+ All Categories
Home > Documents > Microm pas cu pas-b

Microm pas cu pas-b

Date post: 21-Dec-2015
Category:
Upload: gheorghita-melinte
View: 74 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
Description:
micromasinicurs
38
6. Micromotoare pas cu pas Deoarece cei 2p s poli aparenţi de pe stator sunt totdeauna perechi, rezultă că la acest tip de MPP, numărul de faze este totdeauna un număr par. Pe fiecare pol statoric sunt Z s dinţi egali ca lăţime cu dinţii rotorici şi având acelaşi pas dentar. Rotorul este pasiv şi are Z r dinţi. Relaţiile de legătură între mărimile menţionate mai sus sunt : , şi (6.9) în care k = 0, 1, 2,... este un număr întreg oarecare, a un număr întreg care satisface condiţia 0 a m/q astfel ca m şi a să fie prime între ele. Valorile posibile ale lui a şi Z s sunt date în tabelul 6.1, pentru diferite valori ale numărului de faze m = 3...9. Semnul lui a determină sensul de rotire a rotorului faţă de sensul de succesiune a fazelor de alimentare. Sensurile coincid pentru a pozitiv-impar sau negativ-par şi sunt inverse în celelalte cazuri. 83
Transcript

6. Micromotoare pas cu pas

Deoarece cei 2ps poli aparenţi de pe stator sunt totdeauna perechi, rezultă că la acest tip de MPP, numărul de faze este totdeauna un număr par. Pe fiecare pol statoric sunt Zs dinţi egali ca lăţime cu dinţii rotorici şi având acelaşi pas dentar. Rotorul este pasiv şi are Zr dinţi.

Relaţiile de legătură între mărimile menţionate mai sus sunt :

,

şi

(6.9)

în care k = 0, 1, 2,... este un număr întreg oarecare, a un număr întreg care satisface condiţia 0 a m/q astfel ca m şi a să fie prime între ele. Valorile posibile ale lui a şi Zs sunt date în tabelul 6.1, pentru diferite valori ale numărului de faze m = 3...9. Semnul lui a determină sensul de rotire a rotorului faţă de sensul de succesiune a fazelor de alimentare. Sensurile coincid pentru a pozitiv-impar sau negativ-par şi sunt inverse în celelalte cazuri.

Tabelul 6.1 Valorile posibile pentru a şi Zs, corespunzătoare lui m = 3 9m 3 4 5 6 7 8 9a 1 1 1 1 1 1 1

2 2 3 23 4

Zr q(3k1) q(4k1) q(5k1) q(6k1) q(7k1) q(8k1) q(9k1)q(5k2) q(7k2) q(8k3) q(9k2)

q(7k3) q(9k4)

În cazul MPP din fig 6.11, s-a luat: 2ps = 8; m = 4; q = 2 ; k = 6; a = 1 şi rezultă Zr = 50 dinţi rotorici.

Tabelul 6.2 cuprinde numărul de dinţi rotorici şi valoarea pasului pentru MPP-RV reactive de tip reductor.

83

Micromaşini electrice84

6. Micromotoare pas cu pas

În fig. 6.12 se prezintă o altă variantă de MPP monostatoric cu număr mare de dinţi pe rotor:m = 4, 2ps = 8, Zs = 16, Zr = 18, p = 5o, 72 paşi/rotaţie.

După cum rezultă din fig 6.12, la activarea polilor aparenţi 1 şi 5 se produce alinierea dinţilor din rotor cu cei din stator aflaţi pe axa 1-1' a polilor menţionaţi. Dinţii rotorici de la celelalte trei perechi de poli sunt decalţi cu (1/4) z pentru axa 2-2', cu 2(1/4)z pentru axa 3-3' şi cu 3(1/4)z pentru pentru axa 4-4'. La activarea fazei 2-2' (polii 2 cu 6) rotorul se va deplasa cu (1/4)z şi alinierea dinţilor stator-rotor se va produce după axa acestei faze (2-2') etc.

6.5.6. Micromotor pas cu pas multistator. O altă cale de a mări numărul de paşi pe rotaţie este de a realiza un MPP multistator prin cuplarea pe acelaşi ax a m MPP de tip monostator cu realizarea unei decalări de z/m fie între statoare fie între rotoare. Comanda MPP multistator astfel obţinut constă în comanda succesivă fiecărui stator.

Pentru exemplificare în fig. 6.12 s-a considerat un MPP cu m = 3 statoare. Circuitul magnetic al fiecărui stator este realizat sub formă de poli aparenţi distribuiţi uniform pe circumferinţă. Cele trei rotoare sunt executate din pachete de tole, avînd pe circumferinţă acelaşi număr de dinţi (poli) ca şi statorul, executaţi cu aceeaşi lăţime. Polii aparenţi ai celor m statoare sunt aliniaţi axial – în lungul aceleaşi generatoare pe când polii celor m rotoare sunt decalaţi, de la un stator la altul , cu z/m paşi polari.

