ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΉΤΑΟΣ : ΒΗΜΑΤΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ - ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

Τ.Ε.Ι ΚΑΒΑΛΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓ Αριθμ. Πρωτ. ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΉΤΑΟΣ : ΒΗΜΑΤΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ - ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΕΓΕΒΛΕΠΩΝ : Δρ. Δημήτριος Μπαντέκας Αναπληρ. Καθηγητής ΣΠΟΥΔΑΣΤΡΙΑ : Σαράιχα Μαρκέλλα Μαρία ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΣ 2004

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ - Βασικές έννοιες DC κινητήρες και βηματικοί κινητήρες Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των βηματικών κινητήρων Τύποι βηματικών κινητήρων Τα βασικά μέρη του βηματικού κινητήρα Η λειτουργία του βηματικού κινητήρα Σχέδιο μελέτης - επαγωγή Σύνδεση σε σειρά και παράλληλα Η σκληρότητα του κινητήρα Η θερμότητα του κινητήρα Η συχνότητα βήματος Η γωνία βήματος Σφάλμα θέσης βήματος Σφάλμα θέσης Χαρακτηριστικές ροπής Ο καθορισμός φορτίου Δημιουργία ροπής Σελίδα 1 2 3 4 4 5 9 9 9 10 10 11 11 12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 - ΠΕΡΙΓΡΑΦΉ ΤΥΠΩΝ ΒΗΜΑΤΙΚΩΝ 1.1 Κινητήρας μόνιμου μαγνήτη 1.2 Μονοπολικοί βηματικοί κινητήρες 1.3 Διπολικοί βηματικοί κινητήρες 1.4 Identifying βηματικοί κινητήρες 1.5 Shortcut για να βρεθεί η κατάλληλη ακολουθία καλωδίωσης 1.6 Επιλογή αντίστασης περιορισμού ρεύματος 1.7 Bifilar σύνδεση 1.8 Multiphase motors 1.9 Κινητήρας μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης 1.10 Υβριδικοί κινητήρες 1.11 Γραμμικοί βημαηκοί κινητήρες 1.12 Κινητήρας με δρομέα μαγνητικού δίσκου 1.13 Βηματικός κινητήρας εξωτερικού δρομέα 14 17 19 23 25 25 26 28 29 32 34 39 40

1.14 Διακοπτόμενη διαδοχή βηματικού κινητήρα 1.15 Full step 1.16 Οδήγηση μισού βήματος 1.17 Μικροβηματική οδήγηση 40 41 43 46 2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ Η ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΥ ΒΗΜΑΤΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ ΕΙΣΑΓΩΓΗ 2.1 Στατική 2.2 Half stepping & Microstepping 2.3 Τριβή και νεκρή ζώνη 2.4 Δυναμική 2.5 Συντονισμός 2.6 Συντονισμός και ιδανικός κινητήρας 2.7.. συντονισμό 2.8 Έλεγχος συντονισμού σε χαμηλό επίπεδο κυκλώματος οδηγού 2.9 Ελέγχοντας τον συντονισμό σε υψηλό επίπεδο ελέγχου 2.10 Ροπή ενάντια ταχύτητας 2.11 Ηλεκτρομαγνητικά θέματα 48 49 51 54 56 58 61 64 65 65 66 69 3 ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΛΕΓΧΟΣ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΒΗΜΑΤΙΚΩΝ Κ. 71 3.1 Ποικιλία βηματικών κινητήρων 3.2 Αύξηση υψηλής ταχύτητας 3.3 Δυναμικός αναλυτής βηματικού κινητήρα 3.4 Motion capture card 3.5 Παράδειγμα Lab View 3.6 Παλμογράφος κίνησης 3.7 Μοναδικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα του παλμογρά(ρου 87 κίνησης

ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η πτυχιακή αυτή εργασία έχει ως κεντρικό θέμα τις ηλεκτρικές μηχανές που ονομάζονται βηματικοί κινητήρες. Αναλύει την αρχή λειτουργία τους, τις τεχνικές οδήγησής τους, τους τρόπους ελέγχου τους, και τα στοιχεία κατασκευής τους. Θεωρητικά ένας βηματικός κινητήρας είναι ένα θαύμα σε απλότητα. Δεν έχει ψύκτρες ούτε ηλεκτρικές επαφές. Βασικά είναι ένας σύγχρονος κινητήρας με μαγνητικό πεδίο που περιστρέφει ηλεκτρονικά το μαγνητικό οπλισμό. Είναι μια ηλεκτρομηχανική συσκευή, η οποία μετατρέπει ηλεκτρικούς παλμούς σε διακριτή μηχανική κίνηση.τα πλεονεκτήματα του βηματικού κινητήρα είναι το χαμηλό κόστος, υψηλή αζιοτηστία, υψηλή ροπή στρέψης σε χαμηλές ταχύτητες και μια απλή τραχεία κατασκευή που λειτουργεί σε κάθε περιβάλλον. Ένα σύστημα βηματικού κινητήρα αποτελείται από τρία βασικά στοιχεία, που συχνά συνδυάζονται με μερικά είδη συνδέσεως. Ο ελεγκτής είναι ένας μικροεπεξεργαστής ικανός να παράγει βηματικούς παλμούς και σήματα κατεύθυνσης για τον οδηγό. ετππλέον, ο ελεγκτής τυπικά χρειάζεται να εκτελεί αρκετές άλλες λειτουργίες. Ο ενισχυτής μετατρέπει the indexer command signals σε μια πηγή που είναι απαραίτητη να ενεργοποιήσει τα τυλίγματα του κινητήρα. Υπάρχουν αρκετά είδη οδηγών, με δια(ρορετική ταξινόμιση ρεύματος και τεχνολογική κατασκευή. Δεν είναι όλοι οι οδηγοί κατάλληλοι να διευθύνουν όλους τους κινητήρες, έτσι όταν σχεδιάζεται ένα σύστημα ελέγχου κίνησης η επιλογή επεξεργασίας του οδηγού είναι κρίσιμη. Οι πιο πολλοί από τους βηματικούς κινητήρες οδηγούνται από ηλεκτρονικά κυκλώματα με διακοπτόμενη DC τάση. Αυτή είναι η κυρίως διαφορά που κάνει τους βηματικούς κινητήρες να ξεχωρίζουν σε σχέση με τους συνηθισμένους AC και DC κινητήρες οι οποίοι συνδέονται απευθείας με το κατάλληλο τροφοδοτικό. Με τη χρήση βηματικών κινητήρων ο έλεγχος ταχύτητας και θέσης επιτυγχάνεται χωρίς τη χρήση ακριβών συστημάτων ελέγχου με ανάδραση. Αυτή η μορφή οδήγησης ονομάζεται οδήγηση ανοιχτού βρόγχου. Τέλος ο βηματικός κινητήρας λόγω των πλεονεκτημάτων του βρίσκει πολλές εφαρμογές. Κάποιες από αυτές είναι οι εκτυπωτές, οι σχεδιογράφοι, οι σαρωτές, ο τεχνολογικά εξελιγμένος εξοπλισμός γραφείου, οι οδηγοί σκληρών δίσκων, οι τηλεομοιοτυπίες, οι γραμμές παραγωγής στις βιομηχανίες τα ρομποτικά συστήματα και πολλά άλλα.

DC ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ ΚΑΙ ΒΗΜΑΤΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Οι βημαηκοί κινητήρες λειτουργούν σε ανοιχτό βρόγχο, ενώ οι περισσότεροι DC λειτουργούν σε κλειστό. Οι βημαηκοί κινητήρες ελέγχονται πιο εύκολα με μικροεπεξεργαστές. Οι βημαηκοί κινητήρες είναι brushless και οι brushes συμβάλλουν σε αρκετά προβλήματα : φθορά, σπίθες, παροδικό ηλεκτρισμό. DC κινητήρες έχουν μια συνεχή μετατόπιση και μπορούν να τοποθετηθούν με ακρίβεια, ανηθέτως η κίνηση των βημαηκών κινητήρων αυξάνεται συνέχεια και η ανάλυση τερματίζεται στο μέγεθος του βήματος. Οι βημαηκοί κινητήρες μπορούν να ολισθήσουν εάν έχουν παραιρορτωθεί και το λάθος μπορεί και να μην ανιχνευτεί. Η ανατροφοδότηση ελέγχου με DC κινητήρες δίνα μια αντίδραση σε πιο γρήγορο χρόνο σε σύγκριση με τους βημαηκούς κινητήρες.

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΒΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Ο κινητήρας έχα την πλήρη ροπή σε κατάσταση ακινησίας. Η γωνία περιστροφής του κινητήρα είναι ανάλογη με τους παλμούς ασόδου Ο έλεγχος των βηματικών κινητήρων είναι φτηνότερος και απλούστερος. Αυτό συμβαίνει γιατί η ανταπόκρισή τους σε ψηφιακούς παλμούς εισόδου διασφαλίζει έλεγχο ανοιχτού βρόγχου. Καλή ανταπόκριση σε εντολές σταματήματος - εκκίνησης και αναστροφής. Μπορεί να ετατευχθεί μια ευρεία περιοχή ταχυτήτων περιστροφής εφόσον αυτή είναι ανάλογη με την συχνότητα των παλμών εισόδου. Μπορούν να επιτευχθούν πολύ μικρές σύγχρονες ταχύτητες περιστροφής με ένα ιρορτίο απευθείας κομπλαρισμένο στον άξονα. Αρκετά αξιόταστος, εφόσον δεν έχει επαιρή ο στάτης με το δρομέα. Επομένως η ζωή του κινητήρα εξαρτάται κυρίως από τη ζωή των εδράνων. ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΒΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Δεν μπορούν να λατουργήσουν σε εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες. Έχουν χαμηλή χωρητικότητα ροπής στρέψεως σε σύγκριση με τους DC κινητήρες. Έχουν υψηλά επίπεδα κραδασμού εξαιτίας του τρόπου κίνησης Μεγάλα λάθη και ταλαντώσεις μπορούν να προκύψουν όταν ένας παλμός χαθεί κάτω από ένα ανοιχτού βρόγχου έλεγχο.

