Há um grande número de aplicações de motores de passo no campo industrial, como controle de automação, juntas de robôs, controle de impressoras, etc. Os mais utilizados são os motores de passo híbridos. Um dos mais utilizados é o motor de passo híbrido, que também é a forma da maioria dos motores de passo com os quais temos contato diariamente. Conceitualmente, motores de passo e motores de relutância variável existem certas ligações e diferenças. Este artigo irá inicialmente falar sobre a estrutura e princípio de funcionamento do motor de relutância / motor de passo e comparar as diferenças entre os diferentes motores.
1. Motor de relutância variável
Motor de relutância variável (Máquina de relutância variável) também é conhecido como motor de relutância chaveada, talvez o mais simples de toda a estrutura motora do motor, pelo estator equipado com enrolamentos de excitação e rotor ferromagnético com estrutura de pólo convexo. O rotor não possui enrolamentos de bobina nem ímãs permanentes e depende da variação da relutância do rotor em diferentes posições para gerar uma força eletromagnética (dΨ/dθ).
Sabemos que o fluxo magnético tende sempre a cruzar o caminho com a menor relutância. Conforme mostrado na Fig. 1.1, S1 S2 controla a ativação e desativação da corrente e VD1 VD2 é o diodo de continuidade de corrente. A posição mostrada na posição AA' e aa' da relutância máxima, relutância mínima de CC, se a fase D for energizada neste momento, o rotor girará no sentido anti-horário; se a fase B estiver energizada neste momento, o rotor girará no sentido horário; se a fase A for energizada neste momento, o rotor permanecerá inalterado. Deve-se notar que os motores de relutância comutada não podem realizar a mudança na direção de rotação do motor através da mudança na direção da corrente, mas através da mudança na sequência de energização para realizar a rotação direta e reversa do motor.
Sequência de energização de rotação no sentido horário: B-A-D-C
Sequência de energização de rotação anti-horária: D-A-B-C
Como a resistência magnética do motor muda drasticamente durante a rotação, a pulsação de torque do motor de relutância se tornará alta. Para garantir que o motor funcione de maneira suave e eficiente, controlar o motor de relutância requer o conhecimento da posição do rotor, do estado da carga e do estado da velocidade, entre outras informações. E o modelo do motor de relutância não possui a boa linearidade do motor síncrono/motor assíncrono de ímã permanente, por isso necessita de muitos modelos e algoritmos de previsão para melhorar a precisão do controle, o que sem dúvida aumenta a dificuldade do controle do motor de relutância.
Figura 1.1 Estrutura básica do motor de relutância variável
2. De motores de relutância variável a motores de passo
Os motores de relutância variável podem subdividir o ângulo de movimento aumentando o número de pólos do estator e do rotor ou o número de fases energizadas do estator devido ao seu método especial de controle (condução alternada pulsada). Há uma variedade dessas estruturas subdivididas com diferentes características de torque angular, portanto elas não serão discutidas. Neste artigo, exploraremos vários mecanismos comuns de motores de relutância variável, de diferentes dimensões, para ver como os motores de passo se destacam na miríade de estruturas de motores de relutância variável.
2.1 Motor de relutância variável tipo castelo
Como mencionado anteriormente, aumentar o número de pólos salientes pode subdividir o ângulo de movimento, mas os pólos mais salientes ocuparão muito espaço na bobina, a eficiência do enrolamento do motor é reduzida e os pólos salientes não podem ser aumentados indefinidamente. No caso do mesmo número de fases de acionamento, gravando um pequeno dente no pólo saliente, também pode ser subdividido pelo ângulo de distância da máquina. Conforme mostrado na Figura 2.1, um motor trifásico de relutância variável-do tipo castelo-com um estator de 6 pólos, 4 dentes por pólo e um rotor de 28 pólos. Energizar a bobina 1, a bobina 2 e a bobina 3 sequencialmente pode fazer com que o rotor gire com uma distância de passo de 2/3 em cada etapa. os valores precisam ser projetados de acordo com as relações de engrenagem do projeto do motor e não são discutidos aqui.
Este tipo de motor é geralmente utilizado em baixa velocidade, alto torque e resolução angular de precisão, esta estrutura já pode ser chamada de "motor de passo", pois o controle deste motor também pode ser desvinculado da detecção de posição, através do acionamento de sequência de pulso pode realizar um controle relativamente suave.
Figura 2.1 Motor trifásico de relutância variável tipo-castelo-
2.2 Motores de relutância variável de múltiplos-estágios
Motores de relutância variável que consistem em um único rotor com um enrolamento-multifásico também são conhecidos como "motores de relutância variável de-segmento único". Outro tipo de motor de relutância variável é um rotor e estator dividido em vários segmentos, que podem ser subdivididos sem aumentar o número de fases do estator, e são mais amigáveis à estrutura do enrolamento do estator. É possível configurar um segmento monofásico, o que praticamente elimina a extremidade entrelaçada do motor multifásico. Para motores de n-segmentos, o rotor ou estator de cada segmento é escalonado em 1/n do ângulo do passo do pólo, e o passo do pólo pode ser subdividido por n vezes.
2.3 Motores de passo híbridos
Em um motor simples de relutância variável, o sentido de rotação depende do tempo da corrente de pulso e da estrutura de relutância do motor e não é afetado pelo sentido da corrente. Na ausência de corrente, o rotor não pode ser fixado em uma posição específica devido à falta de torque de relutância, o que aumenta ainda mais a dificuldade de controle. Adicionar ímãs permanentes à estrutura original do motor de relutância comutada para formar um ímã permanente ou motor híbrido de relutância variável pode melhorar significativamente o torque e a precisão posicional dos motores de passo, que é a estrutura de motor de passo mais comum atualmente.