În cazul motorului cu Zs = Zr = 12 dinţi din fig 6.12, la o rotaţie completă se realizează 36 de paşi, sau în mod general mZ r = mZs.

Alimentarea fiecărei înfăşurări se face cu puls monopolar.

Varianta MPP cu rotor activ. Dacă în structura din fig. 6.13 se introduce un rotor din oţel magnetic cu Zr dinţi magnetizaţi succesiv nord-sud pe periferia acestuia, se obţine un MPP-MP cu rotorul activ, care va dezvolta un cuplu mai mare. Singura deosebire faţă de varianta anterioară (MPP multistator reactiv) este modul de comandă care aici trebuie realizată în puls bipolar. În

85

Micromaşini electrice

acest caz, din considerente tehnologice legate de modul de magnetizare a rotorului, dinţii rotorici de sub cele m statoare se execută coliniari, iar cele m statoare se decalează între ele cu (1/m)z.

Motor pas cu pas cu trei statoare

Înfăşurările polilor unui stator sunt conectate în serie şi sunt bobinate astfel încât prin alimentarea lor în c.c. se realizează pe circumferinţa statorului o succesiune de poli nord-sud. În figură se consideră alimentată înfăşurarea statorului 1 şi în consecinţă polii rotorici au fost figuraţi în coincidenţă –aliniaţi- cu polii statorici ai statorului 1.

Prin deconectarea înfăşurării statorului 1 şi alimentarea în acelaşi moment a înfăşurării statorice 2, rotorul se roteşte cu p = (1/3)z în sens orar; dinţii rotorului 2 se vor alinia cu dinţii statorului 2, iar dinţii statorului 3 se vor apropia cu (1/3)z de axa de aliniere a statorului 3, fiind pregătiţi pentru un al treilea pas când statorul 3 va fi activat. În felul acesta rotorul se roteşte cu un

86

6. Micromotoare pas cu pas

unghi total mp care corespunde unui pas polar (dentar) şi se află într-o poziţie identică cu cea iniţială. Pentru o rotaţie completă, succesiunea cuplării înfăşurărilor (ciclurile de trei conectări) se repetă de un număr de ori egal cu numărul polilor (dinţilor) rotorici dintr-un stator.

6.5.7. Micromotorul pas cu pas liniar. În anumite sisteme de comandă-program în coordonate, este necesară realizarea unei deplăsări liniare pas cu pas a elementului de execuţie.

MPP liniare permit convertirea nemijlocită a impulsurilor electrice de comandă într-o deplasare liniară de tip discret. MPP linare ca şi cele rotative pot fi de tip activ şi de tip reactiv.

O secţiune schematică longitudională şi transversală, printr-un MPP liniar de tip reactiv se prezintă în fig. 6.14. Motorul are cinci înfăşurări de comandă dispuse pe partea mobilă 1. În fig. 6.14.a este reprezentat cazul când sunt alimentate simultan primele trei înfăşurări de comandă, fluxul închizîndu-se printr-un circuit de reluctanţă magnetică minimă.

Motor pas cu pas liniar de tip reactiv

Prin comutarea alimentării de la înfăşurările A, B, C la înfăşurările B, C, D partea mobilă 1 se deplasează spre stânga cu un pas care corespunde unei jumătăţi de dinte. În tabelul 4 se prezintă parametrii principali ai două tipuri de motoare pas cu pas liniare, construite de firma Fujitsu-Japonia, după principiul descris mai sus.

În fig. 6.15 se prezintă un motor liniar pas cu pas activ de tip Sawyer care este realizat dintr-un magnet permanent MP, doi electromagneţi EMA şi EMB şi o suprafaţă danturată feromagnetică pe care se deplasează MPP liniar.

87

Micromaşini electrice

Motor pas cu pas liniar de tip activ (MP)

În absenţa curentului prin electromagnet, el se aşează astfel încât reluctanţa circuitului său magnetic, pentru liniile de câmp ale magnetului permanent MP să fie minime ca în fig. 6.15.a, EMA. Alimentarea unui electromagnet este astfel realizată încât să anuleze câmpul produs de magnetul permanent sub un capăt al electromagnetului şi să-l majoreze sub celălalt, fig. 6.15.a, EMB. Dacă în tactul următor se alimentează electromagnetul EMA şi se decuplează EMB, fig. 6.15.b, pentru îndeplinirea condiţiilor de reluctanţă minimă, sub acţiunea forţelor electromagnetice, partea mobilă se deplasează cu un sfert de pas dentar. La o nouă modificare a alimentării, fig. 6.15.c, se obţine o nouă deplasare; în cadrul unui ciclu de comandă partea mobilă se deplasează cu un pas dentar.