ΤΥΠΟΙ ΒΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Υπάρχουν τρεις βασικοί τύποι βηματικών κινητήρων, οι οποίοι είναι μεταβλητής αντίστασης μαγνητικής ροής μόνιμου μαγνήτη υβριδικός ΤΑ ΒΑΣΙΚΑ ΜΕΡΗ ΤΟΥ ΒΗΜΑΤΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ Το κέντρο του στάτορα είναι η εξωτερική δομή και αποτελείται από έξι πόλους 'ή δόντια. Το εσωτερικό μέρος λέγεται ρότορας και αποτελείται από τέσσερις πόλους. Και ο ρότορας και ο στατορας είναι φτιαγμένοι από μαλακό ατσάλι. Ο στάτορας έχει τρία σετ από windings όπως φαίνεται στο σχήμα. Κάθε σετ έχει δύο πυρήνες συνδεδεμένους σε σειρά. ένα σετ από windings ονομάζεται φάση. Έτσι και ο κινητήρας, χρησιμοποιώντας αυτό τον ορισμό, ονομάζεται τριφασικός κινητήρας. Το συνεχές τροφοδοτείται από την πηγή DC ΣΤΑ ττους διακόπτες 1,2,3.

Η ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΒΗΜΑΤΙΚΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ Οι Ρηματικοί κινητήρες αποτελούνται από έναν περιστρειρόμενο άξονα μόνιμου μαγνήτη, που ονομάζεται ρότορας και από ηλεκτρομαγνήτες στο ακίνητο τμήμα που περιβάλλει τον κινητήρα, που ονομάζεται στάτορας. Το παρακάτω σχήμα απεικονίζει μια πλήρη περιστροφή του Ρηματικού κινητήρα. Στη θέση 1, μπορούμε να δούμε ότι ο ρότορας ξεκινάει στον ανώτερο ηλεκτρομαγνήτη, ο οποίος είναι πρόσφατα ενεργός Για να κινηθεί ο ρότορας δεξιόστροφα, ο ανώτερος ηλεκτρομαγνήτης απενεργοποιείται και ο δεξιός ηλεκτρομαγνήτης ενεργοποιείται, προκαλώντας το ρότορα να κινηθεί 90 μοίρες δεξιόστροφα, ευθυγραμμίζοντας τον εαυτό του με τον ενεργό μαγνήτη. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται με τον ίδιο τρόπο νότια και δυτικά των ηλεκτρομαγνητών μέχρις ότου να εξερευνήσουμε την αρχική θέση. Πέρα από αυτό το παράδειγμα, χρησιμοποιούμε έναν κινητήρα με ευκρίνεια 90 μοιρών. Στην πραγματικότητα, αυτός δε θα μπορέσει να είναι ένας πρακτικός κινητήρας για τις περισσότερες εφαρμογές. Η μέσο όρο ευκρίνεια ενός βημαηκού κινητήρα - το ποσό των μοιρών που περιστρέφονται ανά παλμό - είναι υψηλότερη από ότι α υτοί. Για παράδειγμα, ένας κινητήρας με ευκρίνεια 5 μοιρών θα κινήσα το ρότορα του 5 μοίρες άνα βήμα, thereby απαιτώντας 72 παλμούς ( βήματα) για να συμπληρωθεί μια περιστροφή 360 μοιρών. Μπορούμε να διπλασιάσουμε την ευκρίνεια μερικών κινητήρων με μια διαδικασία γνωστή ως οδήγηση μισού βήματος. Αντί να εναλλάσσουμε τον επόμενο ηλεκτρομαγνήτη στην περιστροιρή, με την οδήγηση μισού βήματος μπορούμε να περιστρέφουμε και τους δυο ηλεκτρομαγνήτες, προκαλώντας έτσι μια ίση έλξη μεταξύ τους, thereby διπλασιάζοντας την ευκρίνεια. Όπως μπορούμε να δούμε από δεύτερο σχήμα, στην αρχική θέση μόνο ο ανώτερος ηλεκτρομαγνήτης είναι ενεργός, και ο ρότορας is drawn εντελώς σε αυτόν. Στη θέση 2, και ο ανώτερος και ο δεξιός ηλεκτρομαγνήτης είναι ενεργοί, προκαλώντος η θέση του ρότορα να είναι μεταξύ των δύο ενεργών πόλων. Στο τέλος, στη θέση 3, ο ανώτερος ηλεκτρομαγνήτης απενεργοποιείται και ο ρότορας is drawn all the way right, αυτή η διαδικασία μπορεί νε επαναληφθεί για μια ολοκληρωτική περιστροφή.

Υπάρχουν αρκετοί τύποι βηματικών κινητήρων. Οι 4 wires βηματικοί κινητήρες περιέχουν μόνο δύο ηλεκτρομαγνήτες, ωστόσο η λειτουργία τους είναι πιο περίπλοκη από ότι αυτοί με τρεις ή τέσσερις μαγνήτες, επειδή το κινητήριο κύκλωμα πρέπει να είναι ικανό να αντιστρέψει το ρεύμα μετά από κάθε βήμα. Για τους σκοπούς μας, θα χρησιμοποιήσουμε έναν κινητήρα 6 wires. Σε αντίθεση με τους κινητήρες που περιστρέφονται 9Θ μοίρες ανά βήμα, οι real world κινητήρες χρησιμοποιούν μια σειρά από μίνι πόλους στον στάτορα και αυξάνουν την ευκρίνεια στο ρότορα. Παρόλο αυτά αυτό φαίνεται να είναι πιο περίπλοκο στη διαδικασία καθοδήγησης κινητήρων, και η λειτουργία είναι όμοια με με έναν απλό κινητήρα 90 μοιρών που χρησιμοποιούμε στο παράδειγμά μας. Ένα παράδειγμα πολλών πόλων κινητήρα φαίνεται στο σχήμα 3. Στη θέση 1, ο νότιος πόλος του μόνιμου μαγνήτη του ρότορα ευθυγραμμίζεται με το νότιο πόλο του ηλεκτρομαγνήτη του στάτορα. Σημειώνουμε ότι οι εναλλακτικές θέσεις ευθυγραμμίζονται μια μόνο φορά. Στη θέση 2, ο ανώτερος ηλεκτρομαγνήτης απενεργοποιείται στον επόμενο και η άμεση αριστερή του εκτέλεση εκτέλεση ενεργοποιείται προκαλώντας το ρότορα να περιστραφεί κατά ένα ακριβές ποσό μοιρών. Σε αυτό το παράδειγμα, μετά από 8 βήματα η διαδοχή επαναλαμβάνεται. Ο συγκεκριμένος βηματικός κινητήρας που χρησιμοποιήσαμε στα πειράματά μας έχει 6 καλώδια που προέρχονται από casing. Εάν ακολουθήσουμε το σχήμα 5, το ηλεκτρικό ισοδύναμο του βηματικού κινητήρα, που μπορούμε να δούμε ότι έχει 3 καλώδια που πηγαίνουν στα μισά του πηνίου, και γιαυτο'τα τυλίγματα του πηνίου συνδέονται σε ζευγάρια. Αυτ'γη είναι η αλήθεια για τους τετραφασικούς κινητήρες. Ωστόσο, εάν δεν έχουμε ένα ισοδύναμο διάγραμμα για τον κινητήρα που θέλουμε να δούμε, μπορούμε να φτιάξουμε ένα σχέδιο αντίστασης για να αποκρυπτογραφήσουμε τις μυστηριώδεις συνδέσεις. Υπάρχει μια αντίσταση 13 ohm μεταξύ του κεντρικού καλωδίου και καθένα από τα φορτία, και 26 ohms μεταξύ των 2 τελευταίων (ρορτίων.

[ f h p It ΐ ρ φ

ΣΧΕΔΙΟ ΜΕΛΕΤΗΣ Η ηλεκτρική συμβατότητα μεταξύ του κινητήρα και του καθοδηγητικού προγράμματος είναι ο πιο κρίσιμος συντελεστής σε ένα σύστημα βηματικού κινητήρα. Μερικές γενικές οδηγίες στην επιλογή αυτών των στοιχείων είναι: ΕΠΑΓΩΓΗ Οι βηματικοί κινητήρες υπολογίζονται / κλιμακώνονται με ένα μεταβαλλόμενο βαθμό επαγωγής. Ένας κινητήρας υψηλής επαγωγής θα παρέχει ένα μεγαλύτερο ποσό ροπής σε χαμηλές ταχύτητες και παρόμοια η αντιστροφή είναι αληθινή. ΣΥΝΔΕΣΗ ΣΕ ΣΕΙΡΑ / ΠΑΡΑΑΑΗΑΑ Υπάρχουν δυο τρόποι για να συνδεθεί ένας βηματικός κινητήρας, σε σειρά ή παράλληλα. Η σύνδεση σε σειρά παρέχει υψηλή επαγωγή και επομένως μεγαλύτερη επίδοση σε χαμηλές ταχύτητες. Η σύνδεση παράλληλα μειώνει την επαγωγή αλλά αυξάνω τη ροπή σε γρήγορες / υψηλές ταχύτητες. Η παρακάτω καμπύλη είναι η τυπική ταχύτητας / ροπής στρέψης για ένα καθοδηγητικό πρόγραμμα AMS Η ΣΚΑΗΡΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΚΙΝΗΤΗΡΑ Οι βηματικοί κινητήρες τείνουν να γίνουν δύσκαμπτοι. Μειώνοντας που ρέει στον κινητήρα σε μικρό ποσοστό θα κάνει να είναι η περιστροφή ομαλή. Παρομοίως, αυξάνοντας το ρεύμα του κινητήρα θα αυξηθεί η σκληρότητα αλλά επίσης θα παραχθεί περισσότερη ροπή στρέψης. Trades offs μεταξύ ταχύτητας, ροπής στρέψης και ευκρίνενας είναι η κύρια μελέτη για τον σχεδιασμό ενός συστήματος βηματικού κινητήρα.

ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ TOY ΚΙΝΗΤΗΡΑ Οι Ρηματικοί κινητήρες έχουν σχεδιαστεί θερμοί (50-901 C ). Ωστόσο, τόσο πολύ ρεύμα μπορεί να προκαλέσει υπερβολική θερμότητα και να καταστραφεί η μόνωση του κινητήρα και τα τυλίγματά του. ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΒΗΜΑΤΟΣ Η συχνότητα βήματος ορίζει το διάστημα του βήματος που πραγματοποιείται σε ένα δευτερόλεπτο. Αυτή μπορεί να είναι μερικές εκατοντάδες Herz. Επειδή με την αύξηση της συχνότητας βήματος πέφτει η ροπή του κινητήρα, η συχνότητα βήματος δεν πρέπει να ξεπεράσει μια οριακή της τιμή για να μην τεθεί ο κινητήρας εκτός και σταματήσει. ΓΩΝΙΑ ΒΗΜΑΤΟΣ Στην πράξη ξεχωρίζει κανείς α) τη γωνία πλήρους βήματος και β) τη γωνία μισού βήματος. Κάτω από την έννοια γωνία πλήρους βήματος καταλαβαίνει κανείς την κίνηση βήματος ενός πολικού βήματος, ενώ με την έννοια γωνία μισού βήματος την κίνηση βήματος μισού πολικού βήματος.

