MPP Constructie Functionare

5/24/2018 MPP Constructie Functionare

1/21

CAP. 1.1 MOTORUL PAS CU PAS. CARACTERISTICI GENERALE.

O definiie simpl a motorului pas cu pas este: un dispozitiv electromecanic care

convertete impulsurile electrice n micri mecanice discrete. [3,17,22]

Axul motorului pas cu pas execut o micare de rotaie n pai incrementali discrei

cnd este aplicat n secvena corect o comand electric n pulsuri. Rotaia motorului este

strns legatde caracteristicile acestor impulsuri electrice. Astfel direcia de rotaie a motorului

este direct legatde secvena n care sunt aplicate pulsurile electrice, de asemenea i viteza de

rotaie este direct dependentde frecvena impulsurilor electrice iar deplasarea unghiulareste

direct dependentde numrul de pulsuri electrice aplicate.[3,17]

n comparaie cu alte tipuri de motoare (motoarele de curent continuu sau motoarele de

curent alternativ asincrone i sincrone) motorul pas cu pas are o serie de avantaje:

Rotaia unghiulara motorului este proporionalcu pulsul electric aplicat; Motorul are moment maxim n poziia oprit dacbobinele sunt alimentate; Poziionare precis, cu o eroare de 3-5% la un pas, care nu se cumuleazde la

un pas la altul;

Rspunsuri excelente la pornit/oprit/schimbarea direciei de rotaie; Fiabilitate excelentdeoarece nu existperii de contact la motor, deci durata de

funcionare depinde de rulment;

Posibilitatea de a obine viteze foarte mici cu sarcina legat direct pe axulmotorului;

O gamfoarte largde viteze de rotaie;dar existi unele dezavantaje:

Rezonana poate aprea n cazul unui control deficitar; Controlul greoi la viteze foarte mari.[1,16,24,25]

Fiecare revoluie a axului motorului este alctuitdintr-o serie de pai discrei. Un pas

este definit ca fiind rotaia unghiulara axului motorului la aplicarea unui impuls de comand.

Fiecare impuls face ca axul sse roteasccu un anumit numr de grade caracteristic fiecrui tip

de motor. Un pas unghiular reprezintrotaia axului motorului la fiecare pas, i se msoarngrade. n funcie de acest pas unghiular se poate face o clasificare a motoarelor pas cu pas. n

figura 1.1 este prezentatdependena poziiei unghiulare a axului (figura 1.1 (b)) de secvena de

alimentare a bobinelor (figura 1.1 (a)). [5,17,25]


2/21

Exist trei tipuri de motoare pas cu pas din punct de vedere al configura ie electrice.

Acestea sunt:

Cu reluctanvariabil

cu magnet permanent Hibride.

Aceste tipuri vor fi descrise pe larg n subcapitolul 1.2.

Pe lng aceste tipuri clasice de motoare pas cu pas exist un tip de motor cu un

design special. Acesta este motorul cu rotorul format dintr-un disc din magnet permanent (figura

1.2). [16,18]

Acest tip de motor oferavantajul unei inerii foarte mici, precum i un flux magnetic

optim deoarece nu existnici o legturntre cele doubobine ale statorului.

O alt caracteristic important a motoarelor, dup care ele sunt i clasificate este

mrimea lor. Clasificarea dup mrime se face n funcie de diametrul corpului motorului, n

timp ce lungimea motorului poate varia n interiorul aceleiai clase de mrime.

timpPoziiaaxuluimotoroului(gr

ade) Fig. 1.1

Fig. 1.2

Circuit magnetic - dinoel laminat de calitate

Nu existcuplajmagnetic ntre faze

Rotor oineriefoarte mic

Rotor

Stator


3/21

Nivelul de putere al motoarelor pas cu pas variaz, de la motoarele foarte mici cu un

consum de ordinul mW, la motoarele mai mari cu un consum de ordinul zecilor de vai.

Modul de funcionare al motorului pas cu pas este simplu. n momentul cnd o bobin

este alimentatapare un flux magnetic n stator. Direcia fluxului poate fi determinatfolosind

regula minii drepte. Prin energizarea n secvena corecta bobinelor statorului, motorul va

efectua rotaia dorit, dar mai mult despre modul de funcionare a motorului pas cu pas n

subcapitolul 1.3.

De obicei motoarele pas cu pas au dou faze, dar exist i motoare cu trei sau cinci

faze. Un motor bipolar cu doufaze are o bobin/faziar un motor unipolar are o bobincu priz

central/faz. De multe ori motorul unipolar este catalogat ca fiind un motor cu patru faze dei el

are numai dou faze. Exist i motoare care au dou bobine separate/faz acestea pot fi

conduse fie ca un motor bipolar sau ca un motor unipolar.