6.6. Scheme de comandă şi alimentare a MPP

Sistemul de comandă-alimentare a unui MPP conţine două subsisteme distincte: un sistem de distribuire secvenţială a impulsurilor dintr-un tren de impulsuri, în mod succesiv spre fiecare fază a motorului şi un sistem de alimentare de putere, a bobinelor de fază constituit de grupul comutatoarelor statice, denumit de asemenea driver.

88

6. Micromotoare pas cu pas

6.6.1. Distribuitorul de impulsuri este realizat cu elemente logice, de obicei circuite integrate specializate. Din figura 6.16 rezultă încadrarea distribuitorului de impulsuri în schema generală de comandă-alimentare a unui MPP. Distribuitorul de impulsuri DI preia trenul de impulsuri de o frecvenţă dată, constantă sau variabilă generate de către un oscilator-formator de impulsuri şi le distribuie după o anumită succesiune spre fazele motorului, prin intermediul comutatoarelor statice.

Prin distribuitorul de impulsuri se mai impune sensul de rotaţie şi modul de comandă; comanda în succesiune simplă, dublă, cu salt sau cu micropăşire. DI este unic pentru toate cele m faze ale MPP. În completarea celor prezentate în 6.4.c, în fig. 6.17 se prezintă diagramele de semnal pentru diverse “moduri”-“secvenţe” de comandă în curent monopolar pentru un MPP cu m = 4 faze.

Secvenţe (Mod) de comandă în curent monopolar a unui MPP cu m = 4 faze

89

Micromaşini electrice

În figura 6.18 se prezintă un exemplu de DI şi succesiunea semnalelor de comandă spre comutatoarele statice şi respectiv spre înfăşurările A; B; C; D ale MPP. DI poate fi comandat manual, după cum se arată în 6.7, sau poate fi comandat cu un microprocesor. În acest ultim caz, succesiunea comenzilor se va face pe baza unui program şi a unor instrucţiuni conduse de calculator.

Driverul conţine în principiu comutatoarele semiconductoare.

Forma de undă şi schema logică pentru un distribuitor de impulsuri comandat în secvenţă simplă

6.6.2. Comutatoarele statice (drivere)

Constituie dispozitive “de putere” prin care se conectează şi se decuplează curentul în fazele motorului. Pentru fiecare fază a motorului este necesar cel puţin câte un circuit cu un comutator. Ansamblul circuitelor conţinînd comutatoarele, de multe ori numit driver, primeşte semnalele de comandă de la distribuitorul de impulsuri DI.

Driverul conţine unul sau mai multe tranzistoare de putere, cât şi elementele suplimentare, pentru forţarea pantei de creştere a curentului, pentru disiparea, sau pentru recuperarea energei electromagnetice din bobinele de fază, la întreruperea curentului în finalul fiecărei perioade active.

90

6. Micromotoare pas cu pas

Schema alimentării monopolare Dependenţa de frecvenţă a pantei de creştere a curentului

Configuraţia driverului depinde de modul de realizare a alimentării, adică în curent monopolar sau în curent bipolar (fig.6.21 şi 6.22).

Toate tranzistoarele de putere din componenţa circuitului driver funcţionează în regim de comutaţie, adică în perioada de conducţie trebuie să se asigure regimul de saturaţie. Tranzistoarele folosite la MPP sunt pentru curenţi de colector de 5; 10; 20 A şi tensiuni de 100 400 V.

Problemele care apar la funcţionarea unui MPP şi a căror rezolvare se reflectă în structura circuitelor de putere – driver – sunt analizate după cum urmează:

- menţinerea unei pante de creştere a curentului, suficient de mare, chiar la frecvenţele mari de comandă;

- supresarea sau recuperarea energiei electromagnetice la şfârşitul impulsului de curent;

- amortizarea oscilaţiilor electromegnetice.

În fig. 6.19 se prezintă cel mai simplu mod de alimentare monopolară a unui MPP cu m = 3 faze. Se remarcă prezenţa obligatorie a grupului DR, care şuntează fiecare înfăşurare de fază. La întreruperea curentului energia acumulată se disipă în rezistenţa R şi se evită apariţia supratensiunilor ce pot distruge tranzistorul.

