Bipolarer Schrittmotor: Allgemeine Informationen, das Prinzip des Motors

Fast alle Elektrogeräte arbeiten mit Antrieben. Sie können eine andere Struktur und ein anderes Funktionsprinzip sowie Anpassungsfunktionen haben. Es gibt verschiedene Arten solcher Geräte. Einer der beliebtesten und kostengünstigsten ist der bipolare Schrittmotor, dank dem es möglich ist, präzise Positionierungssysteme zu implementieren.

Allgemeine Information

Es gibt zwei Arten von Geräten: unipolarer Schrittmotor und bipolar. Das Gerät ist ein synchroner bürstenloser Elektromotor mit einer oder mehreren Wicklungen. Der Strom, der den Statorwicklungen zugeführt wird, bewirkt eine Fixierung des Rotors, wodurch seine diskreten Winkelbewegungen oder Schritte ausgeführt werden.

Die ersten Modelle solcher Geräte erschienen bereits in den 30er Jahren des 19. Jahrhunderts und waren eine Art Magnet, der das Sperrrad in Bewegung setzt. Beim Einschalten bewegt er sich um den Wert der Zahnstufe.

Zuvor wurde der Mechanismus auf Schiffen der britischen Marine eingesetzt. um Torpedos in die richtige Richtung zu bewegen.

Einige Jahre später übernahm die US-Armee dieses Gerät und begann, es aktiv in ihren Kriegsschiffen und anderen Mechanismen einzusetzen. 1919 erhielt der Schotte Walker ein Patent für einen Motor mit Rotor.

Derzeit sind solche Mechanismen gefragt und werden häufig verwendet. Der Schrittmotor wird verwendet, um die reibungslose Funktion der Schleif- und Fräsmaschinen zu gewährleisten, verschiedene Haushaltsgeräte, Produktionsmechanismen und Transport, sowie Festplatten von persönlichen Computers. Deshalb ist es so gefragt. Das Gerät besteht aus mehreren Teilen:

• eine Steuerung, die dazu ausgelegt ist, den Betrieb eines Schrittantriebs zu regulieren;
• spezielle magnetische Teile;
• Wicklungen;
• ein Panel, das als Steuereinheit fungiert;
• Signalgeräte und Sender, dank denen der Betrieb des Geräts fehlerfrei und unterbrechungsfrei ist.

Bipolare Motoren haben nur eine Wicklung in einer Phase, während unipolare Motoren zwei enthalten. Erstere gelten als schwieriger zu kontrollieren, sorgen aber für einen reibungslosen Betrieb des Gerätes.

Arbeitsprinzip

Ein Schrittmotor arbeitet nach einfachen Prinzipien. Der erste Schritt ist das Anlegen einer Spannung an die Klemmen. Dadurch beginnen sich die Bürsten am Gerät selbst ständig zu bewegen. Der Leerlaufmotor hat die Fähigkeit, eingehende Impulse umzuwandeln.

Diese Impulse haben eine rechtwinklige Richtung und die Transformation geht an eine vorgegebene Position der Antriebswelle, die daran befestigt ist. Dadurch bewegt sich die Welle in einem bestimmten Winkel. Mit einem solchen Getriebe ausgestattete Geräte sind sehr effektiv und zuverlässig, sofern mehrere Elektromagnete vorhanden sind. Sie sollten sich um das zentrale Eisenstück befinden, das eine gezahnte Form hat.

Der externe Steuerkreis liefert ein Signal an den Magneten. Wenn die Welle in die eine oder andere Richtung gedreht werden muss, beginnt der Elektromagnet, an den der Impuls gesendet wurde, die Zähne des Rades schnell anzuziehen. Sie richten sich nach und nach auf dieses Element aus, bewegen sich jedoch im Verhältnis zu anderen magnetischen Teilen der Leuchte.

Nach dem Ausschalten des ersten Elektromagneten schaltet sich der zweite ein und die kontinuierliche Bewegung des Getriebes beginnt. Dadurch wird das Teil mit dem vorherigen Rad ausgerichtet. Dieser Zyklus wird so oft wie nötig wiederholt. Jeder von ihnen wird als konstanter Schritt bezeichnet. Deshalb hat der Motor seinen Namen. Sie können die Geschwindigkeit seiner Arbeit berechnen, indem Sie die Schritte zählen, die erforderlich sind, um einen vollständigen Zyklus zu gewährleisten.

Sie können den Betrieb des Geräts mit einem speziellen Treiber steuern. Dies ist in der Regel beim Aufstellen einer Maschine oder Windkraftanlage erforderlich.