Pentru a putea nelege mai bine structura unui motor pas cu pas trebuie menionat

faptul c un pol este considerat acea regiune din corpul magnetizat n care densitatea de flux

magnetic este concentrat. Att statorul ct i rotorul unui motor pas cu pas au poli. Cel mai

simplu motor poate avea doi poli (o pereche de poli) pentru fiecare din cele doufaze pe stator i

2 poli (o pereche) pe rotor. n realitate sunt prezente mai multe perechi de poli att pe stator ct

i pe rotor, acest lucru ducnd la creterea numrului de pai la o rotaie completa motorului.

Motorul pas cu pas cu magnet permanent are un numr egal de poli pe rotor i stator. Cele mai

ntlnite tipuri de motoare pas cu pas cu magnet permanent au 12 perechi de poli. Statorul are 12

poli/faz. Motorul pas cu pas hibrid are rotorul prevzut cu dini, acesta fiind mprit n dou

pri de un magnet permanent rezultcjumtate din dini sunt poli sud iar cealaltjumtate

poli nord. De asemenea i statorul este prevzut cu dini.

Rezoluia unghiular sau pasul unghiular al unui motor pas cu pas este dat de rela ia

dintre numrul de poli pe rotor i numrul de poli pe stator, i numrul de faze.[18]

Pas unghiular = 360 / (NPhx Ph) = 360/N [1.1],undeNPh numrul de poli echivaleni /faz= numrul de poli pe rotor,Ph numrul de faze,N numrul total de poli pentru toate fazele.

n cazul n care numrul de poli de pe rotor i stator nu este egal, aceastrelaie nu maieste valabil.

n funcie de modul de alimentare a fazelor exist mai multe tipuri de conducere amotoarelor pas cu pas. Cele mai comune moduri sunt:

pas ntreg; jumtate de pas; micropire.


4/21

Motivele pentru care motorul pas cu pas a ajuns s fie folosit ntr-o gam mare deaplicaii este acurateea i repetabilitatea. n mod normal eroarea este cuprins ntre 3-5%/pas.Acurateea unui motor pas cu pas depinde n mare parte de prile sale mecanice i nu de prileelectrice. Existmai multe tipuri de erori prin care se exprimdiferena dintre poziia realipoziia teoretica motorului (figura 1.3). Astfel:

Eroarea de poziionare la sfritul unui pas. Este eroarea pozitivsau negativde poziie care apare cnd motorul a efectuat un pas, adics-a rotit cu un pas

unghiular de la poziia anterioar. Eroarea de poziie. Dac motorul a efectuat N pai fa de poziia iniial

(N=360o/pas unghiular) iar unghiul fa de poziia iniial este msurat dupfiecare pas, astfel dup N pai o s avem un unghi N , avem urmtoarea

relaia: NpasunuitorcorespunzaunghiNN = )___( [1.2]

Histerezis de poziie. Este valoarea obinutprin msurarea erorii de poziie nambele direcii.[16]

Dupcum am menionat mai sus, foarte important ntr-un motor pas cu pas este parteamecanic. Astfel pentru a putea exprima performana unui motor pas cu pas trebuie s se incont i de parametri mecanici: sarcin, frecare i inerie.[16]

Performana unui motor pas cu pas depinde foarte mult de parametrii mecanici aisarcinii. Sarcina este definitca acel lucru pe care motorul trebuie s-l acioneze. Sarcina (sau

ncrcarea) motorului apare de obicei datoritfrecrii sau ineriei precum i o combinaie a celordou.

Frecarea este rezistena opus micrii datorat asperitii suprafeelor care se atinguna de alta. Frecarea este proporional cu viteza. Pentru a efectua un pas este nevoie de un

moment cel puin egal cu frecarea. Odat cu creterea sarcinii, crete i frecarea, deci vitezascade, deci acceleraia crete i totodatcrete eroarea de poziie. Astfel trebuie sse incont nalegerea motorului pas cu pas de sarcina pe care trebuie s o acioneze i de condiiiletehnologice care trebuie ndeplinite (vitez, acceleraie, poziionare cu eroare ct mai micetc.)

Ineria poate fi definitca fiind opoziia la schimbrile de vitez. O sarcincu ineriemare are nevoie de un moment inerial mare la pornire dar i la oprire. O sarcininerialmareva crete stabilitatea vitezei, dar va crete i timpul necesar ajungerii la viteza doriti va scdearata de porniri/opriri pe unitatea de timp.

Deviaiaunghiular

Acurateeapoziiei

Poziiateoretic

Eroare dehisterezis

Fig. 1.3


5/21

Rotorul va oscila odatcu creterea/scderea sarcinii ineriale i/sau frecrii. Aceastrelaie nedorit ntre oscilaia rotorului, inerie i frecare poate fi redus prin amortizaremecanicdar mai simplu este eliminarea (sau mai bine zis amortizarea, cci aceste oscilaii nupot fi eliminate complet) acestor oscilaii nedorite pe cale electricprin schimbarea din modul depire ntreg n modul de pire jumtate de pas.