91

Micromaşini electrice

6.6.3. Procedee de forţare a pantei de creştere a curentului

În fig.6.20 se prezintă formele de undă i(t) ale curentului printr-o fază a MPP, la diverse frecvenţe ale impulsurilor de comandă. Se observă că la frecvenţe de peste 100 1.000 Hz panta de creştere a curentului şi amplitudinea maximă se reduc foarte mult. Drept consecinţă, are loc micşorarea sensibilă a cuplului electromagnetic, ceea ce poate determina o funcţionare defectuoasă cu pierdere de paşi. Pentru preîntâmpinarea acestor situaţii se recurge la diverse procedee de forţare a curentului, de a se stabili într-un timp cât mai mic la valoarea nominală.

Dintre aceste procedee, mai importante sunt următoarele:- forţarea cu rezistenţa serie;- forţarea cu rezistenţă şi condensator;- forţarea prin tensiune;- forţarea prin tensiune şi curent controlat prin “chopper”.

După cum s-a menţionat în paragrafele 6.2 şi 6.3, pentru analiza corectă a funcţionării MPP este necesară considerarea alimentării de la o sursă de curent. Producerea cuplului activ este condiţionată de stabilirea curentului prin bobinajul statoric. Valoarea cuplului electromagnetic se calculează pe baza valorii curentului de regim staţionar – de c.c – şi pe baza unghiului de decalaj spaţial între axa “d” rotorică şi axa perechii de poli statorici alimentaţi, care este şi axa fazei activată prin curentul stabilizat.

De aici rezultă clar că mărimea şi durata cuplului activ depind numai de curent, de unde necesitatea unui control al curentului, specific unei surse de curent. Numai simpla aplicare la bornele unei faze a unui impuls (bloc) de tensiune nu asigură şi stabilirea unui curent de aceeaşi formă (vezi fig. 6.20).

Dintre toate procedeele de forţare mentionate mai sus, numai schema de forţare cu chopper prin care se face un control al curentului, (curent impus) realizează alimentarea cu specificul unei surse de curent.

a) Forţarea cu rezistenţă serie – constă în introducerea în serie cu înfăşurarea de fază a MPP a unei rezistenţe suplimentare, R care, în schemă, se adaugă la rezistenţa şi inductivitatea proprie, Rm şi Lm.

Constanta de timp se reduce de la valoarea Lm/Rm, la Lm/(Rm + R); în schimb, este necesar ca tensiunea de alimentare să fie mărită de la U = RmI, la valoarea U1 = (Rm + R)I, I fiind curentul nominal al fazei.

92

6. Micromotoare pas cu pas

Alimentarea cu forţarea prin rezistenţe. Curent monopolar

În figura 6.21 este prezentată o schemă corespunzătoare acestui caz de forţare a alimentării unui MPP, curentul fiind monopolar.

În fig. 6.22 se prezintă schema unui driver de alimentare cu curent bipolar pentru o fază a MPP. Rezistenţa R este rezistenţa suplimentară pentru micşorarea constantei de timp. Prin Ir s-a notat curentul de descărcare care, de această dată, se recuperează prin sursa de alimentare sau cel puţin prin condensatorul de filtrare de la bornele sursei, dacă sursa nu permite stabilirea unui curent invers.

Driver pentru o fază a MPP. Curent bipolar

b) Forţarea prin rezistenţă şi condensator. În cadrul acestui procedeu, pe lângă rezistenţa suplimentară, R în serie cu înfăşurarea de fază (Rm; Lm) se mai conectează un condensator care creează o componentă capacitivă la începutul conducţiei tranzistorului, pentru forţarea pantei de creştere a curentului.

93

Micromaşini electrice

În fig. 6.23, această componentă se realizează prin curentul de descărcare a condensatorului C, iar în fig. 6.24, prin curentul de încărcare a condensatorului C care şuntează rezistenţa suplimentară R.

Forţarea prin rezistenţă şi încărcarea condensatorului

c) Forţarea prin tensiune constă în alimentarea pe o durată scurtă, la începutul perioadei de conducţie, cu tensiune sensibil mai mare şi apoi, până la sfârşitul perioadei, cu tensiune normală. Procedeeul se mai numeşte "cu două nivele de tensiune" (“bi-level drive” sau “dual-voltage”). În fig.6.25 este prezentată schema de principiu a forţării cu dublă tensiune. Iniţial sunt deschise ambele tranzistoare: T2 prin impulsul de comandă de durată = 1/f , de la amplificatorul de ieşire din distribuitorul de impulsuri, iar T1 - printr-un impuls scurt, de la monostabilul comandat fie prin reacţii de curent cu ajutorul

94

6. Micromotoare pas cu pas

rezistenţei de măsurare Rd, fie direct prin impulsurile de comandă, reglând convenabil durata impulsurilor de ieşire (în acest caz Rd poate lipsi).

