Det finnes et stort antall trinnmotorapplikasjoner innen industriområdet, som automasjonsstyring, robotledd, skriverstyring osv. De mest brukte er hybride trinnmotorer. En av de mest brukte er den hybride trinnmotoren, som også er formen til de fleste trinnmotorene vi kommer i kontakt med til daglig. Konseptuelt, trinnmotorer og motorer med variabel reluktans er det visse koblinger og forskjeller, denne artikkelen vil først snakke om strukturen og arbeidsprinsippet til reluktansmotoren / trinnmotoren, og sammenligne forskjellene mellom de forskjellige motorene.
1. Variabel reluktansmotor
Variabel reluktansmotor (Variable-Reluktansmaskin) er også kjent som svitsjingsreluktansmotor, kanskje den enkleste av alle motorstrukturene til motoren, av statoren utstyrt med eksitasjonsviklinger og ferromagnetisk rotor med en konveks polstruktur. Rotoren har ingen spoleviklinger og ingen permanente magneter, og er avhengig av variasjonen av rotorens motvilje ved forskjellige posisjoner for å generere en elektromagnetisk kraft (dΨ/dθ).
Vi vet at den magnetiske fluksen alltid har en tendens til å krysse banen med lavest motvilje. Som vist i fig . 1.1, kontrollerer S1 S2 strømmen av og på, og VD1 VD2 er strømkontinuitetsdioden. Posisjonen vist i posisjonen AA' og aa' for maksimal reluktans, CCs minimum reluktans, hvis D-fasen er energisert på dette tidspunktet, vil rotoren rotere mot klokken; hvis B-fasen aktiveres på dette tidspunktet, vil rotoren rotere med klokken; hvis A-fasen aktiveres på dette tidspunktet, vil rotoren forbli uendret. Det skal bemerkes at svitsjede reluktansmotorer ikke kan realisere endringen av motorrotasjonsretningen gjennom endringen av strømretningen, men gjennom endringen av energigivende sekvens for å realisere forover- og bakoverrotasjonen av motoren.
Aktiveringssekvens for rotasjon med klokken: B-A-D-C
Aktiveringssekvens for rotasjon mot klokken: D-A-B-C
Siden motorens magnetiske motstand endres drastisk under rotasjon, vil dreiemomentpulseringen til reluktansmotoren bli høy. For å sikre at motoren kan gå jevnt og effektivt, krever kontroll av reluktansmotoren å kjenne til rotorens posisjon, lastens tilstand og hastigheten, blant annet. Og modellen til reluktansmotoren har ikke den gode lineariteten til permanentmagnetsynkronmotoren/asynkronmotoren, så den trenger mange prediksjonsmodeller og algoritmer for å forbedre kontrollnøyaktigheten, noe som utvilsomt øker vanskeligheten med reluktansmotorkontrollen.
Figur 1.1 Grunnleggende struktur av variabel reluktansmotor
2. Fra motorer med variabel reluktans til trinnmotorer
Motorer med variabel reluktans kan dele inn bevegelsesvinkelen ved å øke antall stator- og rotorpoler eller antall energiserte faser til statoren på grunn av deres spesielle kontrollmetode (pulserende vekslende ledning). Det finnes en rekke slike underinndelte strukturer med forskjellige vinkeldreiemomentegenskaper, så de vil ikke bli diskutert. I denne artikkelen vil vi utforske flere vanlige motoriske mekanismer med variabel reluktans, fra forskjellige dimensjoner for å se hvordan trinnmotorer skiller seg ut fra mylderet av motoriske strukturer med variabel reluktans.
2.1 Castle type variabel reluktansmotor
Som nevnt tidligere, kan øke antall utstikkende stolper dele opp bevegelsesvinkelen, men de mer utstående stolpene vil ta opp mye spoleplass, motorviklingseffektiviteten reduseres, og de utstikkende polene kan ikke økes i det uendelige. Ved samme antall drivfaser kan ved å gravere en liten tann på den utstikkende stangen også deles inn etter maskinens avstandsvinkel. Som vist i figur 2.1, en tre-fase castle-motor med variabel reluktans med en 6-polet stator, 4 tenner per pol og en 28-polet rotor. Aktivering av spole 1, spole 2 og spole 3 sekvensielt kan drive rotoren til å rotere med en trinnavstand på 2/3 ved hvert trinn. verdier må utformes i henhold til tannhjulsforholdene til motordesignet og er ikke diskutert her.