O caracteristic important a unui motor pas cu pas este rspunsul unghiular laefectuarea unui pas.

Cnd este aplicat un impuls electric motorului pas cu pas, rotorul are o mi careunghiularcum se vede n figura 1.4. Timpul t este timpul necesar rotorului sse roteasccu unpas odat ce un impuls electric a fost aplicat. Acest timp este dependent de raportul dintremoment i sarcin. Din moment ce cuplul este o funcie de deplasare rezultc acceleraia va fii ea dependent de deplasare. De aceea, cnd un motor efectueaz pai mari (adic pire

ntreag, nu jumtate de pas sau micropire) o daccu un moment mare apare i o acceleraiemare. Acest lucru poate cauza rspunsul din fig.1.4. Timpul T este timpul necesar acestoroscilaii pentru a se amortiza. n unele aplicaii care necesito mare precizie i un rspuns ctmai rapid aceste oscilaii nu sunt dorite. Este posibil sse reduci chiar sfie eliminate prin

micropire.[16]Fenomenul de rezonanpoate aprea la anumite viteze de pire. El se manifestprinpierderi de cuplu care au ca urmare faptul cmotorul poate sri (sunt pierdui) pai i automatapare o desincronizare. Acest fenomen apare cnd impulsurile de intrare au aceeai frecvencufrecvena naturalde oscilaie a motorului (frecvena de rezonan). Acest fenomen de rezonanapare datoritconstruciei de baza motoarelor pas cu pas i nu poate fi eliminat complet, doarredus prin micropire i, de asemenea, este dependent de sarcina pe care o acioneaz.[16]

S-a ncercat o prezentare generala motorului pas cu pas din punct de vedere electric,dar i din punct de vedere al relaiei dintre partea mecanic, rspunsul acesteia la aplicarea unuiimpuls electric i partea electricce genereazcomanda.

1.2. TIPURI DE MOTOARE PAS CU PAS

unghi

timp

Fig.1.4


6/21

Dac ar fi s facem o clasificare a motoarelor pas cu pas cea mai edificatoare ar fi

clasificarea lor n :

Motoare pas cu pas cu reluctanvariabil; Motoare pas cu pas cu magnet permanent; Motoare pas cu pas hibride.

1.2.1. Motoare pas cu pas cu reluctanvariabil

Acest tip de motor este cunoscut de foarte mult timp [15]. n fig.1.5 este prezentato

seciune printr-un motor pas cu pas cu reluctanvariabil tipic. Motorul este alctuit dintr-un

rotor i un stator, fiecare cu numr diferit de dini. Poate fi difereniat uor de un motor cu

magnet permanent deoarece se nvrte uor, frnici o reinere, n momentul rotirii rotorului

cu mna.[1,5,11]

Statorul motorului este alctuit dintr-un miez magnetic construit din lamele din oel.

Rotorul este construit din fier moale nemagnetizat cu dini i sanuri.

Relaia dintre unghiul de pire, dinii rotorului i dinii statorului este urmtoarea:

= 360RS

RS

NN

NN

[1.3]

unde pas unghiular,

NS numrul de dini pe stator,

NR numrul de dini pe rotor.[17]

Fig. 1.5

Capacstator A

Capac stator B

Ax motor

Bobina A

Bobina B

Rotor


7/21

1.2.2. Motoare pas cu pas cu magnet permanent

Principiul de funcionare al motorului pas cu pas cu magnet permanent este foarte

simplu i const n reacia dintre rotorul din magnet permanent i un cmp magnetic creat de

stator.

n figura 1.6 este prezentat statorul motorului cu boninele i polii acestuia precum i

statorul din magnet permanent.

Acest tip de motoare pas cu pas se poate mpri la rndul su, n mai multe categorii

n funcie de modul de conectare al bobinelor:

Motoare pas cu pas cu magnet permanent unipolare; Motoare pas cu pas cu magnet permanent bipolare; Motoare pas cu pas cu magnet permanent multifaz(sunt mai rar ntlnite).

De menionat ci motoarele pas cu pas cu reluctanvariabilsunt de tipul unipolar i

bipolar, iar construcia lor este exact ca cea a motoarelor pas cu pas cu magnet permanent. Am

ales s prezentm aceste tipuri de motoare n clasificarea motoarelor pas cu pas cu magnet

permanent pentru csunt mai des ntlnite.[5,15,17]

Polul nord

Polul sud

Bobinelestatorului

Polistatorului

Fig.1.6


8/21

1.2.3. Motoare pas cu pas hibride

Motoarele pas cu pas probabil sunt cele mai des utilizate i rspndite tipuri de

motoare. La nceput au fost create ca motoare sincrone cu magnet permanent de vitez mic. Ele

sunt o combinaie dintre un motor cu reluctanvariabili un motor cu magnet permanent, de

unde i denumirea de motoare hibride.