Rezistenţele Rm şi Rd fiind mici, iar tensiunea U1 destul de mare,

curentul tinde să crească (fig. 6.22.b) la o valoare ridicată, ,

cu constanta de timp,

.

Când curentul ajunge la valoarea , tranzistorul T1 este blocat, iar

alimentarea este comutată pe sursa de tensiune joasă prin deschiderea diodei D2.

Tensiunea U2 menţine curentul la valoarea nominală până la blocarea tranzistorului T2, după care curentul scade exponenţial prin Ds, Rs (sau prin Ds, Rs şi sursa U1) dacă aceasta permite un curent invers, cu constanta de timp,

.

95

Micromaşini electrice

Pentru acest procedeeu de forţare se defineşte factorul de forţare:

. (6.10)

Timpul de stabilire devine :

, (6.11)

care scade cu creşterea factorului de forţare, kf.În fig. 6.26.a se dă forma de undă a curenţilor în fazele unui MPP,

pentru kf =28/7=4 şi timpul de stabilire corespunzător, t1 = 0,775 ms, iar în fig. 6.26.b se prezintă aceeaşi diagramă, i(t), de astă dată pentru kf = 50/7 = 7,14, timpul de stabilire obţinut având valoarea t1 = 0,41 ms.

Schema de forţare prin alimentare duală, prezentată mai sus, se aplică numai pentru secvenţa simplă (o singură fază alimentată). Schemele de alimentare pentru secvenţă dublă (două faze alimentate simultan) sunt mai complexe.

Modul de creştere a curentului în fazele unui MPP, la forţarea prin tensiune:a) pentru kf = 4; b) pentru kf = 7

d) Forţarea prin tensiune şi curent controlat prin chopper, se bazează pe utilizarea unei singure tensiuni, U1 de valoare mare şi a unui circuit basculant, pentru deconectarea şi reconectarea acestei tensiuni cu frecvenţă mare, pe durata unui impuls de comandă. Triggerul este astfel reglat încât atunci când curentul depăşeşte valoarea nominală I, curentul este întrerupt prin tranzistorul de putere T2. În continuare curentul începe să se micşoreze închizându-se prin circuitul de descărcare format prin Lm, Rm, Rs, Ds (Fig. 6.27).

96

6. Micromotoare pas cu pas

Forţarea prin tensiune mărită şi curent controlat prin chopper

Când curentul scade sub o anumită valoare minimă, , prefixată, se

reconectează tranzistorul T2 şi ciclul continuă, până când tranzistorul T1 este blocat ca urmare a încetării semnalului principal de comandă, de durată , primit de la distribuitorul de impulsuri. În acest fel, faza este alimentată cu întreruperi, la tensiunea U1 astfel încât valoarea medie a curentului să se situeze la un nivel constant, prestabilit; valoarea curentului este măsurată prin sensorul de curent Rd, sau cu un traductor de curent cu izolare galvanică de tip Hall (de exemplu, din gama de produse LEM).

Deşi tehnica de forţare prezentată este o variantă simplificată a unor scheme mai complexe, ea oferă posibilitatea reglării curentului în fazele MPP şi deci, posibilitatea reglării cuplului dezvoltat. Este una dintre cele mai eficiente metode de alimentare cu curent constant, compensând variaţiile tensiunii de alimentare, ale creşterii t.e.m. cu viteza şi variaţiile rezistenţei fazelor cu temperatura, sau din motive constructive.

97

Micromaşini electrice

6.7. Notiuni de reglare incrementală a poziţiei cu MPP

Proprietatea de a converti un impuls electric într-un pas unghiular, specifică MPP, face posibilă realizarea celor mai simple sisteme de reglare a poziţiei în circuit deschis, fără utilizarea vreunui traductor prin care să se verifice executarea paşilor, deci fără existenţa unei bucle de reacţie pentru poziţionare. Pentru aceasta este necesară însă păstrarea proprietăţii de conversie amintite într-un domeniu cât mai larg de condiţii de funcţionare (viteze, cupluri, amortizări), fără pierderi de paşi.

Poziţionarea cu MPP în circuit deschis se bazează deci pe principiul asigurării sincronismului între paşii executaţi de rotor şi trenul impulsurilor de comandă, care modifică discret (prin salt) repartiţia câmpului magnetic în întrefier.

Determinarea limitelor între care sincronismul impulsuri-paşi se poate păstra, constituie cheia problemei utilizării MPP la poziţionarea în circuit deschis. Pentru asigurarea unei mai bune funcţionări trebuie să se ia în considerare caracteristicile prezentate în § 6.4.

În cele ce urmează se vor prezenta câteva posibilităţi de reglare a poziţiei unui mecanism, cu ajutorul MPP.