Grundmodi

Das Produkt arbeitet in mehreren Modi, die je nach den Bedürfnissen der Person vorkonfiguriert sind. Die häufigsten sind die folgenden:

• Im Wellenmodus fließt elektrischer Strom durch nur eine Wicklung. Heute wird es nur noch selten verwendet, um die Belastung des Motors und den Stromverbrauch zu reduzieren.
• Vollschritt - Dies wird viel häufiger verwendet und gilt als Standardmodus für diesen Motortyp. Die Spannung an der Wicklung während dieses Vorgangs ist gleich und das Gerät benötigt für einen ordnungsgemäßen Betrieb die maximale Spannung.
• Der Halbschrittmodus ist eine der ursprünglichen Möglichkeiten, den Betrieb des Geräts zu ändern, ohne die Steuereinheit zu beeinträchtigen. Es besteht darin, alle Wicklungspaare gleichzeitig zu erregen, was zu einer Drehung des Rotors um die Hälfte seiner normalen Steigung führt. Mit diesem Verfahren ist es möglich, einen Motor mit doppelter Leistung mit minimalem Energieverbrauch zu erhalten. Es wird weniger verschleißen und länger halten als eines, das ständig im Vollschrittmodus läuft.
• Mikroschritt ist heute der am häufigsten verwendete Schrittmotor. Das Funktionsprinzip besteht darin, dass an die Wicklung kein Impuls angelegt wird, sondern ein Signal, das einer Sinusform ähnelt. Dieser Modus macht den Motor weicher und der Übergang von einem Schritt zum anderen ist unsichtbar. Dadurch werden Ruckeln und Sprünge des Scheinwerfers reduziert, er kann wie ein normaler Gleichstrommotor funktionieren.

Letzterer Modus ist vorteilhaft, da er eher ein Verfahren zum Speisen des Motors als zum Steuern der Wicklungen ist. Daher kann es mit einer Wellen- oder Vollschritt-Betriebsart des Geräts verwendet werden. Wenn wir das Schema des Geräts betrachten, das im Mikroschrittmodus arbeitet, kann es scheinen, dass die Schritte größer werden. Tatsächlich ist dies nicht der Fall, aber der Vorgang wird trotzdem reibungslos und es gibt keine Ruckler.

Verschiedene Geräte

Abhängig von bestimmten Teilen werden verschiedene Arten von Schrittmotoren unterschieden. Jeder von ihnen hat einige Besonderheiten der Funktionsweise.

Der Permanentmagnetmotor gilt als der beliebteste, ist einfach einzurichten und zu bedienen. Das Gerät trägt einen runden Magneten, der einer Scheibe ähnelt und verschiedene Pole hat. Beim Einschalten des Geräts ziehen die Statorwicklungen den Magneten am Rotor an und stoßen ihn ab, wodurch die Torsion des Mechanismus gewährleistet wird.

Bei Verwendung dieses Motortyps wird die Schrittweite gemessen und die Anzeige schwankt zwischen 45-90 Grad. Die Benutzerfreundlichkeit des Geräts macht es gefragt und seine lange Lebensdauer lässt Sie nicht an einen häufigen Austausch denken.

Variables Magnetinstrument

Solche Geräte haben keinen speziellen Magneten am Rotor. Dieses Teil besteht aus magnetischem Weichmetall in Form einer Zahnscheibe, die einem Zahnrad ähnelt. Auf dem Stator befinden sich mehr als vier verschiedene Wicklungen. Sie werden paarweise gegenläufig angetrieben und ziehen den Rotor an.

Es ist zu beachten, dass das Drehmoment etwas reduziert wird, da das Gerät keinen Permanentmagneten hat. Dies wird als Nachteil angesehen, hat aber auch einen Vorteil, da es beim Betrieb des Gerätes kein Anhaltemoment gibt.

Das Stoppmoment besteht in der Drehungdurch Permanentmagnete am Rotor erzeugt. Sie werden vom Stator, nämlich von seinem Anker, angezogen, wenn kein elektrischer Strom in den Wicklungen vorhanden ist. Es ist einfach, diesen Moment zu beheben - Sie müssen versuchen, den Motor im getrennten Zustand von Hand zu drehen. In diesem Fall sind normalerweise bei jedem Schritt Klickgeräusche zu hören. Der Schrittbereich in einem solchen Motor reicht von 5-15 Grad.

Hybridmodelle

Dieser Gerätetyp erhielt seinen Namen aufgrund der Besonderheit der Arbeit, bei der die Prinzipien eines Schrittmotors mit permanenten und variablen Magneten kombiniert werden. Bietet guten Halt und dynamisches Drehmoment. Der Vorteil des Gerätes ist die minimale Schrittweite, die 5 Grad nicht überschreitet. Dies gewährleistet höchste Genauigkeit.