Motorul hibrid este alctuit dintr-un rotor format din doi poli separai de un magnet

permanent axial, cu dintele opus deplasat fa de dintele corespunztor cu o distan egal cu

jumtate din nlimea unui dinte pentru a permite o rezoluie mai mare la pire (figura 1.7

motorul hibrid n seciune i un detaliu al modului de amplasare al dinilor).[1,15]

Cererea tot mai mare de motoare pas cu pas cu performane remarcabile i un zgomot

redus a dus la apariia a doutipuri de motoare hibride:

Motoarele hibride cu 2 (4) faze - folosit n aplicaii obinuite; Motoarele hibride cu 5 faze - folosite n aplicaii speciale deoarece ofer

urmtoarele avantaje fade alte tipuri de motoare: rezoluie mare, zgomot mic

n timpul funcionrii, moment de reinere mic.

Dei toate aceste avantaje fac din el un motor foarte performant, acest lucru atrage dup

sine i un cost semnificativ mai mare al driver-elor. Deci n alegerea unui motor pas cu pas, de

orice tip ar fi el, trebuie sse incont n primul rnd de cerinele aplicaiei n care va fi folosit i

n al doilea rnd, de preul motorului.

n figura 1.8 sunt prezentate seciuni transversale prin motoare hibride cu 2, 3 i 5

faze.[13,15]

Fig.1.7Rulmentlubrifiat

CarcasRotor Stator

Ax din oelnemagnetic


9/21

n cazul motoarelor pas cu pas hibride un numr de faze mai mare nsemna un cost mai

mare. Odat cu implementarea tehnologiei de conducere sinusoidal n 3 faze a fost posibil

scderea numrului de faze ale motorului, deci i costul de producie, rezoluia motorului

(numrul de pai/rotaie) fiind determinatde numrul de perechi de poli n rotor.

Astzi cel mai rspndit tip de motor pas cu pas hibrid este cel cu 3 faze. Odat cu

progresul tehnologiei de conducere un motor cu 3 faze poate egala, din punct de vedere al

performanelor, un motor cu 5 faze.[5,15]

1.2.4. alte tipuri de motoare

Un tip special de motoare sunt motoarele liniare care folosesc fora motorului pentru aroti i a extinde un urub. Unul din marile avantaje ale acestui tip de motor (figura 1.9) estefaptul cocupun loc foarte mic i micarea este direct liniar.[22]

Exist i tipuri de motoare dinamice cum ar fi cele piezoelectrice sau celeelectrostrictive. Materialele electrostrictive sunt la fel ca materialele piezoelectrice, adicamndoumaterialele sunt cristale feroelectrice care se contractsau se alungesc n funcie detensiunea aplicat.[7,10]

Totui, fade materialele piezoelectrice, materialele electrostrictive nu sunt polarizate,adic indiferent de polaritatea tensiunii aplicate, materialul se va alungi pe direcia cmpuluiaplicat. De asemenea curgerea, materialelor electrostrictive este de doar 3% fa de cea amaterialelor piezoelectrice care este de 16%. [10]

Fig.1.9

Fig.1.8

Motor hibrid 2 faze Motor hibrid 3 faze Motor hibrid 5 faze


10/21

n figura 1.10 este prezentatstructura de baza unui motor pas cu pas piezoelectric.Prile notate cu A i B reprezintdougrupuri de inele grupate mpreuni care sunt folosite cai gheare de prindere. C este un tub ceramic, i reprezintpartea de conducere, iar D este osia desuport i este din oel. Principiul de funcionare este simplu, se aplico tensiune pe ghearele A iB i dimensiunea tuburilor ceramice se schimb. Controlul se realizeazcu ajutorul unui sistemdigital, care genereaztrei trenuri de impulsuri pentru a controla motorul n secven a dorit. Prinschimbarea frecvenei se schimbi viteza motorului. Dei rezoluia este mare i n sisteme de

control n bucl deschis, precizia ntr-un sistem de control n bucl nchis este mult maimare.[6,8,10]

Dei motoarele piezoelectrice sunt excelente pentru poziionarea submicronic, ele nu

au o repetabilitate bun, datorit histerezisului mare i proprietii fizice a materialului decurgere lent(n timp materialul i schimbforma). Motoarele electrostricitve au fost dezvoltatepentru a elimina neajunsurile motoarelor piezoelectrice. Acest tip de motoare au un increment demicare de ordinul micronilor, cel mai fin fiind de 0,04 micrometri. Exist i motoareultraperformante care pot realiza un pas de 2,5 angstrom.[9]