Denne typen motor brukes vanligvis i lav hastighet, høyt dreiemoment og presisjon vinkeloppløsning, denne strukturen kan allerede kalles "trinnmotor", fordi kontrollen av denne motoren så vel som kan løsnes fra posisjonsdeteksjonen, gjennom pulssekvensstasjonen kan realisere en relativt jevn kontroll.
Figur 2.1 Variabel reluktansmotor med tre-slott-type
2.2 Fler-motorer med variabel reluktans
Variable reluktansmotorer som består av en enkelt rotor med en flerfasevikling er også kjent som "enkelt-segment variabel reluktansmotorer". En annen type motor med variabel reluktans er en rotor og stator delt inn i mange segmenter, som kan deles opp uten å øke antall statorfaser, og er mer vennlige for statorens viklingsstruktur. Det er mulig å sette opp et segment med én fase, noe som praktisk talt eliminerer den sammenviklede enden av flerfasemotoren. For n-segmentmotorer er rotoren eller statoren til hvert segment forskjøvet med 1/n av vinkelen til polstigningen, og polstigningen kan deles ytterligere med n ganger.
2.3 Hybride trinnmotorer
I en enkel motor med variabel reluktans avhenger rotasjonsretningen av tidspunktet for pulsstrømmen og reluktansstrukturen til motoren, og påvirkes ikke av strømmens retning. I fravær av strøm kan ikke rotoren festes i en bestemt posisjon på grunn av mangelen på reluktansmoment, noe som ytterligere øker vanskeligheten med kontroll. Å legge permanente magneter til den originale svitsjede reluktansmotorstrukturen for å danne en permanentmagnet eller hybrid variabel reluktansmotor kan forbedre dreiemomentet og posisjonsnøyaktigheten til trinnmotorer, som er den vanligste trinnmotorstrukturen i dag.
Som vist i figur 2.2, er hybrid-trinnmotorstrukturen veldig lik multi-segment variabel reluktansmotor, satt inn mellom de to segmentene av rotor permanentmagneter, kan sees i den proksimale enden av N-polens distale ende av S-polen. Statoren kan utformes som en enkelt-motorstruktur, og bare to-drift kreves, noe som forenkler motorstrukturen og kostnadene betydelig. Antall rotorpolpar i motoren vist på figuren er 3, så den mekaniske vinkelen som tilsvarer én elektrisk syklus er 360/(2*3)=60.
For å lette forståelsen er θ den mekaniske vinkelen og den spesifikke kjøresekvensen:
θ=0~10, fase 1 og fase 2 passerer positiv strøm med lik amplitude på samme tid
θ=10~20, fase 2 sender positiv strøm alene
θ=20~30, fase 1 sender negativ strøm alene
θ=30~40, fase 1 og fase 2 sender negativ strøm med lik amplitude samtidig
θ=40~50, fase 2 sender negativ strøm alene
θ=50~60, fase 1 sender positiv strøm alene
Syklisk ledning... ...
Figur 2.2 Hybrid trinnmotorstruktur
3. trinnmotorkontroll
Som vist i figur 3.1, kan trinnmotorens drivkretsstruktur generelt deles inn i bipolare motorer og unipolare motorer: unipolare motorer gjennom den vekslende ledningen av viklingen for å oppnå en endring i retningen til fluksen, bipolare motorer gjennom kontrollen av H-broen for å oppnå en endring i retningen av strømmen for å oppnå en endring i fluksen.
Unipolar motor trenger bare 4 strøm MOS, unipolar kontroll av strømmen (fra perspektivet til MOS-røret), men motorviklingen trenger ett trykk til; bipolar motor er enklere i struktur, to viklinger er svært utnyttet, men den må økes til 8 power MOS for kjøring, og kostnadene for kontrolleren vil stige.
