Grundlegendes zu Schrittmotoren

Grundlegendes zu Schrittmotoren

Einführung

Ein Schrittmotor ist ein elektromagnetisches Gerät, das elektrische Impulssignale in Winkel- oder Linearverschiebung umwandelt. Dieser Motortyp ist im Bereich der automatisierten Steuerung aufgrund seiner präzisen Steuerung und des Vorteils, dass kein Rückkopplungssystem erforderlich ist, weit verbreitet. In diesem Artikel werden die Grundkonzepte vorgestellt, Arbeitsprinzipien, Typen, und Anwendungen von Schrittmotoren für Einsteiger.

Was ist ein Schrittmotor??

Ein Schrittmotor ist eine Art digitaler Steuermotor, der die Drehung des Motors durch digitale Signale steuert. Jeder elektrische Impuls bewirkt, dass sich der Motor um einen festen Winkel dreht, bekannt als Schrittwinkel. Dieses Merkmal von Schrittmotoren macht sie in Situationen sehr nützlich, die eine präzise Positionskontrolle erfordern.

Funktionsprinzip von Schrittmotoren

Wie alle Motoren, Schrittmotoren enthalten auch ein festes Teil (Stator) und ein bewegliches Teil (Rotor). Der Stator weist einen zahnradartigen Vorsprung mit Wicklungsspulen auf, während der Rotor ein Permanentmagnet oder ein Kern mit variabler Reluktanz ist. Auf die unterschiedlichen Rotorstrukturen gehen wir später noch genauer ein. Figur 1 zeigt einen Querschnitt des Motors mit einem Rotor mit variablem Reluktanzkern.

Das grundlegende Funktionsprinzip des Schrittmotors ist: die Phase eines oder mehrerer Statoren wird bestromt, Der durch die Spule fließende Strom erzeugt ein Magnetfeld, und der Rotor wird auf das Magnetfeld ausgerichtet; Anlegen von Spannung nacheinander an verschiedene Phasen, Der Rotor dreht sich in einem bestimmten Winkel und erreicht schließlich die gewünschte Position.

Figur 2 zeigt, wie das funktioniert. Zuerst, Spule A wird erregt und erzeugt ein Magnetfeld, mit dem der Rotor ausgerichtet ist; Nachdem Spule B erregt ist, Der Rotor wird um 60° im Uhrzeigersinn gedreht, um ihn an das neue Magnetfeld anzupassen; Das Gleiche passiert, wenn Spule C eingeschaltet ist. Die Farbe der Statorzähne in der Abbildung unten gibt die Richtung des von den Statorwicklungen erzeugten Magnetfelds an.

Typ und Aufbau des Schrittmotors

Die Leistung des Schrittmotors (ob es Auflösung/Schritt ist, Geschwindigkeit oder Drehmoment) wird durch die Details der Konstruktion beeinflusst, und gleichzeitig, Diese Details können sich auch auf die Steuerung des Motors auswirken. In der Tat, Nicht alle Schrittmotoren haben den gleichen internen Aufbau (oder Bau), weil verschiedene Motoren unterschiedliche Rotor- und Statorkonfigurationen haben.

Rotor

Schrittmotoren haben grundsätzlich drei Arten von Rotoren:

• Permanentmagnetrotor: Der Rotor ist ein Permanentmagnet, auf das vom Statorkreis erzeugte Magnetfeld ausgerichtet. Dieser Rotor garantiert ein gutes Drehmoment und verfügt über ein Bremsmoment. Dies bedeutet, dass es unabhängig davon ist, ob die Spule bestromt ist oder nicht, Der Motor kann widerstehen (wenn auch nicht sehr stark) Positionsveränderungen. Jedoch, im Vergleich zu anderen Rotortypen, Der Nachteil besteht darin, dass sowohl Geschwindigkeit als auch Auflösung geringer sind. Figur 3 zeigt einen Querschnitt eines Permanentmagnet-Schrittmotors.