Un alt tip de motoare care pot fi conduse pas cu pas sunt motoarele de curent continuufrperii, cunoscute mai ales ca motoare de curent continuu brushless. Simplist, acest motoreste de fapt un motor de curent continuu cu perii ntors pe dos. Avantajul fa de un motor decurent continuu cu perii este evident, lipsa periilor ducnd la o viamai lunga motorului iautomat la o ntreinere mai uoar. Astfel, dup cum se observ n figura 1.11, rotorul estealctuit din bobine, iar statorul este alctuit dintr-un magnet permanent. Din moment ce nu existnici o comutaie mecanic, ca i n cazul motorului de curent continuu cu perii, micarea se va

obine prin rotirea cmpului magnetic. Din acest motiv acionarea unui motor brushless estemult mai complexdect a unui motor de curent continuu cu perii. Rolul comutatorului de lamotorul de curent continuu cu perii este luat de ctre senzorii Hall care simt (magnetul dinrotor trecnd prin dreptul senzorului Hall l face s-i schimbe starea) poziia rotorului dinmagnet permanent i excitbobina corespunztoare prin circuitul logic i apoi prin circuitul dealimentare.[19,20]

Se ntlnesc doutipuri de motoare brushless:

Bobin

Senzor Hall

Carcas

Rotor

Fig. 1.11

Fig. 1.10


11/21

motorul trapezoidal, denumirea vine de la caracteristica trapezoidal amotorului; n acest fel se ncearc reducerea pulsaiilor momentului prin aplatizareacaracteristicii (figura 1.12). n practic acest lucru este mai greu de obinut, deoarece ungrad de neliniaritate se pstreaz. n plus, se observla viteze mai mici o zvcnitur nmomentul comutaiei.[20]

Motorul sinusoidal, este denumit aa deoarece caracterstica sa nu a fostmodificat (figura 1.13). Un asemenea tip de motor, numit i servomotor de curentalternativ brushless, poate fi alimentat cu curent alternativ aplicat pe fiecare bobin. Dacavem un motor cu 3 bobine, defazajul ntre cureni trebuie sfie de 120o. n acest caz estenevoie de un dispozitiv de control mai precis, i anume un encoder optic de marerezoluie.[19,20]

1.3. Funcionarea motorului pas cu pas

n continuare vom prezenta modul de funcionare al tipurilor de motoare pas cu pas

prezentate n capitolul 1.2.

Motorul pas cu pas cu reluctanvariabil

Fig. 1.12 Fig. 1.13


12/21

Dacmotorul are trei nfurri legate aa cum se vede n figura 1.14, cu un terminal

comun la toate nfurrile, atunci este probabil ca el s fie un motor pas cu pas cu reluctan

variabil. Borna comun este legat n general la potenialul pozitiv al sursei de alimentare i

nfurrile sunt alimentate n secven.

Cnd bobinele statorului sunt alimentate cu un curent continuu, polii acestuia se

magnetizeaz. Rotaia are loc n momentul n care dintele rotorului este atras de ctre polii

statorului care au fost magnetizai.

n seciune se observcmotorul face o rotire de 30ola un pas. Rotorul acestui motor

are 4 dini iar statorul are 6 poli, cu fiecare bobinnfuratn jurul a doi poli. De exemplu la

oprirea curentului din nfurarea 1 i alimentarea nfurrii 2 rotorul va efectua o rotaie de 30o

n sensul acelor de ceasornic n aa fel nct polul marcat Y va ajunge n dreptul polului marcat

2. Pentru o obine o rotaie continu a motorului se alimenteaz nfurarea 3 concomitent cu

oprirea alimentrii nfurrii 2.[5,21]

Dac considerm logica pozitiv, adic1 nseamn cprin bobin trece curent, iar 0

nseamncbobina nu este alimentat, secvena de mai jos va face motorul sefectueze 24 de

pai, adic2 revoluii, n sensul acelor de ceasornic:

Bobina 1 1001001001001001001001001

Bobina 2 0100100100100100100100100

Bobina 3 0010010010010010010010010

timp --->

Mai trebuie smenionm cexistmotoare pas cu pas cu reluctanvariabilcu 4 sau

5 nfurri care necesit 5 sau 6 fire pentru conexiuni exterioare (alimentare). Principiul de

funcionare i implicit de conducere a acestor tipuri este asemntor cu modul de conducere

pentru motoarele cu trei nfurri, dar i n acest caz este foarte important modul de alimentare

n secvena nfurrilor pentru a putea face motorul sfuncioneze corect.