Έν(ΐς από τους λόγους για τον οποίο οι βηματικοί κινητήρες έχουν γίνα τόσο γνωστοί, ως μηχανές ελεγχόμενης μετατόπισης, είναι η ακρίβεια τους και η επαναληπτικότητα της κίνησής τους. Τυπικά οι βηματικοί κινητήρες έχουν μια ακρίβεια βήματος 3-5% για κάθε βήμα. Επίσης αυτό το σφάλμα δε μεταφέρεται από βήμα σε βήμα. Η ακρίβεια του βηματικού κινητήρα οφείλεται κυρίως στα επιμέρους τμήματά του και την συναρμολόγησή τους. ΣΦΑΛΜΑ ΘΕΣΗΣ ΒΗΜΑΤΟΣ Το μέγιστο θετικό ή αρνητικό σς)άλμα θέσης, προκαλείται όταν ο κινητήρας έχει περιστραφεί ένα βήμα από την προηγούμενη θέση που ήταν σταματημένος. Σφάλμα θέσης βήματος = μετρούμενη γωνία βήματος - θεωρητική γωνία ΣΦΑΛΜΑ ΘΕΣΗΣ Ο κινητήρας διαγράψει Ν βήματα από την αρχική του θέση ( Ν=36θ/γωνία βήματος ) και η γωνία από την αρχική θέση μετράται ανά θέση βήματος. Αν η γωνία από την αρχική θέση ως τη θέση Ν-οστού βήματος είναι Θν και τον σφάλμα ΔΘν=ΔΘν - (γωνία βήματος *Ν). Το σφάλμα θέσης είναι η διαφορά του μέγιστου από το ελάχιστο, αλλά συνήθως εκφράζεται με ένα πρόσημο + ή -. Δηλαδή σφάλμα θέσης = +- θ,5(δθμέγιστο - Δθελάχιστο)

ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΕΣ ΡΟΠΗΣ Είναι τελείως φανερό ότι για να έχει κάποιο νόημα το να εξετάζει κανείς χαρακτηριστικές ροπής ενός βηματικού κινητήρα θα πρέπει, να έχουν καθοριστεί ο καθοδηγητής, η τάση και το φορτίο του. Η χαρακτηριστική εκκίνησης μετριέται έτσι ώστε ο κινητήρας να εκκινεί παίρνοντας το ιρορτίο του και έχοντας την επιθυμητή δόση βήματος. Έτσι επιλέγω κανείς την περιοχή όπου είναι δυνατή μια λειτουργία start - stop (ON - OFF) χωρίς απώλεια βήματος. Η μέτρηση της χαρακτηριστικής λειτουργίας γίνεται τότε, όταν ο κινητήρας ετηταχύνα στην επιθυμητή δόση βήματος και μετά φορτιστεί. Τη ροπή τριβών δίνει για παράδειγμα μια ρυθμιζόμενη πέδη μαγνητικών ρινισμάτων σιδήρου. Η ωφέλιμη ροπή η οποία παίρνεται τότε, είναι μόνο τότε μεγαλύτερη στη λειτουργία μισού βήματος απότι στη λειτουργία πλήρους βήματος, όταν με ροή ρεύματος μόνο στη μια (ράση το ρεύμα αυξηθεί κάθε φορά κατά ρίζα 2. Στην συνθήκη λειτουργίας μικροβημάτων η ωφέλιμη ροπή πλησιάζει σχεδόν την τιμή της ροπής συγκράτησης. Για υπολογισμούς κεκλιμένων κτλ οφείλει κανείς την ωφέλιμη ροττή την οποία παίρνει από τις χαρακτηριστικές ροπής να την πολλαπλασιάζει με έναν συντελεστή ασφάλειας 0,8 για να πάρει υπόψη του τις διάιρορες ανοχές. Στην συνθήκη καθοδήγησης ( δηλαδή χωρίς ανατροφοδότηση, κάτι που είναι ο κανόνας του βηματικού κινητήρα ) είναι δυνατόν διακυμάνσεις φορτίου να κάνουν αναγκαίο και έναν επιπλέον συντελεστή ασφαλείας εφόσον δεν έχει προσδιοριστεί η δυσμενέστερη συνθήκη λειτουργίας. Ο ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ Το φορτίο αποτελείται από μια ροπή τριβής και από μια ροπή αδράνειας όπου η ροπή τριβής αποτελείται από ένα σταθερό τμήμα και από ένα μεταβλητό το οποίο είναι συνάρτηση των στροφών. Το σταθερό τμήμα μπορεί να μετρηθεί με έναν ζυγό ελατηρίου μετρώντας τη δύναμη που απαιτείται για την κίνηση του φορτίου. Η ροπή τριβής ισούται με το γινόμενο της δύναμης f επί την ακτίνα της τροχαλίας ιμάντα r, επί τον βαθμό απόδοσης η. Σε πολλές εφαρμογές το μεταβλητό τμήμα της ροπής είναι μικρό και δύσκολο να οριστεί. Για το λόγο αυτό σε υπολογισμούς θεωρείται αμελητέο αν και σε υψηλές στροφές αυτό μπορεί να καθοριστεί. Στους βηματικούς κινητήρες το τμήμα αυτό της ροπής είναι χρήσιμο σαν ρρπή απόσβεσης.

ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΡΟΠΗΣ Σε ένα βημαηκό ιανητήρα, αναπτύσσεται ροπή όταν οι μαγνητικές δυνάμεις του δρομέα και του στάτη εκτοπίσουν η μια την άλλη.η μαγνητική ροή συγκροτείται εξαιτίας των υλικών μεγάλης μαγνητικής διαπερατότητας από τα οποία είναι κατασκευασμένος ο στάτης, όσο το δυνατόν περισσότερο, στις διαδρομές που ορίζονται από τη δομή του στάτη με τον ίδιο τρόπο κατά τον οποίο το ρεύμα συγκροτείται στον αγωγό ενός ηλεκτρονικού κυκλώματος. Η ροπή εξόδου που παράγεται από τον κινητήρα είναι ανάλογη με την ένταση της μαγνητικής ροής που παράγεται κατά την ενεργοποίηση των τυλιγμάτων. Η παραγόμενη ροττή ενός βηματικού κινητήρα εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, 1) από το ρεύμα που ρέει μέσα στα τυλίγματα, 2) από το ρυθμό των βημάτων και 3) την σχεδίαση και τον τύπο οδήγησης. Η ένταση της μαγνητικής ροής δίνεται από τον τύπο Η=(Ν*ϊ)/Ι όπου Η= η ένταση του μαγνητικού πεδίου, Ν= ο αριθμός των σπειρών του πηνίου, 1= το ρεύμα που διαρρέα το πηνίο και L= το μήκος της διαδρομής της μαγνητικής ροής. Από αυτήν την σχέση βλέπουμε ότι η ένταση της μαγνητικής ροής είναι ανάλογη του αριθμού των σπειρών του πηνίου και του ρεύματος και αντιστρόφως ανάλογη του μήκους της διαδρομής της μαγνητικής ροής. Συνεπώς κάποιοι κινητήρες που έχουν το ίδιο μέγεθος πλαισίου, μπορεί να έχουν πολύ διαφορετικές ικανότητες ροπής εξόδου μεταβάλλοντας τις παραμέτρους των τυλιγμάτων τους.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΥΠΩΝ ΒΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ Οι Ρηματικοί κινητήρες χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες, μόνιμου μαγνήτη και μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης ( υπάρχουν επίσης και οι υβριδικοί κινητήρες, οι οποίοι δεν είναι ξεχωριστοί από τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη ). Οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη τείνουν σε ένα δόντι, καθώς στρίβουμε το ρότορα με τα δάχτυλα, ενώ οι κινητήρες μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης σχεδόν περιστρέφονται ελεύθερα. Μπορούμε επίσης να ξεχωρίσουμε τις δύο κατηγορίες με ένα ομόμετρο. Οι κινητήρες μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης συνήθως έχουν τρία ή καμιά φορά και τέσσερα τυλίγματα, με τον ουδέτερο, ενώ οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν συνήθως δύο ανεξάρτητα τυλίγματα, με ή χωρίς λήψη σε πηνίο, αγωγό, αντίσταση κτλ. Τα κεντρικά τυλίγματα χρησιμοποιούνται σε μονοπολικούς κινητήρες μόνιμου μαγνήτη. Οι βηματικοί κινητήρες βρίσκονται σε μια ευρεία έκταση γωνιακής ευκρίνειας. Οι πιο ταχείες κινητήρες τυπικά περιστρέφονται 9Θ μοίρες ανά βήμα, ενώ η υψηλή ευκρίνεια κινητήρων μόνιμου μαγνήτη είναι συνήθως ικανή να χειριστεί 1,8 ή ακόμη και 0,72 μοίρες ανά βήμα. Με έναν κατάλληλο ρυθμιστή οι περισσότεροι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη και οι υβριδικοί μπορούν να λειτουργήσουν σε μισό βήμα, και μερικοί ρυθμιστές μπορούν να χειριστούν μικρότερα κλασματικά βήματα ή μικροβήματα. Και για τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη και μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης, εάν ένα από τα τυλίγματα του κινητήρα ενεργοποιηθεί, ο ρότορας snap to αμετάβλητη γωνία I και τότε διατηρείται η γωνία μέχρις ότου η ροπή στρέψης υπερβεί την ροπή που έχει ο κινητήρας, και σε αυτό το σημείο ο ρότορας θα επιστρέψει, προσπαθώντας να κρατήσει σε κάθε σημείο την απαραίτητη ισορροπία.