În fig. 6.28 se prezintă o schemă simplificată de comandă a MPP în care reglarea poziţiei rotorului se face manual (analogic) prin comandă START-STOP, iar reglarea vitezei prin modificarea frecvenţei impulsurilor.

Impulsurile de comandă sunt generate de către convertorul tensiune-frecvenţă, CTF, frecvenţa impulsurilor, respectiv viteza motorului, fiind reglabile manual din potenţiometrul P. La semnal logic 1 pe intrarea START, impulsurile generate trec prin poarta ŞI la distribuitorul de impulsuri DI de la care, prin comutatoarele de putere din driverul Dr ajung succesiv în fazele motorului, determinând efectuarea paşilor corespunzători impulsurilor primite.

La ieşirea din poarta logică ŞI se poate conecta un ansamblu de numărare-afişare a impulsurilor (paşi comandaţi) APC, intraţi în DI. Oprirea MPP se poate face prin semnal de STOP care este logic 0.

Distribuitorul de impulsuri DI mai are o intrare pentru SENS prin care se poate schimba ordinea de succesiune a fazelor motorului şi o intrare MOD, prin care se poate impune varianta de secvenţă dorită. Pentru verificarea paşilor efectiv executaţi se poate adăuga un traductor de paşi (de impulsuri) TI şi un afişaj APE pentru contorizarea paşilor efectuaţi.

98

6. Micromotoare pas cu pas

Comanda MPP în circuit deschis

a. Comanda numerică a MPP în circuit deschis

În mod curent programarea paşilor care trebuie executaţi de MPP se face pe cale numerică de la un bloc de programare BP sau de la un calculator, printr-o magistrală cu un anumit număr de biţi. În fig. 6.29 se prezintă o schemă de principiu pentru comanda unui MPP după procedeul enunţat mai sus.

Informaţia numerică NZ (numărul de paşi programat) este încărcat în numărătorul reversibil NR şi în acelaşi timp numărul respectiv se afişează pe dispozitivul APC. În momentul în care se doreşte executarea cotei (paşilor) comandate se dă un semnal logic 1 de START astfel încât prin poarta logică ŞI impulsurile de la CTF trec spre numărător şi prin cea de-a doua poartă ŞI ajung la distribuitorul de impulsuri DI şi respectiv la MPP. Când impulsurile de la intrarea Z, aduc numărătorul la zero, acesta pune la ZERO (zero logic) ieşirea spre ŞI astfel că transmiterea impulsurilor încetează şi motorul se opreşte la ultimul impuls respectiv ultimul pas (STOP).

Schema fiind fără reacţie, pentru a verifica dacă toate impulsurile au fost valorificate corect de către MPP, pe axul acestuia se poate pune un traducător de impulsuri TI care alimentează un numărător şi un sistem de afişare a numărului de impulsuri efectiv executaţi, care se va compara cu afişajul APC.

99

Micromaşini electrice

Comanda MPP în circuit deschis cu programare din numărător reversibil

b. Comanda numerică a MPP în circuit închis cu buclă de reacţie numerică.

În cazul unor sisteme de poziţionare mai avansate se face uz de poziţionarea în circuit închis, adică se foloseşte o buclă de reacţie de poziţie analogică sau numerică.

Comanda MPP în circuit închis cu reacţie numerică

În exemplu din fig. 6.30 se foloseşte drept element de reacţie acelaşi traductor de pas-impuls notat cu TI care s-a utilizat şi în exemplul anterior. Structura schemei este foarte apropiată de cea din fig.6.29, cu deosebirea că

100

6. Micromotoare pas cu pas

numărătorul reversibil NR după încărcare din BP şi după semnalul de START, este decrementat de către impulsurile primite de la TI. Când NR ajunge la zero, comută starea logică la ieşirea START-STOP din logic 1 în logic 0 şi transmiterea impulsurilor la DI se opreşte la zero dacă nu au fost paşi pierduţi.

În locul blocului de programare manuală BP se poate face o racordare la un sistem de programare mai complex, cum ar fi un calculator, care conţine programul complet de execuţie a cotelor specifice unor anumite operaţiuni.

6.8. Exemple de aplicaţii cu utilizarea MPP

În toate cazurile în care se utilizează MPP există unele elemente comune cum ar fi: MPP, sistemul de comandă inclusiv programul, cât şi mecanismul de transmisie între MPP şi elementul poziţionat. Deosebirile de la un caz la altul se găsesc în mod deosebit în zona mecanismului antrenat, care constituie sarcina pentru MPP şi care impune particularităţi de program, de precizie şi viteză cu care se face poziţionarea etc.