Privitor la geometria motorului n fig. 1.14 se observla fiecare pas acesta realizeazo

rotaie de 30 de grade. Acest exemplu de motor are un numr mic de dini pe rotor i de poli pe

stator i este satisfctor pentru aplicaiile n care nu este nevoie de o finee mare. Folosind ns

Fig. 1.14


13/21

un motor cu mai muli poli i dini pe stator se poate obine la un pas al motorului o rotaie de

cteva grade (la unele motoare foarte performante la un pas corespunde o rotaie de o zecime de

grad).[5]

MOTOARE PAS CU PAS UNIPOLARE

n aceast categorie intr att motoarele pas cu pas cu magnet permanent ct i cele

hibride cu 5 sau 6 fire. Ele au legturile interne n general dupcum se observn figura 1.15 ,

cu 6 fire, sau ca n figura 1.16, cu 5 fire.[3,5,22]

n general firele 1 i 2 sau +V sunt legate la pozitivul sursei de alimentare, iar celelalte

fire sunt legate alternativ la negativul sursei pentru a schimba direcia cmpului produs de

bobin.[5]

n figura 1.17 este o seciune transversal printr-un motor pas cu pas cu magnet

permanent sau hibrid (diferena dintre cele doutipuri de motoare nu este relevantla acest nivel

de abstractizare), a crui bobine sunt prezentate alturat. Astfel, bobina 1 este distribuitpe poliide sus i de jos ai statorului, pe cnd bobina 2 este distribuitpe polii din stnga i din dreapta ai

statorului. Rotorul are 6 poli.

Dupcum se observn figur, curentul circuldin firul central la terminalul a lucru

care face ca polul de sus al statorului sdevinpolul nord, iar cel de jos polul sud. Acest lucru

Fig. 1.15 Fig. 1.16

Fig. 1.17


14/21

face ca rotorul sfie atras n poziia prezentat. Daccurentul prin bobina 1 este oprit i bobina 2

este alimentatrotorul va efectua o rotire cu 30o, adicun pas.[5,21]

Dac dorim s rotim motorul continuu se va aplica curentul pe cele dou bobine

conform secvenei de mai jos (la fel se considerlogica pozitiv, adic1 nseamncbonina este

strbtutde un curent, iar 0 nseamncbobina nu este alimentat):

Bobina 1a 1000100010001000100010001

Bobina 1b 0010001000100010001000100

Bobina 2a 0100010001000100010001000

Bobina 2b 0001000100010001000100010

timp --->

Bobina 1a 1100110011001100110011001

Bobina 1b 0011001100110011001100110

Bobina 2a 0110011001100110011001100

Bobina 2b 1001100110011001100110011

timp --->

Este foarte important de reinut c cele dou jumti ale aceleiai bobine nu sunt

alimentate n acelai timp. n prima secvende mai sus, se observcbobinele sunt alimentate

pe rnd, deci consumul este mai mic. n cea de-a doua secven bobinele sunt alimentate n

acelai timp i are ca rezultat creterea momentului produs de motor de 1,4 ori fade modul de

alimentare din prima secven, dar cu un consum dublu.[5,21]

Prin combinarea celor dousecvene se obine modul de pire jumtate de pas.

Bobina 1a 11000001110000011100000111

Bobina 1b 00011100000111000001110000

Bobina 2a 01110000011100000111000001

Bobina 2b 00000111000001110000011100

timp --->

Dacavem nevoie de o rezoluie unghiularmai mare avem nevoie de un numr mai

mare de poli. Motorul folosit n descrierea funcionri motoarelor unipolare are o rezoluie de30o/pas.[5]

Motoarele pas cu pas cu magnet permanent pot ajunge la o rezolu ie de 1,8o/pas, pe

cnd motoarele pas cu pas hibride sunt normal construite cu o rezoluie de 3,6oi 1,8o/pas, dar

cele mai performante pot ajunge pnla o rezoluie de 0,72o/pas.


15/21

MOTOARELE PAS CU PAS BIPOLARE

n aceastcategorie, ca i n categoria motoarelor unipolare intratt motoarele pas cu

pas cu magnet permanent ct i cele hibride. Diferena dintre motoarele unipolare i cele bipolare

este lipsa legturii centrale la bobine. Din acest motiv motoarele bipolare sunt mai simple din

punct de vedere constructiv, dar driver-ele folosite sunt mai complexe, ele trebuind s inverseze

polaritatea fiecrei perechi de poli.[3,5,22]

Dupcum se observn figura 1.18 motorul are 4 fire, spre deosebire de cele unipolare

care au 5 sau 6 fire. Pentru a putea putea recunoate un motor pas cu pas bipolare de alte motoare

cu 4 fire se msoarrezistena dintre terminale.

Seciunea transversal a motorului pas cu pas bipolar (figura 1.19), este la fel ca

seciunea transversalprin motorul pas cu pas unipolar (figura 1.17).