1, 1 ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΜΟΝΙΜΟΥ ΜΑΓΝΗΤΗ Ο Ρηματικός κινητήρας μόνιμου μαγνήτη λειτουργά σε αντίδραση μεταξύ του ρότορα μόνιμου μαγνήτη και ενός ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Το παρακάτω σχήμα δάχνα έναν βασικό διπολικό Ρηματικό κινητήρα μόνιμου μαγνήτη. Ο ρότορας που (ραίνεται στο σχήμα (α) έχει ένα μόνιμο μαγνήτη πλαισιωμένο σε κάθε άκρο. Ο στάτορας φαίνεται στο σχήμα (β) Και ο στάτορας και ο ρότορας φαίνονται σαν να έχουν δόντια. Τα δόντια στην επιφ(ίνεια του ρότορα και τα άκρα του μαγνητικού πυρήνα του στατορα αντισταθμίζονται / εξουδετερώνονται έτσι ώστε να υπάρχει μόνο ένας περιορισμένος αριθμός δοντιών του ρότορα ευθυγραμμίζοντας τους εαυτούς τους με έναν ενεργό πόλο του στάτορα. Ο αριθμός των δοντιών στο ρότορα και στον στάτορα καθορίζει / προσδιορίζει τη γωνία βήματος που θα λάβει χώρα κάθε φορά που η πολικότητα των τυλιγμάτων αντιστρέφεται / αναστρέφεται. Όσο μεγαλύτερος αριθμός δοντιών τόσο μικρότερη γωνία βήματος. Όταν ένας βηματικός κινητήρας μόνιμου μαγνήτη έχει ένα σταθερό / μόνιμο σήμα DC εφαρμοζόμενο σε ένα από τα τυλίγματα του στάτορα, ο ρότορας θα ξεπεράσει την απομένουσα ροπή στρέψης και θα ευθυγραμμιστεί με το πεδίο του στάτορα. Η ροπή συγκράτησης ορίζεται σαν το ποσοστό της ροπής στρέψης που απαιτάται για να κινηθά ο ρότορας one full step με τον ενεργό στάτορα. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του βηματικού κινητήρα μόνιμου μαγνήτη είναι ότι μπορεί να διατηρήσει τη ροπή συγκράτησης επ ' αόριστον όταν ο ρότορας σταματήσει. Όταν δεν εφαρμόζεται καμιά ισχύς στα τυλίγματα, τότε αναπτύσσεται μια μικρή δύναμη μεταξύ του μόνιμου μαγνήτη και του στάτορα. Η μαγνητική δύναμη ονομάζεται απομένουσα ροττή στρέψης. Η απομένουσα ροπή στρέψης μπορά να παρατηρηθεί όταν περιστρέφεται ο βηματικός κινητήρας. Το παρακάτω σχήμα (α) δείχνει ένα βημαηκό κινητήρα μόνιμου μαγνήτη με τέσσερα τυλίγματα στον στάτορα. Δίνοντας παλμό στα πηνία του στάτορα σε μια επιθυμητή διαδοχή, είναι πιθανό να ελέγξουμε την ταχύτητα και την κατεύθυνση του κινητήρα. Το σχήμα I (β) δείχνει το διάγραμμα χρονισμού για τους παλμούς που απαιτούνται ώστε να περιστραφεχ ο κινητήρας. Αυτό (ραίνεται στο σχήμα (α). Αυτή η διαδοχή θετικών και αρνητικών παλμών προκαλεί στον άξονα του κινητήρα να περιστραφεί δεξιόστρο(ρα 90 μοίρες βήματα. Όι I κυματομορφές στο σχήμα ( c) δείχνουν πώς μπορούν οι παλμοί να επικαλυφθούν και ο I κινητήρας να περιστραφεί δεξιόστροφα κατά 45 μοίρες διαστήματα.

L5

(α) Ρηματικός κινητήρας μόνιμου μαγνήτη, (β) 90 βημάτων, 45 βημάτων Μια πρόσφατη εξέλιξη στην τεχνολογία ενός βηματικού κινητήρα μόνιμου μαγνήτη είναι ο λεπτός δίσκος του ρότορα. Αυτός ο τύπος του βηματικού κινητήρα σπαταλάει περισσότερη ισχύς σε απώλειες ως θερμότητα από ότι ο κυλινδρικός ρότορας και ως αποτέλεσμα, είναι θεωρητικά πιο αποτελεσματικός. Θεωρητικά είναι πρωταρχικό ενδιαφέρον σε βιομηχανικά κυκλώματα όπως τα ρομποτικά, επειδή ένας υψηλά αποτελεσματικός I κινητήρας θα λειτουργήσει πιο ψυχρός και θα παράγει περισσότερη ροπτή στρέψης ή ταχύτητα για το μέγεθός του.οι βηματικοί κινητήρες μόνιμου μαγνήτη με ρότορα λεπτού δίσκου είναι ικανοί επίσης να παράγουν σχεδόν διπλάσια βήματα ανά δευτερόλεπτο ενός συμβατικού βηματικού κινητήρα. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη βασική κατασκευή ενός I τέτοιου κινητήρα. Ο ρότορας κατασκευάζεται από ένα συγκεκριμένο / ειδικό είδος cobalt steel [, και οι πόλοι του στάτορα αντισταθμίζονται / εξουδετερώνονται από το one half τμήμα του ρότορα. 16

Ον μονοπολικοί βηματικοί κινητήρες αναγνωρίζονται από τα τυλίγματά τους. Ο αριθμός των φάσεων είναι διπλάσιος σε σχέση με τον αριθμό των πηνίων, όπου κάθε πτηνίο διαιρείται στα δύο. Έτσι το παρακάτω διάγραμμα, όπου έχει δύο κεντρικά πηνία, παρουσιάζει την σύνδεση τεσσάρων φάσεων μονοπολικού βηματικού κινητήρα. Στη διαδοχή υψηλή ροπή στρέψεως, δύο τυλίγματα είναι ενεργά για κάθε βήμα κινητήρα. Η ένωση αυτή των δύο τυλιγμάτων αποδίδει μιάμιση φορά περισσότερη ροπή στρέψεως από ότι η στάνταρ διαδοχή, αλλά τραβάει διπλά το ρεύμα. Η οδήγηση μικρού βήματος πετυχαίνεται ενώνοντας τις δύο διαδοχές. Πρώτα, ένα από τα τυλίγματα είναι ενεργά, μετά δύο μετά ένα κτλ. Αυτό δραστικά διπλασιάζα των αριθμό βημάτων του κινητήρα που θα προωθηθούν σε κάθε περιστροφή του άξονα, και κόβα τον αριθμό των μοιρών ανά βήμα στο μισό. Β) Διπολικοί βηματικοί κινητήρες Σε αντίθεση με τους μονοπολικούς κινητήρες, οι διπολικοί απαιτούν πιο πολύπλοκα κυκλώματα. Διπολικός motorsare είναι γνωστός για την εξαίρετη αναλογία μεγέθους / ροπής, και προμηθεύει περισσότερη ροπή για το μέγεθός τους από ότι στους μονοπολικούς. διπολικοί είναι σχεδιασμένοι με ξεχωριστά πηνία που είναι απαραίτητο να οδηγηθούν σε μια έκαστη κατεύθυνση δόκιμο βηματικό. Αυτό παρουσιάζει ένα πρόγραμμα πομπού. Οι διπολικοί κινητήρες χρησιμοποιούν το ίδιο δυαδικό πρότυπο προγράμματος όπως οι μονοπολικοί, μόνο το 0 και 1 αντιστοιχούν στην πολικότητα τάσης που εφαρμόζεται στα πηνία, όχι απλά on και off.i

la ο------- kqooooj------ 0 2a 1b 0------- ------------------o 2b το πηνίο του διπολικού βηματικού κινητήρα Ένα κύκλωμα γνωστό ως «γέφυρα Η» χρησιμοποιείται για να θέσα σε κίνηση διπολικούς βηματικούς κινητήρες. Κάθε πηνίο βηματικού κινητήρα το δικό του «Η - γέφ υ ρ α ς» κύκλωμα μέτρησης. Οι τυπικοί βηματικοί κινητήρες έχουν τέσσερις αγιυγούς σύνδεσης, συνδεδεμένους σε δύο απομονωμένα πηνία του κινητήρα.ιοε σχεδιάστηκε ειδικά να θέτει σε κίνηση διπολικούς βηματικούς ( ή DC κινητήρες ) που είναι διαθέσιμοι. Συνήθως αυτά τα πρότυπα 1C περιέχουν μόνο ένα κύκλωμα μονής Η γέφυρας, έτσι δύο από αυτά (ζπαιτούνται για να θέσουν σε κίνηση ένα μονό διπολικό κινητήρα. Ένα πρόβλημα με το βασικό κύκλωμα γέιρυρας Η είναι ότι με έναν ασφαλή συνδυασμό από τιμές εισόδου το αποτέλεσμα είναι ότι το τροφοδοτικό ισχύος τροφοδοτώντας τον κινητήρα βραχυκυκλώνεται από τα τρανζίστορ. Αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει μια κατάσταση όπου τα τρανζίστορ και /ή το τροφοδοτικό ισχύος θα μπορούσαν να καταστραφούν. Μια μικρή λογική ττύλη XOR προστίθεται στο παρακάτω σχήμα για να διατηρήσει τις εισόδους στο 1 από τα τρανζίστορ. Άλλο χαρακτηριστικό των κυκλωμάτων με γέφυρα Η είναι ότι διαθέτουν ηλεκτρικούς μοχλούς που μπορούν να εφαρμοστούν για να επιβραδύνουν ή ακόμη και να σταματήσουν τον κινητήρα από το να περιστρέφεται ελεύθερα όταν δεν κινείται υπό τον έλεγχο του προγράμματος κυκλώματος. Αυτό συμπληρώνεται βραχυκυκλώνοντας κυρίως τα πηνία του κινητήρα μαζί, προκαλώντας κάθε τάση που παράγεται στα πηνία κατά τη διάρκεια περιστροφής για να τυλίξουν πίσω και να κάνουν το βραχυκύκλωμα δύσκολα να γυρίσει. Όσο γρηγορότερα κάνουν το βραχυκύκλωμα να στραφεί, τόσο περισσότερο οι ηλεκτρικοί μοχλοί σφίγγουν.. - 0

ένα τυτηκό κύκλωμα Η γέφυρας. ΠΙΝΑΚΑΣ Ακολουθία / Πολικότητα Όνομα Περιγραφή Διαδοχή 0001 + Οδηγός Καταναλώνει τη 0010 Κύματος Χαμηλότερη 0100 Μιας φάσης Ενέργεια. Μόνο 1000 + Μια φάση ενεργό Ποιείται την στιγ- Μη. εξασφαλίζει Θέση ακρίβειας 5 i

