Date post: | 16-Oct-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | cocis-petrisor |
View: | 228 times |
Download: | 10 times |
of 14
1
UNIVERSITATEA DIN ORADEA
FACULTATEA DE INGINERIE ENERGETICA SI MANAGEMENTUL
INDUSTRIAL
SPECIALIZAREA: INGINERIA SISTEMELOR ELECTROENERGETICE
DISCIPLINA:
MAINI SI ACIONRI ELECTRICE
TEM REFERAT: MAINA PAS CU
PAS
COORDONATOR: .l. ing. Mihnea Cmpan STUDENT COCI PETRE-FLORIN
ORADEA-2014
2
CUPRINS
I.Introducere ................................................................... 3 II. Aplicatii ale motoarelor pas cu pas: .......................... 4
1) Motor pas cu pas de tip solenoidal ........................... 4 2) Motor pas cu pas cu reluctan variabil .................. 4
III.Motoarele pas cu pas cu reluctan variabil ............. 5 a) Motor pas cu pas cu magnet permanent n stator ..... 5 b) Motor pas cu pas cu magnet permanent n rotor ...... 6 c) Motor pas cu pas hibrid, cu magnet permanent i reluctan ...................................................................... 6 d) Motor pas cu pas de tip electromecanic ................... 6 e) Motoare pas cu pas electrohidraulice ....................... 6
IV. Avantajele si dezavantajele folosirii MPP : ................ 6 V. Constructia si functionarea MPP ................................ 7
Partile componente ale motoarelor pas cu pas ............. 9 VI.Circuite de comanda pentru MPP ............................ 11 VII .Marimii caracteristice ale MPP ............................. 12 VIII.Bibliografie : ......................................................... 14
3
I.Introducere
Motorul pas cu pas este un convertor ce transform un tren de impulsuri de comand ntr-o micare de rotaie, proporional cu comanda primit. Micarea de rotaie a motorului pas cu pas este de fapt o succesiune de micri de rotaie unghiulare dictate de trenul de comand primit. Dac nu mai este aplicat nici un tren de comand motorul pas cu pas memoreaza ultima pozitie pn la primirea unui alt tren de impulsuri. Motorul pas cu pas este un tip de motor sincron cu poli aparenti pe
ambele armturi. La aparitia unui semnal de comand pe unul din polii statorici rotorul se va deplasa pn cnd polii si se vor alinia n dreptul polilor opusi statorici. Rotirea acestui tip de rotor se va face practic din
pol n pol, de unde si denumirea sa de motor pas cu pas. Comanda motorului se face electronic si se pot obtine deplasri ale motorului bine cunoscute n functie de programul de comand. Motoarele pas cu pas se folosesc acolo unde este necesar precizie ridicat Un motor pas cu pas asigur porniri, opriri i reversri brute fr pierderi de pai pe tot domeniul de lucru. Motoarele pas cu pas (MPP) sunt de fapt motoare sincrone la care fazele
infasurarilor statorice sunt alimentate in impulsuri de curent, rezultate in
urma aplicarii unor impulsuri de tensiune de tip treapta, iar rotorul este de tip reactiv cu poli proeminentii sau in component rotorului putem avea si magneti sau electromagneti cu capetele infasurarilor scoase prin
perii la inele colectoare. Perile colectoare sunt destinate sa transforme
impulsurile electrice in deplasari unghiulare sau liniare discrete,
respective pasi.Motorul pas cu pas este de fapt un motor sincron la care fiecrui impuls i corespunde o deplasare cu un pas. Forma impulsurilor poate varia fr a influena tipul micrii.
4
II. Aplicaii ale motoarelor pas cu pas:
Aplicaiile M.P.P. sunt limitate la situaiile n care nu se cer puteri mari (puteri uzuale cuprinse ntre domeniile microwailor si kilowailor). MPP sunt utilizate n aplicaii de mic putere, caracterizate de micri rapide, precise, repetabile: plotere x-y, uniti de disc flexibil, deplasarea capului de imprimare la imprimante, acionarea mecanismelor de orientare si presiune la roboti, deplasarea axial a elementelor sistemelor optice, mese de poziionare 2D, pentru mainile de gurit etc.
n cele ce urmeaz se vor prezenta tipurile de motoare indicate mai sus.
1) Motor pas cu pas de tip solenoidal
Sunt dou tipuri de astfel de motoare. Primul const dintr-un electromagnet care pune n micare o armatur mobil. Armtura mobil este pus n micare de un electromagnet i atunci cnd ea este atras rotete arborele motor; meninerea poziiei motorului se face cu un mecanism cu clichet. Al doilea tip de motor pas
cu pas solenoidal denumit Motor pas cu pas cu clichet const dintr-un electromagnet cu arc conectat la un ax printr-un mecanism cu clichet.