Circuitul de comandpentru aceste motoare este alctuit dintr-o punte H pentru fiecare

bobin; pe scurt o punte H permite ca polaritatea tensiunii aplicate la capetele fiecrei bobine s

fie controlatindependent. Secvena de control pentru acest tip de motor este prezentatmai jos,folosind simbolurile i + pentru a indica polaritatea tensiunii aplicate la terminalele bobinelor:

Terminal 1a +---+---+---+--- ++--++--++--++--

Terminal 1b --+---+---+---+- --++--++--++--++

Terminal 2a -+---+---+---+-- -++--++--++--++-

Fig.1.18

Fig. 1.19


16/21

Terminal 2b ---+---+---+---+ +--++--++--++--+

timp --->

Pe lng aceste tipuri cunoscute de motoare pas cu pas mai exist i alte tipuri de

motoare pas cu pas cum ar fi motorul bifilar i motorul multifaz.

Motorul bifilar are aceeai structurinternca i motorul bipolar, dar diferena este c

este alctuit din 4 bobine, de unde i explicaia cmotorul are 8 fire n loc de 4.

n practic, motoarele bifilare sunt alimentate fie ca un motor uniploar fie ca un motor

bipolar. n figura 1.20 este prezentat modul de conectare a bobinelor ntr-un motor bifilar. Tot n

aceast figur (reprezentat cu linie punctat la bobina 1) este prezentat folosirea motorului

bifilar ca i un motor unipolar. Astfel firele unei bobine sunt legate n serie cu cea aflat n

paralel cu ea, iar punctul de conexiune este folosit ca i o born de intrare. Pentru a folosi

motorul bifilar ca pe un motor bipolar este nevoie sconectm firele fie n paralel, cum se vede

la bobina 2, fie ca i la bobina 1, dar alimentarea se va face pe la bornele c, respectiv d.

Este bine de tiut cmotoarele cu 6 fire vndute ca motoare pas cu pas bipolare sunt de

fapt motoare bifilare conectate ca n figura 1.20, bobina 1.[5]

O clasmai puin obinuitde motoare este motorul pas cu pas multifaz. Acesta are

legate bobinele ciclic n serie (figura 1.21), cu un punct de conexiune ntre fiecare pereche de

bobine.

Fig. 1.20

Fig. 1.21


17/21

Acest tip de motor oferun cuplu foarte mare deoarece n orice moment toate sau toate

fruna dintre bobine sunt alimentate n orice punct al ciclului de funcionare. Unele motoare cu

5 faze pot avea o rezoluie ungiularde 0.72o/pas, adic500 pai/revoluie.[5]

Mai jos este prezentato secvende alimentare a bobinelor pentru a face motorul s

funcioneze:

Terminal 1 +++-----+++++-----++

Terminal 2 --+++++-----+++++---

Terminal 3 +-----+++++-----++++

Terminal 4 +++++-----+++++-----

Terminal 5 ----+++++-----+++++-

timp --->

Se observc, la fiecare pas se schimbdoar polaritatea unui singur terminal. Aceast

schimbare face ca tensiunea sfie zero, doarece bornele au aceeai polaritate, i aplictensiune

bobinei care era n aceaststare. Secvena de control prezentatmai sus va face ca motorul n

cauz, cu 5 faze va efectua dourevoluii.[5]

Pentru a putea deosebi un motor multifaz, cu 5 faze de alte motare cu 5 fire, vom

msura rezistena dintre dou terminale consecutive, valoarea msurat este, o valoare R, iar

valoarea dintre douterminale neconsecutive va fi 1,5R.

Existunele motoare cu 5 bobine separate, adicau 10 fire. Acestea pot fi conectate n

configuraia de stea, i folosind dintr-o punte H ca i circuit de comand, putem comanda

aceste tipuri de motoare.

Pentru a nu face greu de neles modul de funcionare a diferitelor tipuri de motoare

prezentate mai sus, am ales sprezint funcionarea lor doar n modul de funcionare pas ntreg

care reprezintmodul intrinsec de pire al motoarelor, i n unele cazuri modul de funcionare

jumtate de pas, unde era uor de explicat i era o derivaie a modului de funcionare pas

ntreg.

Exist, dup cum am menionat i mai sus, modul de pire jumtate de pas carereprezint alturi de micropire moduri aparte de funcionare al motoarelor pas cu pas, care

permit reducerea dezavantajelor acestor tipuri de motoare. Totui realizarea acestor moduri de

pire necesitcontroller-e i driver-e specializate, ale cror costuri sunt ridicate, aceste moduri

de pire fiind folosite doar n aplicaii speciale.[2,4,22]


18/21

Astfel un mod aparte de funcionare a motoarelor pas cu pas este micropirea.

