעקבות השדה המגנטי. חוק הסיבוב של הרוטור נקבע על ידי הרצף, מחזור העבודה והתדירות של פולסי הבקרה, כמו גם על ידי הסוג והפרמטרים העיצוביים של מנוע הצעד.

עקרון הפעולה של מנוע צעד (השגת תנועה בדיד של הרוטור) ייחשב באמצעות הדוגמה של המעגל הפשוט ביותר של מנוע צעד דו-פאזי (איור 1).

אורז. 1. תרשים פשוט של מנוע צעד עם רוטור פעיל

למנוע הצעדים יש שני זוגות של עמודי סטטור מוגדרים בבירור שעליהם ממוקמים פיתולי העירור (בקרה): מתפתל 3 עם מסופים 1H - 1K ופיתול 2 עם מסופים 2H - 2K. כל סלילה מורכבת משני חלקים הממוקמים בקטבים מנוגדים של הסטטור 1 SM.

הרוטור בתכנית הנחשבת הוא מגנט קבוע דו-קוטבי.הסלילים מופעלים על ידי פולסים ממכשיר בקרה הממיר רצף חד ערוצי של פולסי בקרת כניסה לרב ערוצי (לפי מספר השלבים של מנוע הצעד).

קחו בחשבון את פעולתו של מנוע צעד, בהנחה שברגע הראשוני מופעל המתח על סליל 3. הזרם בסליל זה ימגנט את הקטבים הממוקמים אנכית N ו-8. כתוצאה מאינטראקציה של השדה המגנטי עם הקבוע מגנט של הרוטור, האחרון יתפוס מיקום שיווי משקל שבו הצירים של השדות המגנטיים של הסטטור והרוטור זהים.

המיקום יהיה יציב כי יש מומנט סנכרון הפועל על הרוטור אשר נוטה להחזיר את הרוטור למצב שיווי המשקל: M = Mmax x sinα,

כאשר M.max - המומנט המרבי, α - הזווית בין הצירים של השדות המגנטיים של הסטטור והרוטור.

כאשר יחידת הבקרה מעבירה את המתח מסליל 3 לסליל 2, נוצר שדה מגנטי עם קטבים אופקיים, כלומר. השדה המגנטי של הסטטור עושה סיבוב בדיד עם רבע מהיקף הסטטור. במקרה זה, תופיע זווית של סטייה בין צירי הסטטור והרוטור α = 90° והמומנט המרבי Mmax יפעל על הרוטור. הרוטור יסתובב בזווית α = 90° וייקח עמדה יציבה חדשה. לפיכך, לאחר תנועת הדריכה של שדה הסטטור, הרוטור של המנוע נע בדרגה.

אופן הפעולה העיקרי של מנוע הצעד הוא דינמי. מנועי צעד, בניגוד למנועים סינכרוניים, נועדו להיכנס לסינכרון מעמידה ובלימה חשמלית מאולצת.הודות לכך, הכונן החשמלי הסטפר מספק התחלה, עצירה, היפוך ומעבר מתדר אחד של פולסי בקרה לאחר.

מנוע הצעד מופעל על ידי עלייה פתאומית או הדרגתית בתדירות אות הכניסה מאפס לפועל, העצירה היא על ידי הפחתת האפס, וההיפך הוא על ידי שינוי רצף המיתוג של פיתולי מנוע הצעד.

מנועי צעד מאופיינים על ידי הפרמטרים הבאים: מספר השלבים (סלילי בקרה) וסכימת החיבור שלהם, סוג מנוע הצעד (עם רוטור אקטיבי או פסיבי), צעד רוטור יחיד (זווית הסיבוב של הרוטור עם דופק בודד ), מתח אספקת חשמל נומינלי, מומנט זמן סטטי מרבי, מומנט מדורג, מומנט אינרציה של הרוטור, תדר האצה.

מנועי צעד הם חד פאזיים, דו פאזיים ורב פאזיים עם רוטור אקטיבי או פסיבי. מנוע הצעד נשלט על ידי יחידת בקרה אלקטרונית. דוגמה לתוכנית בקרת מנוע צעד מוצגת באיור 2.

אורז. 2. תרשים פונקציונלי של מנוע צעדים עם לולאה פתוחה כונן חשמלי

אות בקרה בצורת פולסי מתח מסופק לכניסה של בלוק 1, הממיר את רצף הפולסים, למשל, למערכת ארבע פאזית של פולסים חד-קוטביים (בהתאם למספר השלבים של מנוע הצעד) .

בלוק 2 יוצר פולסים אלה ביחס למשך ומשרעת הדרושים לפעולתו הרגילה של מתג 3, שאליו מחוברות פיתולי מנוע הצעד 4. המתג והבלוקים האחרים מופעלים על ידי מקור זרם ישר 5.

עם דרישות מוגברות לאיכות כונן דיסקרטי, נעשה שימוש במעגל סגור של כונן חשמלי צעד (איור 3), אשר, בנוסף למנוע צעד, כולל ממיר P, קומוטטור K וחיישן צעד DSh. בכונן דיסקרטי כזה, מידע על המיקום האמיתי של הציר של מנגנון העבודה RM ומהירות מנוע הצעד מוזן לכניסה של הרגולטור האוטומטי, המספק את אופי התנועה של הכונן.

אורז. 3. תרשים פונקציונלי של כונן דיסקרטי בלולאה סגורה

מערכות כונן דיסקרטיות מודרניות משתמשות בבקרות מיקרו-מעבד. מגוון היישומים עבור כונני מנוע צעד מתרחב כל הזמן. השימוש בהם מבטיח במכונות ריתוך, מכשירי סנכרון, מנגנוני קלטת והקלטה, מערכות בקרת אספקת דלק למנועי בעירה פנימית.

היתרונות של מנועי צעד:

• דיוק גבוה, אפילו עם מבנה לולאה פתוחה, כלומר. ללא חיישן זווית היגוי;

• אינטגרציה מקורית עם יישומי ניהול דיגיטליים;

• חוסר במתגים מכניים שלעתים קרובות גורמים לבעיות עם סוגים אחרים של מנועים.

חסרונות של מנועי צעד:

• מומנט נמוך, אך בהשוואה למנועי הנעה רציפה;

• מהירות מוגבלת;

• רמה גבוהה של רטט עקב תנועה קופצנית;

• שגיאות ותנודות גדולות עם אובדן פולסים במערכות לולאה פתוחה.

היתרונות של מנועי צעד עולים בהרבה על החסרונות שלהם, ולכן הם משמשים לעתים קרובות במקרים שבהם הכוח הקטן של התקני ההנעה מספיק.

המאמר משתמש בחומרים מהספר Daineko V.A., Kovalinsky A.I. ציוד חשמלי של מפעלים חקלאיים.