Principalul avantaj al acestui motor este faptul ca dezvolta un cuplu
relativ mare , iar la efectuarea pasului nu apar oscilaii. Dezavantaj: frecvena de execuie a pailor este redus i este unidirecional.
2) Motor pas cu pas cu reluctan variabil
La acesta principiul de funcionare se bazeaz pe atingerea poziiei de reluctana minim atunci cnd axa polului statoric coincide cu axa polului rotoric. O faz a motorului se nfoar pe doi poli statorici diametral opui. La comutarea unei faze rotorul se rotete cu un pas. Dac se comut alimentarea pe faza urmtoare, rotorul este scos din poziia de echilibru i ca urmare apare un cuplu reactiv. Acest cuplu creste cu unghiul de decalaj dintre axa polului statoric i axa polului rotoric. Atunci cnd cele dou axe sunt coliniare acest cuplu reactiv ajunge la valoarea zero care reprezint poziia de echilibru stabil.
5
Ca valoare unghiul de pas:
p - unghiul de pas p r - numrul de poli rotorici p s - numrul de poli statorici.
III.Motoarele pas cu pas cu reluctan variabil se mpart n:
- motoare cu micare de rotaie sau micare liniar; - monostatoric sau polistatoric;
- cu ntrefier radial sau axial. Pentru micorarea lui p au fost concepute motoare pas cu pas la care rotorul are un numr de dini Zr la motoarele cu 1.8 grade numrul de dini este 50 iar pe rotor axa unui dinte statoric coincide cu axa unui dinte rotoric.
Pasul
poate fi micorat din comanda electronic a motorului utiliznd tehnica micropirii. Viteza unghiular a rotorului:
p=360/ pr*ps=360/4*50 = 1.8 =2 f/N
unde : f frecvena de comutare a pailor [pai / secund]; N numrul de pai / rotaie; N m *Zr; M numrul de faze statorice; Zr numrul de dini rotor.
a) Motor pas cu pas cu magnet permanent n stator
Aceste motoare se obin prin nlocuirea nfurrilor de excitaie cu magnei permaneni. Fluxul de excitaie constant al magneilor permaneni nu depind de poziia rotorului datorit decalajului cu a permeanei magnetice corespunztoare la doi poli vecini i care formeaz o faz. Caracteristic pentru MPP cu magnei permaneni i nfurri de comand montate pe stator este faptul c zonele dinate sunt saturate de fluxul total, ceea ce duce la micorarea coeficientului de utilizare a
6
magneilor.Avantajul acestui motor const n faptul c memoreaz poziia fr ca fazele sa fie alimentate. Dezavantajul principal const n aceea c este unidirecional.
b) Motor pas cu pas cu magnet permanent n rotor
Aceste motoare au n rotor un magnet permanent, care magnetizeaz rotorul radial.Avantajul principal al acestui motor este acela c dezvolt un cuplu de fixare a rotorului, chiar cu fazele nealimentate.
Dezavantajul principal este acela c performanele motorului sunt afectate de schimbrile caracteristicilor motorului .
c) Motor pas cu pas hibrid, cu magnet permanent i reluctan
variabil.
Acest motor are dou pachete stator rotor . Cele dou pachete statorice sunt fixate n aceeai carcas, iar rotoarele sunt solidare pe acelai arbore. ntre cele dou rotoare este plasat un magnet permanent cilindric magnetizat axial.
Avantajul principal al acestui motor: n absena alimentarii fazelor prezint un cuplu de fixare a rotorului. Dezavantajul principal al acestui motor: ineria mare a rotorului.
d) Motor pas cu pas de tip electromecanic
Se bazeaz pe o construcie unitar, compact, ce const dintr-un circuit electromecanic i un sistem de transmisie armonic ce mrete cuplul de ieire i reduce pasul motorului la valori foarte mici. Avantajul principal: pot antrena sarcini ineriale mari. Dezavantajul principal: viteza de rotaie mic.
e) Motoare pas cu pas electrohidraulice
Mrirea cuplului util ntr-un sistem de acionare cu motor pas cu pas, fr a limita turaia maxim de funcionare prin mrirea momentului de inerie, este posibil prin utilizarea unui motor electric pas cu pas de mic putere, n combinaie cu un amplificator de cuplu hidraulic cu piston axial, aceasta din urm avnd un randament ridicat i un moment de inerie redus. ntregul ansamblu motor amplificator hidraulic a primit denumirea de motor pas cu pas electrohidraulic.