• Rotor mit variabler Reluktanz: Der Rotor besteht aus einem Eisenkern und hat eine spezielle Form, die sich an das Magnetfeld anpassen lässt (siehe Abbildungen 1 und 2). Mit diesem Rotor lassen sich leichter hohe Drehzahlen und eine hohe Auflösung erreichen, aber das erzeugte Drehmoment ist im Allgemeinen geringer und es gibt kein Bremsmoment.
• Hybridrotor: Dieser Rotor hat eine besondere Struktur, Es handelt sich um eine Mischung aus Permanentmagnet und Rotor mit variabler Reluktanz. Auf dem Rotor befinden sich zwei axial magnetisierte Magnetkappen, und auf den Magnetkappen befinden sich abwechselnd kleine Zähne. Diese Konfiguration verleiht dem Motor die Vorteile sowohl eines Permanentmagnet- als auch eines Rotors mit variabler Reluktanz, vor allem mit hoher Auflösung, hohe Geschwindigkeit und hohes Drehmoment. Na sicher, Höhere Leistungsanforderungen bedeuten komplexere Strukturen und höhere Kosten. Figur 3 zeigt ein vereinfachtes schematisches Diagramm dieser Motorstruktur. Wenn Spule A erregt ist, Ein kleiner Zahn der Rotor-N-Magnetkappe ist mit dem Statorzahn der magnetisierten S-Kappe ausgerichtet. Gleichzeitig, aufgrund der Struktur des Rotors, Die Magnetkappe des Rotors S ist mit den Statorzähnen der Magnetisierung N ausgerichtet. Obwohl das Funktionsprinzip des Schrittmotors das gleiche ist, der Aufbau des eigentlichen Motors ist komplexer, und die Anzahl der Zähne ist größer als in der Abbildung gezeigt. Eine große Anzahl von Zähnen ermöglicht dem Motor einen sehr kleinen Schrittwinkel, so klein wie 0,9°.

Stator

Der Stator ist der Teil des Motors, der für die Erzeugung des Magnetfeldes verantwortlich ist, auf das der Rotor ausgerichtet ist. Die Hauptmerkmale des Statorkreises hängen mit seiner Phasennummer zusammen, Polzahl und Drahtkonfiguration. Die Anzahl der Phasen ist die Anzahl der unabhängigen Spulen, und die Anzahl der Pole stellt das von jeder Phase besetzte Hauptzahnpaar dar. Am häufigsten werden Zweiphasen-Schrittmotoren verwendet, während dreiphasige und fünfphasige Motoren seltener verwendet werden (siehe Abbildungen 5 und 6).

Merkmale von Schrittmotoren

• Präzise Kontrolle: Schrittmotoren können Winkel und Geschwindigkeiten präzise steuern.
• Kein Bedarf an Feedback: Aufgrund ihres Funktionsprinzips, Schrittmotoren erfordern in der Regel kein Positionsrückmeldesystem.
• Einfach zu kontrollieren: Schrittmotoren können durch einfache Impulssignale gesteuert werden.
• Hohes Drehmoment bei niedrigen Geschwindigkeiten: Bei niedrigen Geschwindigkeiten, Schrittmotoren können ein großes Drehmoment liefern.

Anwendungen von Schrittmotoren

Schrittmotoren werden in verschiedenen Bereichen häufig eingesetzt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Automatisierte Maschinen: Zur präzisen Kontrolle der Position mechanischer Arme.
• Drucker und Scanner: Zur Steuerung der Bewegung von Druckköpfen und Scanköpfen.
• Robotik: Zur Steuerung der Bewegung von Robotergelenken.
• Medizinische Ausrüstung: In einigen medizinischen Präzisionsgeräten wird die präzise Bewegung von Komponenten gesteuert.

So wählen Sie einen Schrittmotor aus?

Wann Auswählen eines Schrittmotors, Berücksichtigen Sie die folgenden Faktoren:

• Drehmomentanforderungen: Wählen Sie das geeignete Drehmoment basierend auf den Last- und Geschwindigkeitsanforderungen der Anwendung.
• Schrittwinkel: Je kleiner der Schrittwinkel ist, desto höher ist die Auflösung des Motors, und desto feiner ist die Steuerung.
• Geschwindigkeit: Wählen Sie einen geeigneten Geschwindigkeitsbereich basierend auf den Anforderungen der Anwendung.
• Größe und Form: Wählen Sie je nach Einbauraum und Designanforderungen die passende Motorgröße.

Fazit

Schrittmotoren sind vielseitig und für Anwendungen geeignet, die eine präzise Steuerung erfordern. Durch diese Einführung, Einsteiger sollten über ein grundlegendes Verständnis von Schrittmotoren verfügen und in der Lage sein, deren Potenzial in verschiedenen Anwendungen auszuloten. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie, Auch der Anwendungsbereich von Schrittmotoren erweitert sich ständig, Bereitstellung starker Unterstützung für moderne Automatisierung und Präzisionssteuerung.

Greensky Power Co., GmbH. ist ein professioneller Hersteller, der sich mit der Forschung beschäftigt, Entwicklung, Produktion, Verkauf von Schrittmotoren.

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