Ανεξάρτητα από Την ανισότητα Των τυλιγμάτων Στον κινητήρα. 0011 ροττή στρέψης Hi ροπή στρέψης 0110 Δύο φάσεων Αυτή η διαδοχή 1100 ++- Ενεργοποιεί δύο 1001 + -+ Adjacent φάσεις Που προσφέρα Ένα προϊόν εξε- Αιγμένης ροπής Ταχύτητας και Μεγαλύτερης ρο- Πής συγκράτησηι; 0001 + Half step Half step. 0011 -+ + Ουσιαστικά δι - 0010 Πλασιάζει την βη 0110 -++- Ματικά ευκρίναα 0100 Του κινητήρα, 1100 ++ Αλλά η ροπή δεν 1000 + Είναι ενιαία για 1001 Κάθε βήμα.αυτή Η διαδοχή μειώνε Ει τον συντονισμχ Που καμιά φορά Μπορεί να προ- Καλέσει το σταμό Τημα του κινητήρ Ρα σε μια καθορισμένη συχνότη Τα συντονισμού Σημειώνουμε ότι Η διαδοχή είναι 8 βημάτων. 22,

IDENTIFYING,5ViMif\Titoi CiMrtTHpeS. Oi βηματικοί κινητήρες έχουν αριθμημένα καλώδια - - 4, 5, 6 ή 8. Εάν περιστρέψουμε τον άξονα θα νιώσου με μια notced κίνηση. Κινητήρες με τέσσερα καλώδια απαιτούν έναν bipolar ελεγκτή, όπως dual Η - Bridge. Άλλοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτα με μονοπολικό είτα με διπολικό ελεγκτή. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ένα Ωμόμετρο για να βρούμε τη λήψη σε αντίσταση μεταξύ του κέντρου και του σκέλους / τμήματος που είναι 'Λ από σκέλος σε σκέλος. Μετρώντας από τον έναν ττυρήνα στο άλλο θα φανεί ένα ανοιχτό κύκλωμα. 4-Wite(B^at0 nli.) 23

Unipolar Motor As Bipolar Ένα από τα οφέλη του διπολικού κυκλώματος οδήγησης είναι ότι μας επιτρέπει να χρησιμοποιήσουμε και τους μονοπολικούς και τους διπολικούς κινητήρες. Οι διπολικοί κινητήρες είναι απλά μονοπολικοί χωρίς τη κεντρική λήψη, που απλοποιεί τη δομή του κινητήρα. Έτσι εμείς μπορούμε να ελέγξουμε / οδηγήσουμε τους κινητήρες με τέσσερα έξι ή οχτώ καλώδια. Περισσότερα, οι μονοπολικοί κινητήρες μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε δύο διαφορετικές μορφοποιήσεις -. Στη μια απλά να αγνοήσουμε την κεντρική λήψη. Στην άλλη να χρησιμοποιήσουμε μισό τον πυρήνα μόνο χρησιμοποιώντας την κεντρική λήψη και έναν από τους ακροδέκτες. αυτό μπορεί να παράγει λιγότερη ροπή συγκράτησης αλλά επιτρέπει υψηλότερες ταχύτητες στη χαμηλότερη αυτεπαγωγή.

SHORTCUT ΚΑΛΩΔΙΩΣΗΣ ΓΙΑ ΝΑ ΒΡΕΘΕΙ Η ΚΑΤΑΑΑΗΑΗ ΑΚΟΑΟΥΘΙΑ Συνδέουμε τα 4 καλώδια του ττηνίου στον ελεγκτή σε κάθε σχήμα. Εάν στην αρχή δεν λειτουργεί, θα χρειαστεί να προσπαθήσουμε για εναλλαγή τιμών 2 μεταβλητών... 1 2 4 8 - ( αυθαίρετη πρώτη σειρά καλωδίωσης) 1 2 8 4 - ( switch end pair ) 1 8 2 4 - ( switch middle pair ) θα έχουμε τελειώσει όταν ο κινητήρας περιστραφεί ήρεμα σε άλλη κατεύθυνση. Εάν ο κινητήρας περιστραφεί στην αντίθετη κατεύθυνση από την επιθυμητή, θα αντιστρέφουμε τα καλώδια έτσι ώστε το ABCD να γίνει DCBA. ΕΠΙΑΕΓΟΝΤΑΣ ΜΙΑ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΟΥ ΡΕΥΜΑΤΟΣ Είναι σημανηκό να σιιμειώσουμε ότι ούτε ο κινητήρας ούτε ο ελεγκτής δεν ξεπερνούν τα κλιμακούμενα ρεύματά τους, Η αξία μιας αντίστασης περιορισμού ρεύματος σε σειρά με τον κινητήρα μπορεί να ελαττωθεί από την παρακάτω ισότητα. V πηγής = V απότομη πτώση τάσης + ( i * R κινητήρα ) + ( I * R περιορισμού ) 5

V απότομη πτώση τάσης = η απότομη πτώση τάσης που χρησιμοποιείται σε τροινζίστορ ( 2 βολτ για μονοπολικούς και 4 βολτ για διπολικούς ) I R κινητήρα R περιορισμού = το ρεύμα που ρέει στο κύκλωμα = η αντίσταση του πηνίου μονού κινητήρα = η αντίσταση περιορισμού ρεύματος της πηγής B)BIFILAR Τα bifilar τυλίγματα σε ένα βηματικό κινητήρα εφαρμόζονται στην ίδια γεωμετρία του ρότορα και του στάτορα, όπως ένας διπολικός κινητήρας, αλλά αντί για το τύλιγμα κάθε πηνίου στο στάτορα με μονό καλώδιο, δύο καλώδια ενώνονται παράλληλα με το καθένα από αυτά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, ο κινητήρας να έχα 8 καλώδια και όχι 4. Πρακτικά, οι κινητήρες με bifilar τυλίγματα πάντα έχουν ισχύ είτε σε μονοπολικούς είτε σε διπολικούς. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τις εναλλακηκές συνδέσεις όπου μπορούν να έχουν τα τυλίγματα κάθε κινητήρα. Για να χρησιμοποιήσουμε έναν bifilar κινητήρα ως μονοπολικό, τα 2 καλώδια κάθε τυλίγματος θα πρέπει να συνδεθούν σε σειρά και το σημείο σύνδεσης γίνεται κεντρικά. a 0 C9----- r-0b ao ^SiSlSlSb H>b C O T -^OO O Q j o d 2.^

Για να χρησιμοποιήσουμε ένα bifilar κινητήρα ως διπολικό, τα 2 καλώδια κάθε τϋλί)ψατος θα πρέπει να συνδεθούν είτα παράλληλα είτε σε σειρά. Η παράλληλη σύνδεση εκιτρέπει χαμηλή τάση υψηλού ρεύματος λατουργίας.η σύνδεση σε σειρά, επιτρέπει λίΐϊουργία υψηλής τάσης και χαμηλού ρεύματος από ότι εάν τα τυλίγματα ήταν παρολληλα. Η ερώτηση για μια σωστή τάση λειτουργίας για διπολικό κινητήρα που λειτουργεί β ^ ^νο π ο λ ικ ό ς, ή για bifilar κινητήρα με τα τυλίγματά του σε σειρά δεν είναι τόσο τετριμένη όσο αρχικά θα μπορούσε να εμφανιστεί. Υπάρχουν τρεις υποθέσεις : Το ρεύμα που μεταφέρει 3η χωρητικότητα του καλωδίου, ψύχοντας τον κινητήρα, και αποφεύγοντας να οδηγήσει τα μαγνητικά κυκλώματα σε κορεσμό. Θερμικές μελέτες προτείνουν ότι, εάν τα τυλίγματα τοποθετούν ηλεκτρικά καλώδια σε σειρά, η τάση θα έπρεπε να αυξηθεί από την τετραγωνική ρίζα του 2. Το μαγνητικό πεδίο του κινητήρα εξαρτάται από τον αριθμό των αμπεροστροφών, όταν τα δύο μισότυλίγματα λειτουργούν σε σειρά, ο αριθμός των στροφών διπλασιάζεται,αλλά επειδή ένας καλά σχεδιασμένος κινητήρας έχει μαγνητικά κυκλώματα που κοντεύουν να κορεστούν όταν ο κινητήρας λειτουργεί σε κλιμακούμενη τάση και ρεύμα, αυξάνοντας τον αριθμό των αμπεροστροφών δεν κάνει το πεδίο καθόλου ανθεκτικότερο. Ειδάλλως όταν ο κινητήρας λειτουργεί με δύο μισότυλίγματα σε σειρά, το ρεύμα θα έπρεπε να διχοτομείται για να αποφευχθεί κορεσμός ή με άλλα λόγια, η τάση που εφαρμόζεται στα τυλίγματα του κινητήρα θα πρέπει να μείνει η ίδια που ήταν και πριν. Για αυτούς που διασώζουν παλιούς κινητήρες, θέτουμε μια πρόκληση να βρουν έναν κινητήρα με 8 καλώδια. Ποιο από τα 8 καλώδια είναι ποιο; δεν είναι δύσκολο να το υπολογίσουμε, χρησιμοποιώντας ένα ωμόμετρο, ένα βολτόμετρο AC, και μια πηγή χαμηλής τάσης AC. Αρχικά χρησιμοποιούμε ένα ωμόμετρο για να εξακριβώσουμε ότι οι αγωγοί σύνδεσης του κινητήρα είναι συνδεδεμένοι με το κάθε ένα τυλίγματα του κινητήρα. Τότε, συνδέουμε μια χαμηλής τάσης πηγή AC σε ένα από αυτά τα τυλίγματα. Η AC τάση θα πρέπα να είναι κάτω από τη διαφημισμένη τάση λειτουργίας του κινητήρα, τάσεις κάτω από ένα volt έχουν συστηθεί. Η γεωμετρία των μαγνητικών κυκλωμάτων του κινητήρα εγγυάται ότι τα 2 καλώδια των bifilar τυλιγμάτων θα διπλασιαστούν για AC σήματα, ενώ δε θα πρέπει σχεδόν να συζευχθούν με τα άλλα 2 καλώδια. 2^