Die mechanischen Teile der Leuchte drehen sich viel schneller als bei anderen Modellen mit ähnlichem Funktionsprinzip. Wird häufig in Fertigungsmaschinen verwendet. Der Hauptnachteil eines solchen Motors sind seine hohen Kosten.

Es ist bekannt, dass ein herkömmlicher Motor mit 8 Wicklungen 50 positive und negative Pole hat, aber ein solcher Magnet kann nicht hergestellt werden. Aus diesem Grund enthält das Gerät des Hybridmotors 2 Magnetscheiben mit je 50 Zähnen sowie einen zylindrischen Permanentmagneten.

Bei der Herstellung des Geräts werden die Scheiben an verschiedene Pole dieses zylindrischen Magneten geschweißt und Es stellt sich heraus, dass einer von ihnen an jedem seiner Zähne einen positiven Pol hat und der andere - Negativ. Von oben betrachtet sieht die Struktur aus wie eine einzelne Scheibe mit 100 Zähnen.

Es gibt 75 Schritte pro Umdrehung eines solchen Motors, von denen jeder eine Anzeige von nicht mehr als 1,5 Grad hat.

Zweiphasenmotoren

Der zweiphasige Schrittmotor ist sehr einfach zu bedienen, er kann auch von einer Person ohne Erfahrung und entsprechende Kenntnisse installiert und eingestellt werden. Das Gerät verfügt über zwei Arten von Spulenwicklungen:

1. Unipolar besteht darin, eine Wicklung sowie einen speziellen Magnetabgriff in der Mitte zu installieren, der jede Phase beeinflusst. Jeder Abschnitt wird eingeschaltet, um die erforderliche Richtung des Magnetfelds bereitzustellen. Der Vorteil dieser Konstruktion ist die Funktionsfähigkeit ohne spezielles Schalten. Für jede Wicklung wird ein Transistor benötigt, so dass die Installation des Geräts einfacher ist. Es gibt drei Drähte pro Phase und sechs Drähte werden für das Ausgangssignal benötigt. Die Wicklungen können auch durch Anschlussdrähte mit Permanentmagneten verbunden werden. Denken Sie daran, dass es nicht einfach ist, die Welle zu drehen, wenn Sie die Klemmen berühren. Dies liegt daran, dass der gemeinsame Draht etwas länger ist als der Teil, der zum Verbinden der Spulen verwendet wird.
2. Bipolare Motortypen haben nur eine Wicklung. Elektrischer Strom dringt durch eine spezielle Unterbrechungsmethode durch einen von einem Magneten bereitgestellten Pol ein. Jede Phase hat zwei verschiedene Drähte. Das Gerät ist etwas komplizierter als bei unipolaren Modellen, dafür ist die Effizienz höher.

Es gibt auch Drehstrommotoren, die einen engen Einsatzbereich haben: Diskettenlaufwerke, diverse Fräsmaschinen, Drucker und einige Autos, bei denen ein ungewöhnlicher Dämpfer zum Einsatz kommt.

Andere Arten von Geräten

Das Hauptmerkmal von reaktiven Geräten ist ein kleiner Schritt, der nicht mehr als 1 Grad erreicht, sowie die Position der Zähne an den Statorpolen. Der Nachteil eines solchen Motors ist das Fehlen eines Synchronmomentes bei Stromausfall der Wicklungen.

Um ein solches Gerät herzustellen, benötigen Sie einen speziellen Schalter, daher sind die Kosten hoch. Auch eine Eigenkreation ist aufgrund der Komplexität des Designs ausgeschlossen.

Synchrone Linearschrittmotoren werden verwendet, wenn es notwendig ist, den Produktionsprozess zu automatisieren. Dazu sollten Sie die Bewegung von Objekten in der Ebene sicherstellen. Dazu wird ein spezieller Wandler verwendet, der die Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umwandelt. Dies kann durch den Einsatz von Kinematiken erreicht werden.

Dazu wird ein Linearmotor verwendet, der Impulse entlang einer Linie in Bewegung umsetzt. Neben der Automatisierung des Prozesses vereinfacht das Gerät das kinematische Diagramm der Drähte. Bei einem solchen Gerät besteht der Stator aus einem weichmagnetischen Metall und es gibt auch einen Permanentmagneten. Ein stabiler Betrieb des Motors wird unter der Bedingung einer konstanten Impulsversorgung der Wicklungen durchgeführt.

Schrittmotoren sind vielseitige Geräte, die den reibungslosen Betrieb einer Vielzahl von Elektrogeräten und Produktionsanlagen gewährleisten.