Conforme mostrado na Figura 2.2, a estrutura do motor de passo híbrido é muito semelhante ao motor de relutância variável multi-segmento, inserido entre os dois segmentos dos ímãs permanentes do rotor, pode ser visto na extremidade proximal do pólo N-extremidade distal do pólo S-. O estator pode ser projetado como uma estrutura de motor de segmento-único e apenas o acionamento-bifásico é necessário, simplificando bastante a estrutura e o custo do motor. O número de pares de pólos do rotor no motor mostrado na figura é 3, então o ângulo mecânico correspondente a um ciclo elétrico é 360/(2*3)=60.
Para facilitar a compreensão, θ é o ângulo mecânico e a sequência de condução específica:
θ=0~10, fase 1 e fase 2 passam corrente positiva de igual amplitude ao mesmo tempo
θ=10~20, fase 2 passa apenas corrente positiva
θ=20~30, fase 1 passa apenas corrente negativa
θ=30~40, fase 1 e fase 2 passam corrente negativa de igual amplitude ao mesmo tempo
θ=40~50, fase 2 passa apenas corrente negativa
θ=50~60, fase 1 passa apenas corrente positiva
Condução cíclica... ...
Figura 2.2 Estrutura do motor de passo híbrido
3. controle do motor de passo
Conforme mostrado na Figura 3.1, a estrutura do circuito de acionamento do motor de passo geralmente pode ser dividida em motores bipolares e motores unipolares: motores unipolares através da condução alternada do enrolamento para conseguir uma mudança na direção do fluxo, motores bipolares através do controle da ponte H- para conseguir uma mudança na direção da corrente para conseguir uma mudança na direção do fluxo.
O motor unipolar precisa apenas de 4 MOS de potência, controle unipolar da corrente (da perspectiva do tubo MOS), mas o enrolamento do motor precisa de mais um toque; o motor bipolar é de estrutura mais simples, dois enrolamentos são altamente utilizados, mas precisa ser aumentado para 8 MOS de potência para acionamento, e o custo do controlador aumentará.
Figura 3.1 Acionamentos de motores de passo unipolares e bipolares
Além da subdivisão na estrutura do motor, os motores de passo também podem controlar a precisão da subdivisão do motor de passo, controlando a forma de onda da corrente. O princípio da subdivisão é inserir a corrente senoidal simulada entre os menores ângulos de passo para subdividir os ângulos de passo, o que também é chamado de subdivisão de corrente.
Figura 3.2 Divisão da corrente de acionamento do motor de passo
3.1 Corrente de Malha Fechada
A configuração de corrente do motor de passo precisa ser determinada de acordo com a demanda da carga. Quanto maior a carga, maior deve ser a corrente de acionamento, mas o controle de malha-aberta do motor de passo não consegue detectar o tamanho da carga, o que muitas vezes resulta na ineficiência da unidade de malha-aberta. A subdivisão da corrente requer controle preciso da corrente, necessidade de formar um circuito fechado da corrente controlada, ou seja, a saída de corrente para as características de corrente constante; por outro lado, devido à mudança não linear da magnetorresistência no motor de passo, surge a necessidade de sempre monitorar o tamanho da corrente de saída para evitar que o núcleo sature a corrente causada pela perda de controle. Figura 3.3 abaixo, para o esquema da forma de onda de controle de corrente do chip do driver do motor de passo TB67S109AFNG. Fchop para o ciclo de chaveamento interno, através da divisão de frequência do clock interno (OSC interno).
As etapas específicas de controle de corrente constante são as seguintes:
A ponte H-conduz, a corrente sobe rapidamente para NF e a inclinação do aumento da corrente é VDC/Ls
Alcance o ponto de corrente definido NF, desligue a ponte H-, a corrente é renovada pelo diodo de renovação e a inclinação da queda é -VDC/Ls (mudança rápida)
Quando a corrente atingir o valor da linha inferior do ponto de ajuste, controle a ponte H- para causar curto-circuito na bobina do indutor (geralmente a ponte inferior) e mantenha a corrente constante (mudança lenta)
Quando a corrente do ponto de ajuste muda, a ponte H-através da mesma estratégia de controle para controlar a corrente no último ponto de ajuste de corrente para permanecer constante
Conforme mostrado na Figura 3.4, é a forma de onda medida do motor de passo, se a subdivisão da precisão do inferior puder ser vista passo óbvio-como a forma de onda atual,. Se o grau de subdivisão for muito alto, então a corrente está mais próxima de uma corrente senoidal, conforme mostrado na Figura 3.5.
Figura 3.3 Controle de corrente TB67S109AFNG
Figura 3.4 Corrente medida do motor de passo (não subdividida)
Figura 3.5 Corrente medida do motor de passo (subdivisão)3.2 Controle de loop-aberto e de loop{2}}fechado
Com o controle-de malha aberta, como não há feedback das informações de posição do rotor, é essencialmente desconhecido se o sistema está sendo seguido pelo controle ou não. Se houver alguma anormalidade na carga, é fácil fazer com que o motor de passo perca passos. Em algumas aplicações de alta-precisão e alto{4}}desempenho, através do codificador ou outros sensores de posição de volta às informações de posição, de modo que o sistema de acionamento de passo pode ser se a perda de passo ocorreu ou não, se a perda de passo compensará a perda de pulso no controle do controle também é relativamente fácil de realizar.
Resumo
Este artigo descreve brevemente a estrutura básica dos motores de relutância variável e sua evolução para motores de passo, e compara a estrutura e a lógica de controle de vários motores de passo comuns. O princípio de controle do motor de passo e os detalhes de controle da subdivisão de corrente são introduzidos para fornecer uma compreensão mais abrangente dos motores de passo.