MULTIPHASE MOTORS Μια λιγότερο συνηθισμένη κατηγορία βηματικών κινητήρων μόνιμου μαγνήτη τοποθετεί καλώδια με όλα τα τυλίγματα του κινητήρα σε κυκλική σειρά, με μια διακλάδωση μεχαξύ του κάθε ζευγαριού των τυλιγμάτων στον κύκλο, τα τηο γνωστά σχέδια σε αυτήν την κατηγορία χρησιμοποιούν τριφασική και 5 φάσεων συνδεσμολογία. Ο έλεγχος απαιτεί Λ από Η-γέφυρας για κάθε ακροδέκτη του κινητήρα, αλλά αυτοί οι κινητήρες μπορούν να παρέχουν περισσότερη ροπή στρέψης από ένα έτοιμο πρόγραμμα επαδή όλοι ή ένα από τα τυλίγματα του καυτήρα ενεργοποιήθηκαν σε κάθε σημείο του κύκλου. Μερικοί κινητήρες 5 φάσεων έχουν υψηλή ευκρίνεια της τάξεως των 0,72 μοιρών ανά βήμα ( 500 βήματα ανά περιστροφή ). Με έναν κινητήρα 5 φάσεων, αυτά είναι 10 βήματα ανά επανάληψης στο βηματικό κύκλο όπως φαίνεται παρακάτω Terminal 1 +++-- Terminal 2 +++ Terminal 3 +---- - Terminal 4 -h - h- Terminal 5 ++ Time - Εδώ σε περίπτωση διπολικού, κάθε ακροδέκτης φαίνεται σαν να είναι συνδεδεμένος στον θετικό ή αρνητικό κεντρικό αγωγό του κινητήριου συστήματος του κινητήρα. Σημειώνουμε όη, σε κάθε βήμα, μόνο ένας ακροδέκτης αλλάζει πολικότητα. Αυτή η μεταβολή απομακρύνει την ισχύ από το ένα τύλιγμα που προσάπτεται στον ακροδέκτη και εφαρμόζει ισχύ στο τύλιγμα που ήταν αδρανές προηγουμένως. Δίνοντας την παρακάτω γεωμετρία στον κινητήρα στο σχήμα που φαίνεται, αυτός ο έλεγχος θα οδηγήσει τον κινητήρα σε δύο περιστροφές. 26

Για να ξεχωρίσουμε έναν κινητήρα 5 φάσεων από άλλους κινητήρες με 5 αγωγούς σύνδεσης, σημειώνουμε ότι, εάν η αντίσταση μεταξύ 2 συνεχόμενων ακροδεκτών ενός κινητήρα 5 φάσεων είναι R, τότε η αντίσταση μεταξύ 2 μη συνεχόμενων ακροδεκτών θα είναι 1,5R. Σημειώνουμε ότι μερικοί κινητήρες 5 φάσεων έχουν 5 ξεχωριστά τυλίγματα, με ένα σύνολο 10 αγωγών συνδέσεως. Αυτοί μπορούν να συνδεθούν με τη μορφοποίηση που φαίνεται παρακάτω, χρησιμοποιώντας οδηγούς κυκλωμάτων 5 ημιγέφυρας, ή κάθε τύλιγμα μπορεί να οδηγηθεί από τη δική του πλήρης γέφυρα. Ενώ το σύνολο του θεωρητικού εξαρτήματος οδηγών ημι-γέφυρας είναι χαμηλότερο,, η διαθεσιμότητα από τα ολοκληρωμένα τσιπ πλήρους γέφυρας μπορεί να μας δώσει την προσέγγιση που προτιμούμε. ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΜΕΤΑΒΑΗΤΗΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ Ο κινητήρας μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης δεν χρησιμοποιεί μόνιμο μαγνήτη. Ο ρότορας για το λόγο αυτό περιστρέφεται ελεύθερα χωρίς detent ροπή στρέψης. στο παρακάτω σχήμα φαίνεται ένας τέτοιος κινητήρας που έχει τέσσερα σετ πόλους του στάτορα, (Α, Β, C, D). Σετ 15 μοιρών χωριστά. Το ρεύμα που εφαρμόστηκε στον πόλο A του τυλίγματος του κινητήρα προκαλεί μια μαγνητική έλξη που ευθυγραμμίζει το δόντι του ρότορα στον πόλο Α. Ενεργοποιώντας τον στάτορα ο πόλος Β προκαλεί το ρότορα να περιστραφεί 15 μοίρες σε ευθυγράμμιση με τον πόλο Β. Αυτή η επεξεργασία θα συνεχιστεί με τον πόλο C και πίσω στον Α σε δεξιόστροφη κατεύθυνση. 23

Εάν ο κινητήρας έχει τρία τυλίγματα, τυτηκά συνδέονται όπως στο παρακάτω διάγραμμα. Με έναν κοινό ακροδέκτη για όλα τα τυλίγματα. Συνήθως το πιο κοινό καλώδιο συνδέεται με το θετικό μέρος της πηγής και τα τυλίγματα ενεργοποιούνται διαδοχικά. Η διασταυρωμένη τομή που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα είναι 30 μοιρών ανά βήμα του κινητήρα μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης. Ο ρότορας του κινητήρα έχει 4 δόντια και ο στάτορας έχει 6 πόλους, με το κάθε τύλιγμα τυλιγμένο σε δύο αντίθετους πόλους. Με το τύλιγμα αριθμού 1 ενεργοποιημένο, το δόντι του ρότορα που σημειώθηκε με X έλκεται από τους πόλους αυτού του τυλίγματος. Εάν το ρεύμα που διαπερνά το τύλιγμα 1 σβήσει και του τυλίγματος 2 ανάψει, ο ρότορας θα περιστραφεί κατά 30 μοίρες δεξιόστροφα, έτσι ώστε οι πόλοι που έχουν σημειωθεί με Υ να ρυθμιστούν με τους πόλους που είναι σημειωμένοι με 2. 1 ο 2 0-----,0000,--------- OC 3 ο----v0000 y Για να περιστρέφεται ο κινητήρας συνεχόμενα, μπορούμε να τροιροδοτήσουμε τα τρία τυλίγματα διαδοχικά. Λαμβάνοντας θετική λογική, όπου 1 να σημαίνει ότι το συνεχές διαπερνά το τύλιγμα του κινητήρα, ο παρακάτω διαδοχικός έλεγχος θα περιστρέφει τον κινητήρα του σχήματος δεξιόστροφα κατά 24 βήματα ή 2 στροφές. 3λ

Winding 1 1001001001001001001001001 Winding 2 0100100100100100100100100 Winding 3 0010010010010010010010010 Time > Υπάρχουν επίσης βηματικοί κινητήρες μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης με 4 και 5-««λίγ ΐατα, απαιτώντας 5 ή 6 καλώδια. Το κυριότερο για να τεθούν σε κίνηση αυτοί οι κινητήρες είναι το ίδιο με το είδος με τα 3 τυλίγματα, αλλά γίνεται σημαντικό να επεξεργαστεί η σωστή εντολή που θα ενεργοποιήσει τα τυλίγματα ώστε ο κινητήρας να λειτουργήσει ήρεμα. Η γεωμετρία του κινητήρα φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, δίνοντας 3Θ μοίρες ανά βήμα, και χρησιμοποιεί το λιγότερο αριθμό δοντιού του ρότορα και πόλων του στάτορα, και εκτελείται ικανοποιητικά. Χρησιμοποιώντας περισσότερους πόλους κινητήρα και περισσότερα δόντια επιτρέπεται δημιουργία κινητήρων με μικρότερη γωνία βήματος. ΥΒΡΙΔΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Ένας υβριδικός κινητήρας φαίνεται στο παρακάτω σχήμα και χρησιμοποιείται ευρέως σε βιομηχανικές εφαρμογές. Ονομάζεται έτσι από το γεγονός ότι συνδυάζει τις κυριότερες λειτουργίες των άλλων δύο τύπων κινητήρα, του μόνιμου μαγνήτη και της μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης. Οι περισσότεροι υβριδικοί κινητήρες είναι διφασικοί, αν και έχουν διαθέσιμα πέντε εκδοχές φάσεων. Μια πρόσφατη ανάπτυξη είναι ο επαυξανόμενος υβριδικός κινητήρας, που χρησιμοποιεί μαγνητική ροή εστίασης ώστε να δώσα μια σημαντική καλυτέρευση στη λειτουργία. 3 a

ο ρότορας αυτής της μηχανής αποτελείται από 2 μέρη πόλων με τρία δόντια το καθένα. Μεταξύ των πόλων υπάρχει ένας μόνιμος μαγνήτης που μαγνητίζεται κατά μήκος του άξονα του ρότορα, κάνοντας το ένα άκρο βόρειο πόλο και το άλλο νότιο πόλο. Τα δόντια αντισταθμίζονται στο βόρειο και στο νότιο άκρο όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Ο στάτορας αποτελείται από ένα στοιχείο πυρήνα με τέσσερα δόντια που διευθύνα τη δύναμη του ρότορα. Τα πηνία are wound στα δόντια του στάτορα που συνδέονται μεταξύ του σε ζευγάρια. Χωρίς ρεύμα στα τυλίγματα του κινητήρα, ο ρότορας παίρνει μια από τις παρακάτω θέσεις που φαίνονται στο διάγραμμα. Αυτό συμβαίνει γιατί ο μόνιμος μαγνήτης του ρότορα προσπαθεί να ελαχιστοποιήσει τη μαγνητική αντίσταση της ροής του κυκλώματος ή της διόδου από το ένα στο άλλο.αυτό θα συμβεί όταν ένα ζευγάρι δοντιών από το νότιο και βόρειο πόλο θα ευθυγραμμιστεί με τους δύο πόλους του στάτορα. Η ροπή στρέψης που τείνει να κρατήσει το ρότορα σε μια από αυτές τις θέσεις, είναι συνήθως μικρή και ονομάζεται detent ροπή στρέψης. Ο κινητήρας που φαίνεται θα έχει 12 πιθανές θέσεις Εάν το συνεχές διέρχεται από ένα ζευγάρι τυλιγμάτων του στάτορα, ο βόρειος και νότιος πόλος του θα έλξει δόντια διαφορετικής πολικότητας στο κάθε άκρο του κινητήρα. Υπάρχουν τώρα μόνο 3 σταθερές θέσεις για το ρότορα, οι ίδιες σαν τον αριθμό δοντιών του ρότορα. Η απαιτούμενη ροπή στρέψης για να απολκιθεί ο ρότορας από την σταθερή θέση του, είναι τώρα μεγαλύτερη, και αναφέρεται σαν ροπή συγκράτησης. 33