IV. Avantajele si dezavantajele folosirii MPP :
Avantaje :
- asigur univocitatea conversiei numr de impulsuri in deplasare i ca urmare pot fi
7
utilizate n circuit deschis (bucla deschisa, fara masurarea si reglarea automata a pozitiei unghiulare);
- gam larg a frecvenelor de comand; - precizie de poziionare i rezoluie mare; - permit porniri, opriri, reversri fr pierderi de pai; - memoreaz poziia; - sunt compatibile cu comanda numeric. Dezavantaje :
- unghi de pas, deci increment de rotaie, de valoare fix pentru un motor dat;
- vitez de rotaie relativ sczut; - putere dezvoltat la arbore de valoare redus; - randament energetic sczut; Ca urmare a apariiei materialelor magnetice cu performane ridicate s-au introdus de elemente de execuie la care micarea este incremental. Din aceast categorie fac parte: motoarele pas cu pas, servomotoarele de curent
continuu i combinaii hibride. Toate aceste elemente au proprietatea c transforma informaia discret sub form de impulsuri n deplasare incremental.
V. Constructia si functionarea MPP
Motorul pas cu pas este un tip de motor sincron, cu poli apareni pe ambele armturi. La apariia unui semnal de comand pe unul din polii statornici, rotorul se va deplasa pn cnd polii si se vor alinia n dreptul polilor opui statorici. Rotirea acestui tip de motor se va face practic din pol n pol motiv pentru care mototul se numete pas cu pas. Altfel spus, atunci cnd bobinele sale sunt alimentate cu anumit polaritate, rotorul MPP st fix pe o poziie. n momentul n care se schimb polaritatea de alimentare a bobinelor,rotorul MPP si schimb poziia cu un numr fix de grade, dup care iarsi st. Repetnd operaiunea se poate obine aparena unei miscri de rotaie continue.
MPP se pot clasifica n functie de tipul constructiv, numarul nfasurarilor de comanda,sistemul de alimentare si modul de comanda.
D.p.d.v. al construciei circuitului magnetic sunt : - MPP cu reluctan variabil (de tip reactiv)fig.1; - MPP cu magnet permanent (de tip activ)fig.2;
- MPP hibride
8
Figura 1.MPP cu reluctan variabil.
Figura 2. MPP cu magnei permaneni
Dup natura modului n care sunt realizate bobinele, MPP pot fi: - Unipolare: bobinele sunt parcurse n acelasi sens de curent - Bipolare: bobinele pot fi parcurse de curent n ambele sensuri Motoarele pas cu pas prezint proprietatea de a putea intra n sincronism fa de impulsurile de comand chiar din stare de repaus, funcionnd fr alunecare, frnarea efectundu-se, de asemenea, fr ieirea din sincronism. Datorit acestui fapt se asigur porniri, opriri i reversri brute fr pierderi de pai n tot domeniul de lucru. Viteza unui motor pas cu pas poate fi reglat n limite largi prin modificarea frecvenei impulsurilor de intrare. Astfel, dac pasul unghiular al motorului este 1,8 numrul de impulsuri necesare efecturii
9
unei rotaii complete este 200, iar pentru un semnal de intrare cu frecvena de 400 impulsuri pe secund turaia motorului este de 120 rotaii pe minut. Motoarele pas cu pas pot lucra pn la frecvene de 1000 - 20000 pai / secund, avnd pai unghiulari cuprini ntre 180 i 0,3.
Partile componente ale motoarelor pas cu pas sunt urmatoarele:
Figura 3. Partile componente ale motoarelor pas cu pas
-Motoarele pas cu pas cu o singura infasurare de comanda este
reprezentat in figura de mai jos.
Cand infasurarea de comanda nu este
alimentata, axa longitudinala a rotorului
are aceasi pozitie cu axa polilor din
magnetii permanenti.Acest tip constructive
se poate construe cu un numar de poli
statorici divizibil cu patru ( 2p = 4 k ,
k=1,2,3) . Numarul de poli rotorici va fi jumatate din cel al statorului. Pasi sunt
realizati mai mici de 90 .
Figura 4.C u o singura infasurare de comanda
10
-Motoarele pas cu pas cu doua infasurari de comanda reprezentat in
figura de mai jos:
Fiecare cuplare a unei infasurari de
comanda corespunde unui pas 90.Marind
numarul de poli se poate micsora
pasul.Astefel s-au realizat MPP cu rotorul
excitat in curent continu care permite
optinerea unui pas de 15 .
Figura 5.Cu doua infasurari de comanda
-Motoarele pas cu pas cu trei sau mai
multe infasurari de comanda :
Aceste tipuri se construiesc in
doua variante :
1.Cu mai multe statoare , pe
fiecare stator avand cate o
infasurare de comanda
( reprezentat in figura de mai sus ),
2.Cu un singur stator cu mai multe
infasurari de comanda .