În paragrafele anterioare s-au tratat deja diverse variante de MPP şi caracteristicile specifice acestora, cât şi principiile de bază ale sistemelor de poziţionare incrementală. Aceste caracteristici împreună cu parametrii cinematici specifici fiecărei aplicaţii, constituie elementele pentru alegerea motorului şi proiectarea în ansamblu a sistemului de poziţionare corespunzător cazului considerat. În cele ce urmează se vor prezenta câteva exemple, devenite clasice în literatura de specialitate şi a căror cunoaştere este utilă pentru înţelegerea unor cazuri similare.

6.8.1. Antrenarea benzilor purtătoare de informaţie

În cazul maşinilor unelte cu comandă-program, când informaţia (software) este stocat pe o bandă (perforată, magnetică, film etc) pentru antrenarea incrementală a benzii, se folosesc cititoare de bandă cu MPP. După cum rezultă din fig. 6.31, sarcina motorului este constituită din rola de antrenare şi banda care necesită o forţă FB pentru a fi trasă de rolă.

Banda constituie obiectul poziţionat şi trebuie să fie deplasată incremental cu o distanţă cuprinsă între axele a două linii (informaţii distincte) adiacente, sau multiplu acestei distanţe. Se defineşte aici rezoluţia l, ca fiind deplasarea minimă programabilă, corespunzătoare unui increment al mişcării benzii.

101

Micromaşini electrice

Schema cinematică de antrenare cu MPP a unui cititor de bandă

Pentru alegerea motorului este necesară – pentru acest caz – evaluarea forţei de frecare FB necesară pentru antrenarea benzii cât şi a momentului de inerţie a ansamblului redus la arborele motorului. Cuplul de frecare va fi dat de relaţia:

, (6.11)

în care: - este coeficientul de frecare al benzii; - d1 diametrul rolei de antrenare; - FN forţa de apăsare a benzii de către rola de presare.Dacă motorul ales are Np, paşi pe o rotaţie, atunci se poate determina

în care l este incrementul de deplasare, după cum s-a arătat mai

sus şi care trebuie cunoscut din modul de imprimare a benzii (densitatea de incremenţi pe unitatea de lungime) cunoscînd:

- Jm momentul de inerţie al MPP; - JR1, jR2 momentele de inerţie ale rolei de antrenare respectiv de

presare; - d2 diametrul rolei de presare; - mB masa benzii.Momentul de inerţie al ansamblului raportat la axul motorului va fi

dat de:

. (6.12)

Acest moment este necesar pentru a fi comparat mai departe cu momentul pentru care este dată caracteristica limită de pornire f(M) din catalogul MPP.

102

6. Micromotoare pas cu pas

Dacă cititorul de bandă trebuie să citească Nl linii pe secundă, atunci motorul va fi comandat cu o frecvenţă: fp = Nl impulsuri/secundă.

Întrucât banda lucrează în regim START-STOP, este necesar a se consulta caracteristica limită de pornire, furnizată de catalog, de tipul celei din fig. 6.32.

Din seria de MPP, din catalog, care au Np paşi/rotaţie se alege motorul care are o caracteristică situată peste punctul de coordonate (fp, MF) calculate mai sus şi care este stabilită pentru un moment de inerţie superior celui calculat cu relaţia (6.12).

Dacă momentul de inerţie calculat diferă de cel pentru care este valabilă caracteristica din catalog, atunci este necesară o verificare a frecvenţei fp. Astfel, dacă în catalog se dă caracteristica limită de pornire pentru J = Jm, atunci limita maximă a frecvenţei de comandă a MPP se corectează faţă de cea rezultată grafic, după relaţia:

, (6.13)

în care Jext este numai momentul de inerţie al sarcinii raportat la arborele motorului, iar Jm este momentul de inerţie al MPP din catalog.

6.8.2. Antrenarea tamburilor de imprimare

În unele sisteme de imprimare se folosesc tamburi pe a căror periferie (suprafaţă cilindrică exterioară) sunt fixate diverse caractere sau simboluri pentru inscripţionare. Tamburul este montat direct pe arborele motorului şi mai rar printr-un reductor. În acest caz sarcina statică este nulă, exceptând frecările, şi contează doar sarcina inerţială. Ca şi în exemplul anterior, regimul de lucru este constituit din porniri scurte care se succed continuu cu opriri scurte. Este

103

Micromaşini electrice

deci necesară evaluarea cuplului inerţial. Considerând o accelerare a tamburului, cuplul de inerţie este:

,

unde t este timpul de accelerare, iar T este viteza unghiulară a tamburului. Frecvenţa impulsurilor de comandă este:

impulsuri/s (6.15)