ΓΡΑΜΜΙΚΟΙ ΡΗΜΑΤΙΚΟΙ ΚΙΝΗΤΗΡΕΣ Μια ακόμη ειδική κατηγορία η οποία ακόμη δεν έχει παρουσιαστεί είναι αυτή των γραμμικών βημαηκών κινητήρων. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται ένας γραμμικός κινητήρας και τα βασικά μέρη από τα οποία αποτελείται. Μπορούμε να δούμε ότι αποτελείται από τον platen και από τον aforcer. Ο platen είναι το ακίνητο μέρος του κινητήρα και το μήκος του θα καθορίσει την απόσταση που θα διανύσει ο κινητήρας. Έ χα έναν αριθμό δοντιών που είναι παρόμοια με του ρότορα σε παραδοσιακό βηματικό κινητήρα. αν εξαιρέσουμε ότι είναι παθητικός και δεν έχει μόνιμο μαγνήτη. Ο forcer από τέσσερα μέρη πόλων που το καθένα έχα τρία δόντια. Ο βαθμός κλίσης του κάθε δοντιού κλιμακώνεται με προσοχή στα δόντια του platen. Το μαγνηπκό πεδίο στο forcer αλλάζει όταν διαπερνά συνεχές ρεύμα τα πηνία του. Αυτή η πράξη προκαλεί στο επόμενο σετ δοντιών να ευθυγραμμιστεί με τα δόντια του platen και προκαλεί το forcer να κινηθεί από το ένα δόντι στο άλλο στο γραμμικό ταξίδι του platen. Όταν το συνεχές του pattern αντιστραφεί, the forcer θα αντιστρέφει την κατεύθυνση του προορισμού του. Ένας ολοκληρωμένος κύκλος αποτελείται από τέσσερα full βήματα, που μετακινούν the forcer την απόσταση του ενός δονηού πάνω στον platen. Ένας τυτηκός διαχωρισμός ενός γραμμικού κινητήρα είναι 12,500 βήματα ανά ίντσα, που εξασφαλίζει έναν υψηλό βαθμό διαχωρισμού. Το τυπικό φορτίο ή βάρος για έναν γραμμικό κινητήρα είναι ο χαμηλός όγκος που απαιτούν οι μετακινήσεις υψηλής ταχύτητας 3^

ένας γραμμικός κινητήρας και ο ενισχυτής του Magnet Phase A Phase B Electromagnet Electromagnel ReWWintinos o forcer φαίνεται στην κορυφή του platen του γραμμικού κινητήρα. Οι ηλεκτρομαγνήτες αναγνωρίζονται στον forcer. 35

ο forcer αποτελείται από δύο ηλεκτρομαγνήτες που φαίνονται στο παρακάτω σχήμα ως μαγνήτης A και μαγνήτης Β και έναν μόνιμο μαγνήτη. Ο μόνιμος μαγνήτης είναι ένας δυνατός rare earth μόνιμος μαγνήτης. Οι ηλεκτρομαγνήτες διαμορφώνονται στο σχήμα δοντιών έτσι ώστε η μαγνητική τους ροή να έχει χώρο στο τεταρτοκύκλιο έτσι ώστε μόνο ένα σετ δοντιών να ευθυγραμμιστεί με τα δόντια του platen κάθε στιγμή. Οταν το συνεχές εφαρμοστεί στο πηνίο στων ηλεκτρομαγνητών, η μαγνητική τους ροή διαπερνά το κενό αέρος μεταξύ του forcer και του platen, προκαλώντας μια δυνατή έλξη μεταξύ των δύο. Η μαγνητική ροή από τους ηλεκτρομαγνήτες τείνει ετήσης να ενισχύσα τις γραμμές ροής ενός από τους μόνιμους μαγνήτες και να ακυρώσει τις γραμμές ροής του άλλου μόνιμου μαγνήτη. Όταν ένα πρότυπο of energizing ενός πηνίου και another is established, το μαγνητικό πεδίο που προκύπτει θα τραβήξει τον κινητήρα στην κατεύθυνση από το ένα δόντι στο άλλο. Όταν η ροή του συνεχούς στο πηνίο σταματήσει, the forcer θα ευθυγραμμιστεί στο κατάλληλο σετ δοντιών και θα δημιουργήσει μια δύναμη συγκράτησης που τείνει να κρατήσει τη δύναμη από το να κινηθεί αριστερά ή δεξιά στο επόμενο δόντι. Ο ρυθμιστής του γραμμικού Ρηματικού κινητήρα ρυθμίζει το σχήμα/ μοντέλο να ενεργοποιήσα ή να απενεργοποιήσει τα πηνία του πεδίου έτσι ώστε ο κινητήρας να κινηθεί ήρεμα στην άλλη κατεύθυνση Αντιστρέφοντας το σχέδιο / μοντέλο, αντιστρέφεται και η κατεύθυνση που διανύει ο κινητήρας Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα διάγραμμα ενός ρυθμιστή γραμμικού βημαηκού κινητιίρα. Από αυτό το διάγραμμα μπορούμε να δούμε ότι διαθέτει έναν μικροεπεξεργαστή που γίνεται συνδέτης με έναν ψηφιακό σε αναλογικό μετατροπέα, έναν τροποποιητή γωνίας δύναμης και έναν ενισχυτή δύναμης. Διαθέτει επίσης και μια πηγή τροφοδοσίας για τους ενισχντές και μπορεί να έχει και έναν μετρητή επιτάχυνσης ως επιλογή. Ο μικροεπεξεργαστής έχει μια ROM και μια EPROM μνήμη για να αποθηκεύει προγράμματα. 36

διάγραμμα ενός ελεγκτή γραμμικού κινητήρα 5^

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Οι εφαρμογές για έναν γραμμικό βηματικό κινητήρα τείνουν να είναι straight line κίνηση. Αυτοί οι τύποι εφαρμογών είναι ελαφρώς διαφορεηκοί από τις εφαρμογές ενός παραδοσιακού Ρηματικού κινητήρα όπου η περιστροφική κίνηση μετατρέπεται σε γραμμική κίνηση με μια μπάλα, μια βίδα, μια οδοντωτή ράβδο και ένα πηνίο ή με άλλη μέθοδο. Το παρακάτω σχήμα δείχνει ένα γραμμικό κινητήρα που χρησιμοποιείται σε εφαρμογή positioner πηνίου τυλίγματος. Ο γραμμικός κινητήρας σε αυτήν την εφαρμογή συνεργάζεται με ένα βοηθητικό μοτέρ που ελέγχει την ταχύτητα των τυλιγμάτων του πηνίου. Ο γραμμικός κινητήρας καθορίζει την ακριβή τοποθεσία του επόμενου πηνίου που προστίθεται στην μπομπίνα. Η ταχύτητα ενός γραμμικού κινητήρα μπορεί να αυξηθεί ή να ελαττωθεί όταν η μηχανή τυλίγεται σε ένα καλώδιο μεγαλύτερης ή μικρότερης διαμέτρου. Η ικανότητα του γραμμικού κινητήρα να παρέχει μικρά προσαυξημένα βήματα τον κάνει να είναι καλό ταίρι για αυτήν την εφαρμογή. Το παρακάτω σχήμα δείχνει μια δεύτερη ειραρμογή όπου ο γραμμικός κινητήρας χρησιμοποιείται για να μεταφέρει έναν δίσκο ημιαγωγού διαμέσου ενός ακριβούς ελέγχου λέιζερ. Ο γραμμικός κινητήρας διαθέτει μια εξαιρετική ικανότητα τοποθέτησης για αυτήν την εφαρμογή. Ένα Compumotor L-L20-P96 σύστημα δρα σαν αντίσταση που διέρχεται για να οδηγήσει το καλώδιο, ενώ a Ζ series βοηθητικό μοτέρ περιστρέφει τον άξονα. Και τα δυο axes συντονίζονται σε compumotor 400Θ ένδειξη που είναι προγραμματισμένη να παράγει έναν αριθμό διαφορετικών τύπων πηνίων. Ακριβής τοποθεσία ελέγχου και μηχανική απλότητα για μεγάλο μήκος ταξιδιού διατίθενται από ένα γραμμικό κινητήρα. 36

ο γραμμικός κινητήρας χρησιμοποιείται Ένας φραμμικός κινητήρας χρησιμοποιείται για να ελέγχει τη θέση του πηνλιου winder για τη μεταφορά ημιαγωγού από σιλικόνη μέσου ενός σταθμού laser. ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΜΕ ΔΡΟΜΕΑ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΔΙΣΚΟΥ Ο κινητήρας με δρομέα μαγνητικού δίσκου είναι ένα ιδιαίτερα βηματικός κινητήρας που δημιουργήθηκε από τους Stcherbatcheif και Oudet από έναν μικροκινητήρα χρησιμοποιούμενο σε ρολόι. Το κύριο μέρος του κινητήρα είναι ένας λεπτός δίσκος με 25 μαγνητικούς πόλους σε αραιή διάταξη μεταξύ τους. Ο στάτης έχει 2 φάσεις. Τον χαρακτηρίζει η μικρή αδράνεια του δρομέα και η μεγάλη ροττή λόγω της κατασκευής του. 39

ΒΗΜΑΤΙΚΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑΣ ΕΞΩΤΕΡΙΚΟΥ ΔΡΟΜΕΑ Οι περιστροφικοί κινητήρες στους εσωτερικού και εξωτερικού δρομέα. Όλοι οι κινητήρες που έχουν περιγραφεί μέχρι εδώ είναι εσωτερικού δρομέα στους οποίους ο στάτης περιτυλίγει τον δρομέα. Στους κινητήρες εξωτερικού δρομέα ο δρομέας περιτυλίγει τον στάτη. Οι βηματικοί κινητήρες τέτοιας μορφής είναι σπάνιοι αλλά υπάρχουν. Ο στάτης αποτελείται από τρεις συστοιχίες πόλων και οι ττυρήνες τους είναι στερεωμένοι στον άξονα ο οποίος είναι σταθερά συνδεδεμένος στην κατασκευή. Ο εξωτερικός δρομέας είναι συνδεδεμένος με τον στάτη μέσω 2 ρουλεμάν και μπορεί να περιστρέφεται ελεύθερα. qo

A) full step O βημαηκός κινητήρας χρησιμοποιεί μια διακοπτόμενη διαδοχή τεσσάρων βημάτων, που ονομάζεται full step διακοπτόμενη διαδοχή. Το παρακάτω σχήμα δείχνα ένα διάγραμμα μεταγωγής / εναλλαγής και ένα πίνακα που δείχνει την διαδοχή / ακολουθία για τους τέσσερις διακόπτες που χρησιμοποιούνται για να ελέγξουν το βηματικό κινητήρα. Το διάγραμμα δείχνει τέσσερις διακόπτες με τέσσερις ξεχωριστούς ενισχυτές. Το διάγραμμα για τον κινητήρα δείχνει τα ίδια τέσσερα τυλίγματα που αναφέρθηκαν στη θεωρία λειτουργίας του κινητήρα. Καθένα από τα τυλίγματα is tapped at end και συνδέονται διαμέσου μιας αντίστασης στον αρνητικό πόλο της πηγής.