Figur 3.1 Unipolare og bipolare trinnmotordrifter
I tillegg til underinndeling i motorstrukturen, kan trinnmotorer også kontrollere underinndelingsnøyaktigheten til trinnmotoren ved å kontrollere bølgeformen til strømmen. Prinsippet for underinndeling er å legge inn den simulerte sinusformete strømmen mellom de minste trinnvinklene for å dele trinnvinklene, som også kalles strøminndeling.
Figur 3.2 Fordeling av trinnmotorens drivstrøm
3.1 Lukket sløyfestrøm
Gjeldende innstilling av trinnmotoren må bestemmes i henhold til kravet til belastningen, jo større belastningen er, jo større må kjørestrømmen være, men den åpne-sløyfekontrollen til trinnmotoren kan ikke registrere størrelsen på belastningen, noe som ofte resulterer i ineffektiviteten til den åpne-sløyfestasjonen. Strøminndeling krever presis kontroll av strømmen, behovet for å danne en lukket sløyfe av den kontrollerte strømmen, det vil si strømutgangen for de konstante strømkarakteristikkene; på den annen side, på grunn av den ikke-lineære endringen av magnetoresistensen i trinnmotoren, behovet for alltid å overvåke størrelsen på utgangsstrømmen for å forhindre at kjernen metter strømmen forårsaket av tap av kontroll. Figur 3.3 nedenfor, for trinnmotordriverbrikken TB67S109AFNG strømstyringsbølgeformskjema. Fchop for den interne byttesyklusen, gjennom den interne klokken (Internal OSC) frekvensdivisjon.
De spesifikke konstantstrømkontrolltrinnene er som følger:
H-broen leder, strømmen stiger raskt til NF, og hellingen på strømstigningen er VDC/Ls
Nå det innstilte strømpunktet NF, slå av H-broen, strømmen fornyes av fornyelsesdioden, og fallets helning er -VDC/Ls (rask endring)
Når strømmen når den nedre linjeverdien for settpunktet, kontrollerer du H-broen for å kortslutte induktorspolen (vanligvis den nedre broen), og holde strømmen konstant (langsom endring)
Når strømmen til settpunktet endres, går H-broen gjennom den samme kontrollstrategien for å kontrollere strømmen i det siste gjeldende settpunktet for å forbli konstant
Som vist i figur 3.4, er den målte bølgeformen til trinnmotoren, hvis underinndelingen av nøyaktigheten til den nedre kan sees åpenbart trinn-som gjeldende bølgeform ,. Hvis graden av inndeling er svært høy, er strømmen nærmere en sinusformet strøm, som vist i figur 3.5.
Figur 3.3 TB67S109AFNG strømstyring
Figur 3.4 Målt strøm av trinnmotor (ikke underdelt)
Figur 3.5 Trinnmotor målt strøm (underinndeling)3.2 Åpen-sløyfe og lukket-sløyfekontroll
Med åpen-sløyfekontroll, siden det ikke er tilbakemelding om rotorposisjonsinformasjon, er det i hovedsak ukjent om systemet blir fulgt av kontrollen eller ikke. Hvis det er noe unormal belastning, er det lett å få trinnmotoren til å miste trinn. I noen applikasjoner med høy-presisjon, høy-ytelse, gjennom koderen eller andre posisjonssensorer tilbake til posisjonsinformasjonen, slik at stepper-drivsystemet kan være om tapet av trinn har skjedd eller ikke, hvis tapet av trinn vil kompensere for tapet av puls i kontrollen av kontrollen er også relativt enkelt å realisere.
Sammendrag
Denne artikkelen beskriver kort den grunnleggende strukturen til motorer med variabel reluktans og deres utvikling til trinnmotorer, og sammenligner strukturen og kontrolllogikken til flere vanlige trinnmotorer. Trinnmotorstyringsprinsippet og kontrolldetaljene for gjeldende underavdeling er introdusert for å gi en mer omfattende forståelse av trinnmotorer.