Figura 6. Motoarele pas cu pas cu trei sau mai multe infasurari de
comanda
11
VI.Circuite de comanda pentru MPP
MPP cu reluctan variabil au mai multe nfasurari de faza uzual 3 sau 5 care sunt alimentate mpreuna de la o borna comuna. Cealalta borna de alimentare este comutata pentru a determina pasirea MPP.
Diodele n paralel cu nfasurarile constituie o cale de circulatie pentru curentul produs de t.e.m de autoinductie la deconectarea acestora si
protejeaza tranzistoarele MOSFET la blocare fig.3.
Figura 7. Alimentarea unui MPP cu 3 nfurri.
Circuitul de comanda al unui MPP bipolar este format din dou puni monofazate, care permit trecerea bidirecional a curentului. Dac ventilele Q1 si Q4 sunt aprinse iar Q2 si Q3 blocate curentul trece de la
stnga la dreapta prin bobina 1 si viceversa. Comutaia trebuie s blocheze o pereche de tranzistoare nainte de a pune perechea urmtoare n conducie.
Figura 8.Alimentarea MPP bipolar.
Pentru evitarea tensiunilor autinduse n bobine n momentele comutaiei, toate comutatoarele vor fi prevzute cu diode de protecie.
12
Comanda MPP, se poate face cu un microcontoler,printr-un circuit
driver.n figura 5 este prezentat modul de comand a unui MPP n punte H cu tranzistoare MOS. n situaia n care A=1; A=1; B=0; B=0; iar curentul circul de la sursa de alimentare la mas parcurgnd bobina de la dreapta la stnga. Atunci cnd micorontrolerul va genera A=0; A=0; B=1; B=1; curentul prin bobin va circula invers,iar MPP va efectua un pas.
Figura 9.Comanda n punte H cu tranzistoare MOS.
VII .Marimii caracteristice ale MPP
Unghiul de pas (Up) este unghiul cu care se deplaseaz rotorul la aplicarea unui impuls de comand.
Frecvena maxim de start-stop n gol este frecvena maxim a impulsurilor de comand, la care motorul poate porni, opri sau reversa
fr pierderi de pa. Frecvena limit de pornire reprezint frecvena maxim a
impulsurilor de comand, cu care MPP poate porni, fr pierderi de pai, pentru un cuplu rezistent i un moment de inerie date.
Cuplul limit de pornire reprezint cuplul rezistent maxim la arbore, cu care MPP poate porni, la o frecven si un moment de inerie date,
fr pierderi de pai. Caracteristica limit de pornire definete domeniul cuplu-frecven de
comand limit, n care MPP poate poni fr pierderi de pai. Frecvena maxim de mers n gol este frecvena maxim a
impulsurilor de comand pe care o poate urmri motorul, fr pierderea sincronismului.
13
Frecvena limit de mers reprezint frecvena maxim cu care poate funciona un MPP,pentru un cuplu rezistent si un moment de inerie
date.
Cuplul limit de mers reprezint cuplul rezistent maxim, cu care poate fi ncrcat un MPP pentru un moment de inerie dat i o frecven de
comand cunoscut. Caracteristica de mers definete domeniul cuplu limit de mers-frecven limit de mers n care MPP poate funciona n sincronism,
fr pierderi de pasi. Viteza unghiular (w) poate fi calculat ca produs dintre unghiul de
pas si frecvena de comand Puterea la arbore este puterea util la arborele motorului,
corespunztoare punctului de funcionare de pe caracteristica de mers, punct caracterizat de cuplul limit de mers i de frecvena maxim de
mers.
Cuplul de meninere este egal cu cuplul rezistent maxim, care poate fi aplicat la arboreal motorului cu fazele nealimentate, fr ca s
provoace rotirea continu a rotorului
14
VIII.Bibliografie :
1. Biro K.A, Viorel I.A., Szabo L.,Hennerberger G. Masini electrice speciale", Editura Mediamira, Cluj
Napoca, 2005.
2. http://users.utcluj.ro/~birok/MS/1-Introducere.pdf. 3. Alina Viorel.- prezentari masini electrice
speciale(1).rar\prezentari - RAR archive, unpacked
size.
4. I.P.Mihu.-curs Sisteme ncorporate 2011. 5. Constantin Ghit - Masini electrice, Ed Matrix
Rom, Bucuresti, 2005, ISBN 973-685-919-3
6. Ion Mihai - inginer, Dorin Merisca - inginer, Eugen Mnzrescu - inginer -Manual pentru autorizarea electricienilor instalatori Centrul de Informare si
Documentare pentru Energetic, Bucuresti 1998