în care Np este numărul paşilor pe rotaţie.Momentul de inerţie total redus la arborele motorului este:

, (6.16)

unde mT este masa tamburului, iar rT raza tamburului.Pentru alegerea MPP se poate proceda ca în cazul precedent, folosind

caracteristica limită de pornire fp(Mr) pentru un moment de inerţie dat, luând în consideraţie ordonata la origine (Mr = 0) a caracteristicii, aşa cum rezultă din

Schema cinematică limită Folosirea caracteristicilor limită de pornire a MPP

fig. 6.34.a. Se ţine cont de corecţia frecvenţei limită conform relaţiei (6.13). Dacă în catalog se dă caracteristica limită de pornire f(J) pentru Mr = 0, atunci se procedează ca în fig. 6.34.b. În acest caz, J este momentul de inerţie adiţional celui rotoric.

6.8.3. Poziţionarea unei mese rotative

104

6. Micromotoare pas cu pas

În fig. 6.35 se prezintă utilizarea MPP pentru poziţionarea unei mese rotative de precizie. Antrenarea se face printr-un şurub fără sfârşit-roată melcată prin care se poate obţine o rezoluţie foarte bună şi o transmisie fără jocuri.

Raportul Z2/Z1 (dinţi/începuturi) al angrenajului melcat se ia astfel încât rezoluţia a mesei să se potrivească cu pasul p al MPP:

. (6.17)

Dacă viteza de poziţionare a mesei este M, atunci frecvenţa de comandă a MPP este:

imp/s,

cuplul rezistent este:

, (6.18)

unde Ms este cuplul static aplicat mesei rotative, iar este randamentul transmisiei.

Momentul de inerţie total se determină cu:

105

Micromaşini electrice

, (6.19)

unde J1 se referă la şurubul fără sfârşit, iar J2 se referă la roata melcată, iar Jm

este momentul de inerţie al motorului. Pentru a determina frecvenţa maximă de pornire se procedează ca şi în cazurile anterioare.

6.8.4. Poziţionarea în coordonate X-Y

În fig. 6.36 se prezintă schema cinematică a unei mese de poziţionare în coordonate rectangulare. Se utilizează două MPP ce acţionează prin mecanism şurub-piuliţă, cele două sisteme de poziţionare în sistem deschis.

Schiţa mecanismului de antrenare cu MPP a unei mese de poziţionare în coordonate X-Y

În acest caz sunt de fapt două sisteme de poziţionare identice care realizează împreună poziţionarea într-un punct de coordonate X-Y. Pentru cele două motoare există două sisteme identice de comandă subordonate însă unui program unic. Mesele de poziţionare de acest tip se folosesc la trasarea – prelucrarea – plăcilor cu circuite imprimate sau la prelucrări, de exemplu găurire, în coordonate.

106

6. Micromotoare pas cu pas

Masă de poziţionare X-Y cu MPP liniare

În fig.6.37 se prezintă schiţa simplificată a unei mese de poziţionare în coordonate X-Y cu folosirea unor MPP de tip liniar active. Cele două MPP liniare se deplasează pe o platformă plană amenajată special cu zone feromagnetice care alternează cu zone neferomagnetice. Aceste zone sunt echivalente dinţilor rotorici de la motoarele rotative şi care contribuie la realizarea paşilor fără nici o demultiplificare mecanică.

În cele ce urmează se prezintă câteva tabele cu parametrii esenţiali de funcţionare-construcţie pentru MPP realizate şi comercializate de diverse firme constructoare. Astfel în tabelul 6.3 sunt cuprinse date pentru micromotorul cu puteri cuprinse între 13 300 W de tip reductor, cu pasul p de la 1 la 3 grade geometrice.

În tabelul 6.4 se găsesc informaţii cu privire la o serie de pe MPP-MP, de tip activ de puteri ceva mai mari de la 250 la 1 000 W. Se remarcă pasul motorului p = 22,5o care, comparativ cu al unui motor reactiv (tabel 6.3) este mult mai mare, după cum s-a arătat în paragraful 6.3.

În tabelul 6.5 se prezintă o altă serie de MPP de tip reactiv cu unghiul de pas p de la 1,5 la 2,25 grade geometrice. Se remarcă scăderea sensibilă a cuplului disponibil, la arbore în kgfcm, pentru frecvenţe de lucru de 8 000 şi respectiv 16 000 Hz.

Aceste tabele au un caracter orientativ, iar atunci când se urmăreşte proiectarea concretă a unui sistem de poziţionare cu MPP este necesară consultarea catalogului la zi al firmei de la care se intenţionează procurarea MPP.

107

Micromaşini electrice108

6. Micromotoare pas cu pas 109

Micromaşini electrice110


Recommended