ο πίνακας δείχνει τη διαδοχή / ακολουθία για την ενεργοποίηση των πηνίων. Κατά τη ^ ά ρ κ εια του πρώτου βήματος της διαδοχής, οι διακόπτες SW1 και SW3 ανάβουν και οι άλλοι δυο σβήνουν. Κατά τη διάρκεια του δεύτερου βήματος της διαδοχής οι διακόπτες SW1 k u,-sw4 ανάβουν και οι άλλοι δυο σβήνουν. Κατά τη διάρκεια του τρίτου βήματος οι διακόπτες SW2 και SW4 ανάβουν και οι άλλοι δυο σβήνουν. Κατά τη διάρκεια του τέταρτου β ι ^ τ ο ς διαδοχής, οι διακόπτες SW2 και SW3 ανάβουν και οι άλλοι δυο σβήνουν. Η διαδοχή αυτή συνεχίζει μέσω τεσσάρων βημάτων, και έπειτα τα ίδια τέσσερα βήματα.ίίκχναλαμβάνονται ξανά. Αυτά τα βήματα προκαλούν στον κινητήρα να περιστραφεί ένα βήμα ή ένα δόντι στο ρότορα όταν ένας παλμός εφαρμοστεί στο κλείσιμο δυο από τους διακόπτες. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τη θέση των πόλων κατά τη διάρκεια κάθε βήματος όταν ο κινητήρας είναι σε full step mode. Δκχγράμματα που δείχνουν τη θέση κάθε πόλου ενώ ο κινητήρας βρίσκεται σε full step. Step SWl SW2 SW3 1 ON OFF ON 2 ON OFF OFF 3 OFF ON OFF 4 OFF ON ON 1 ON OFF ON Η2.

H alf step - ( Οδήγηοτη μισού βήματος ) Θέτοντας σε λειτουργία έναν βηματικό κινητήρα σε οδήγηση μισού βήματος είναι δυνατόν να βελτιωθεί η απόδοση του συστήματος in regard to υψηλότερη ευκρίνεια και μείωση συντονισμών. Είναι ετήσης δυνατόν να μειωθούν οι διακυμάνσεις - (χποκλίσεις της ροπής στρέψης και να εκτελεστεί μια ομαλότερη κίνηση και μια πιο ακριβής τοποθέτηση τροποποιώντας την οδήγηση μικρό βήματος. Το παρακάτω σχήμα περιγράφει το χρονοδιάγραμμα ρεύματος, όπου περιέχει σήματα εισόδου και έναν πίνακα συνεχούς ρεύματος ομοίως την κατεύθυνση του μαγνηηκού πεδίου. Το πρώτο μέρος δείχνει τη διφασική οδήγηση όπου ο κινητήρας steps από τις θέση 1 στις 3, 5, 7. Το δεύτερο μέρος του διαγράμματος δείχνα τη διαδοχή μισού βήματος που τροφοδοτεί τα τυλίγματα. Συγκρίνοντάς την με την fiill step, η οδήγηση μισού βήματος έχει κάποια βασικά πλεονεκτήματα. 1 ) Υψηλότερη ευκρίνεια χωρίς τη χρήση ενός τηο ακριβού κινητήρα με υψηλότερους αριθμούς βημάτων, και 2) Λιγότερα προβλήματα με το φαινόμενο συντονισμού. Οι συντονισμοί εμφανίζονται σαν μια ξαφνακή απώλεια της ροπής στρέψης σε έναν ή περισσότερους βηματικούς υπολογισμούς. Η οδήγηση μισού βήματος συχνά ξεπερνά αυτά τα προβλήματα συντονισμού. Ωστόσο ένα μειονέκτημα με την οδήγηση μισού βήματος είναι μια απόκλιση / μεταβολή της ροπής στρέψης. Αυτή η απόκλιση μπορεί να προκαλέσει ταλαντώσεις ή μηχανικό θόρυβο, ακόμη λιγότερο από ότι η οδήγηση full step.

ο τρόπος για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα της απόκλισης της ροπής στρέψης είναι να αυξηθεί η μονοφασική τοποθέτηση της ροπής στρέψης, ώστε να επιτευχθεί μια σταθερή ροπή στρέψης σε όλες τις θέσεις. Αυτό μπορεί να γίνει εάν το επίπεδο ρεύματος αυξάνεται περίπου 140% του ονομαστικού διφασικού ρεύματος, στις θέσεις μισού βήματος. Αυτό γίνεται αλλάζοντας την τιμή της Rs ή / και της Vref. Τα ρεύματα στις δκρασικές τοποθετήσεις μειώνονται αλλάζοντας την τιμή της V ref. Μερικά κυκλώματα έχουν την ικανότητα να τοποθετούν διαφορετικά επίπεδα ρεύματος εσωτερικά μέσω 10, Π λογικές εισόδους. Αυτές οι είσοδοι τοποθετούν το ρεύμα στο 100%, 60%, 20% και 0% του μέγιστου ρεύματος. Σημειώνουμε ότι το 140% επίπεδο ρεύματος είναι ένα θεωρητικό χαρακτηριστικό. Εάν η εφαρμογή απαιτεί μια πολύ ακριβής ροπή στρέψης και / ή την ομαλότατη δυνατή οδήγηση, τα σχετικά επίπεδα ρεύματος μεταξύ full step και μισού βήματος τοποθετήσεις μπορεί να έχουν προστεθεί, εξαρτώμενα από το είδος του κινητήρα και το βαθμό βήματος που χρησιμοποιήθηκε. ΜΜ

Από τότε που το ρεύμα αυξάνεται κάθε μισό βήμα, η συνολική κατανάλωση ισχύος ομοίως και η ροπή στρέψης κρατιούνται σε ένα σταθερό επίπεδο. Αυξάνοντας το ρεύμα στο 140% είναι φανερό όχι πάντα δυνατόν χωρίς να υπερβούμε το μέγιστο ρεύμα. Ωστόσο, όταν χρησιμοποιούμε το New JRC s οδηγών διπλού καναλιού, αυτό δεν είναι πρόβλημα. Η απόδοση του καθοδηγητικού προγράμματος / οδηγού περιορίζεται από το πακέτο και από την επιτρεπόμενη κατανολωση ισχύος. Όταν και τα δυο κανάλια είναι ανοιχτά, ένα σίγουρο ποσό ισχύος καταναλώνεται, και, εάν ένα από τα κανάλια είναι κλειστό, η κατανάλωση ισχύος μειώνεται κατά 50%. Το άλλο κανάλι επιτρέπεται να καταναλώνει περισσότερη ισχύ και να οδηγεί περισσότερο ρεύμα. Μονά καθοδηγητικά προγράμματα μπορούν να επιλεχθούν για να προσαρμόσουν το απαιτούμενο πιο υψηλό επίπεδο ρεύματος, I. e το 140% επίπεδο ρεύματος, στη μονοφασική θέση από την στιγμή που δεν μπορούν να μοιράσουν την ικανότητα χειρισμού του πακέτου ισχύος. Είναι πολύ σημαντικό να λάβουμε υπόψη την συμπεριφορά του ρεύματος όταν τοποθετείται στη μονοφασική θέση. Ειδικά όταν χρησιμοποιείται αυτή η μέθοδος οδήγησης μισού βήματος. Συχνά γρήγορα η πτώση φορτίου ρεύματος θα καταλήξει σε μια μείωση ταλαντώσεων και συντονισμών. Αλλά η απόδοση που επιτυγχάνεται εξαρτάται πολύ από την εφαρμογή. Η γρήγορη πτώση φορτίου ρεύματος θα tighten up τον έλεγχο του μαγνητικού πεδίου ενάντια της φάσης εισόδου. Όταν λέμε πτώση φορτίου ρεύματος, αναφερόμαστε σε μια αλλαγή ρεύματος που συμβαίνει όταν απενεργοποιήσουμε το ττηνίο εντελώς μετά από μια μετατόπιση φάσης, Γενικότερα, ο χρόνος πτώσης φορτίου ρεύματος εξαρτάται από την τάση στην οποία εκφορτίζονται τα τυλίγματα που αποθηκεύουν μαγνητική ενέργεια. Το παρακάτω σχήμα δείχνει μια παράσταση ρεύματος του κινητήρα. Μια πιο ρεαλιστική αναπαράσταση φαίνεται στο σχήμα 4. Σε υψηλούς βαθμούς βήματος, είναι φανερό ότι το ρεύμα του κινητήρα δε θα φτάσει στο 0 στη μονοφασική θέση εάν η πτώση φορτίου ρεύματος είναι αργή, αντί το ρεύμα του κινητήρα να γίνα πιο ομαλό και να φανεί όσο περισσότερο γίνεται σαν ένα παραμορφωμένο ημιτονικό κύμα. Το αποτέλεσμα είναι μια σημαντική απώλεια ροπής στρέψης σε υψηλούς βαθμούς βήματος. Σε μια ρύθμιση Η γέφυρας η πτώση (ρορτίου ρεύματος μπορεί να ελεγχθεί ανοίγοντας και κλείνοντας τα τρανζίστορ. Αναφερόμενοι στο παρακάτω σχήμα 5, η δίοδος 1 είναι ανίκανη όταν τροφοδοτείται από ρεύμα διαμέσου του τυλίγματος. Τα τρανζίστορ Q1 Q4 είναι αγώγιμα, και τα Q2 και Q3 είναι κλειστά. Κλείνοντας την έξοδο μπορεί να γίνει σε δυο τρόπους με διαφορετικά αποτελέσματα. ί MS