Micropirea este modul de funcionare al motorului care const n variaia fluxului i care

produce micarea rotorului, ntr-un mod ct mai lin, fade modul pas ntreg sau jumtate de

pas. Acest lucru are ca rezultat scderea vibraiilor i obinerea unei micri nezgomotoase. De

asemenea se obine o rezoluie unghiular mai mare i automat o eroare de poziionare mai

mic.[3,5]

Existmai multe moduri de micropire, cu lungimi de pai pornind de la 1/3 dintr-

un pas ntreg i pnla 1/32 dintr-un pas ntreg i n unele aplicaii speciale i mai puin.

Un motor pas cu pas este un motor sincron. Aceasta nseamncpoziia de echilibru a

rotorului este sincronizat cu fluxul statorului. Rotorul este fcut s se roteasc cu ajutorul

cmpului nvrtitor spre urmtoarea poziie de echilibru. Cuplul dezvoltat de motor, T este o

funcie de cuplul rezistiv THi distana dintre fluxul prin stator, fs, i poziia rotorului fr.

Aceastrelaie este:

)sin( rsH ffTT = [1.4]

unde fsi frsunt date n grade electrice. Relaia dintre gradele electrice i gradele

mecanice este datde formula:

mecel fnf = )4( [1.5]

unde n este numrul de pai pe revoluie.

n figura 1.22 sunt prezentate dependenele dintre modul de pire, vitez (pai/ms),

cuplul motorului i unghiul de ncrcare al motorului. Se observvariaile puternice n timpul

modului de pire pas ntreg i variaia n trepte mici a cuplului i unghiului de ncrcare n

cazul micropirii. De asemenea se observ c viteza rmne aproximativ constant n timpul

micropirii.[14]


19/21

De asemenea se poate observa din figura 1.23 c, consumul energetic scade

exponenial odatcu micropirea.[14]

Dupcum a fost prezentat n subcapitolul 1.1. rspunsul unghiular n modul de pire

pas nreg, motorul pn s ating poziia corespunztoare efecturii unui pas efectueaz o

pendulare n jurul acelui punct, cu amplitudine mare la nceput care mai apoi scade dup un

timp. Spre deosebire n timpul micropirii rspunsul unghiular este mai precis, motorul avnd o

Unghi ncrcare [grade] Cuplu motor [% din TH Pas ntreg Viteza [pas/ms]

1/8 pas ntreg

UnghincrcareCupluVitez

Fig. 1.22

Fig. 1.23

% din energia la un pas ntreg

Lungimea pasului

relativ la un pas ntreg


20/21

foarte micdeviaie de la poziia teoreticn care trebuie sajungdeoarece energia sa cinetic

este mult mai mic dect n momentul efecturii unui pas ntreg. Diferena dintre rspunsul

unghiular n cele doumoduri de pire este rezentatn figura 1.24.[14]

Dei existattea avantaje ale micropirii fade modul de pire pas ntreg totui

exist unele consideraii care limiteaz utilitatea micropirii. Astfel n primul rnd, dac nsistemul din care face parte motorul existfrecare staticatunci precizia unghiularobinutn

cazul micropirii va fi limitat.

Al doilea motiv este legat de geometria dinilor statorului i rotorului, care n cele mai

multe cazuri nu este perfect, i duce la apariia erorii de poziionare (datorit imperfeciunii

dinilor cmpul creat nu este perfect i deci nici poziia n care este rotorul nu este cea teoretic).

n figura 1.25 este prezentatdiferena dintre poziia actuali cea teoretic.

Al treilea motiv este legat de faptul c micropirea necesit sisteme de control

digitale, deci curentul prin fiecare bobineste cuantificat, fiind controlat de un convertor digital-

analog. Mai mult, datorit limitrii curentului prin PWM, curentul prin fiecare bobin nu este

meninut perfect constant, mai mult el oscileaz n jurul unei valori, astfel, n cel mai bun caz

curentul poate fi aproximat cu o eroare ct mai mic.

Fig. 1.24

Fig. 1.25


21/21

Efectul cuantificrii poate fi uor vzut n figura 1.26, unde pe axa X avem curentul

disponibil printr-o bobina motorului, iar pe axa Y curentul disponibil prin cealaltbobin.

Toate aceste limitri reduc performanele obinute de micropire. Totui ele pot fi

reduse, dar nu eliminate, prin folosirea unor convertoare digital analogice de o mare precize.

Toate aceste elemente, mpreun, dau natura electricdar si mecanica motorului pas

cu pas. Pentru a putea folosi n aplicaii motorul pas cu pas, indiferent de tipul sau mrimea sa

trebuie sinem cont n egalmsurde cerinele sale electrice, pentru o funcionare optim, dar

i de proprietile sale mecanice, adicmotorul sfie folosit n parametri si mecanici nominali

nu la limita acestora.

Fig. 1.26

Documents

MPP Constructie Functionare