Schrittmotoren

In jüngerer Zeit der Begriff Schrittmotor war nur einem engen Kreis von Elektrotechnikern bekannt. Schrittmotoren haben nun das ehrenvolle Recht erhalten, nur mit ihren "Initialen" bezeichnet zu werden - SD-Beweise für die weit verbreitete Verwendung elektrischer Maschinen dieses Typs.

Die Phantasie lässt unwillkürlich das Bild einer elektrischen Schrittmaschine mit Gliedmaßen entstehen. Nein, dies ist kein Roboter, obwohl ein Schrittmotor eines seiner Gelenke steuern kann. Das Auto selbst ist sehr einfach. Ein Schrittmotor kann in Form mehrerer Elektromagnete mit Impulswicklungen an einem festen Teil (Stator) und einem Anker dargestellt werden, der sich beim Schalten der Wicklungen dreht oder progressiv bewegt. Zu verstehen wie ein Schrittmotor funktioniertDenken Sie an das Funktionsprinzip anderer elektrischer Maschinen, z. B. Synchronmaschinen.

Am Stator befinden sich zwei oder drei Wicklungen. Sie werden durch sanft wechselnde Sinusströme umströmt. Zusammen mit dem Strom pulsiert das von jeder Wicklung gepulste elektromagnetische Feld. Die Ströme in den Wicklungen steigen und fallen nicht gleichzeitig, sondern mit einer genau definierten Zeitverzögerung; Die Wicklungen selbst sind relativ zueinander verschoben und nehmen gleichmäßig abwechselnde Abschnitte der zylindrischen Oberfläche ein.

Aufgrund dessen bilden zwei oder drei pulsierende Feldwellen (je nach Anzahl der Wicklungen) eine Wanderwelle. Bei jedem Zyklus einer vollständigen Stromänderung in den Wicklungen läuft die resultierende Welle um die gesamte zylindrische Oberfläche der Statorbohrung oder eines Teils davon. Das Feld dreht sich gleichmäßig und trägt den Rotor mit sich. Die Ströme in den Wicklungen ändern sich kontinuierlich, so dass sich das Feld im Arbeitsspalt und der Rotor kontinuierlich drehen. Die Bewegung besteht aus vielen unendlich kleinen Verschiebungen.

Und wenn Sie irgendwann aufhören, die Ströme zu ändern, frieren Sie sie trotzdem auf dem erreichten Niveau ein, das, wie im Kino, für einige Zeit den gleichen Rahmen zeigt? Zusammen mit den Strömen in den Wicklungen friert die Welle des Wanderfeldes in einer bestimmten Position ein und mit ihr stoppt der Rotor. Lassen Sie uns die Gruppe der Bilder ändern und die letzte wieder anhalten. Der Rotor dreht sich um einen bestimmten Winkel und friert wieder ein.

Wiederholen Sie dies immer wieder. Das Auto ging gehorsam in Schritten. Es stellte sich als sehr einfach heraus, Ströme in Wicklungen mit großen oder kleinen Sprüngen zu ändern und den Prozess auf jedem Rahmen einzufrieren. Es reicht aus, Rechteckimpulsschritte an die Wicklungen anzulegen, anstatt die Spannungen kontinuierlich zu ändern. Jeder Impuls ist ein Schritt und kann, falls gewünscht, auf unendlich verzögert werden, dh den Prozess stoppen und den Rotor blockieren. Während sich die Impulse langsam abwechseln, schreitet der Motor deutlich voran.

Unser Auge kann mehrere zehn Schritte pro Sekunde unterscheiden. Aber die Bilder blitzten: hundert, zweihundert, tausend, mehrere Zehntausend Schritte pro Sekunde. Nicht nur unsere Augen, sondern auch empfindliche Instrumente unterscheiden keine Schritte mehr, sondern sehen einfach Rotation.

Der Schrittmotor läuft wie zuvor, schwankt jedoch ein wenig, da er jeden nächsten Schritt streng zum Zeitpunkt des Eintreffens des nächsten Befehls ausführt und dieser Moment möglicherweise nicht der bequemste ist. Der interne Bewegungsautomatismus wird zerstört und durch blinden Gehorsam gegenüber dem Team ersetzt. Aber jederzeit, bei jedem Schritt können wir bestellen: "Einfrieren!". Der Rotor schwingt und friert genau in der angegebenen Position ein.

Versuchen Sie, ihn gewaltsam zu bewegen, wenn es kein Team gibt. Er wird entschlossen Widerstand leisten, und wenn der Motor einen anständigen Aufbau hat, werden Sie ihn nicht mit bloßen Händen nehmen. Das elektromagnetische Feld möchte sich weder in Bewegung noch in Ruhe vom Rotor trennen. Es ist es, das ihn in seiner zähen Umarmung hält und ihn dazu bringt, alle seine Schrittbewegungen zu wiederholen.

Übrigens erfolgt das „Zusammennähen“ einzelner Schritte und, wenn Sie möchten, von Elementarzyklen oder Bewegungszyklen zu einer unendlichen Folge, die wir als kontinuierliche Rotation mit leicht wahrnehmbaren Geschwindigkeitsimpulsen wahrnehmen, in einer Gleichstrommaschine auf die gleiche Weise wie in einem Verbrennungsmotor. Nur dort spielen unermüdliche Bediener keine Bürsten, sondern elektrische Kerzen.

Die Feldschritte, weil die elektronischen Schlüssel durch Befehle von außen geöffnet werden, verbieten dann den Zugang von Strom zu den Wicklungen. Der Schrittmotor wird von einem elektronischen Gehirn angetrieben und seine Fähigkeiten werden außergewöhnlich, manchmal immens.

Schematische Darstellung eines einphasigen Schrittmotors mit symmetrischem Magnetsystem für Uhren, Zähler und industrielle Automatisierungsgeräte.

CNC-Schrittmotor

Moderne Technologie ist ohne Fräsen, Drehen, Erodieren und viele andere digital gesteuerte Maschinen undenkbar. Die meisten von ihnen arbeiten dank Schrittmotoren.

Schrittmotoren, die in den Steuerungsmechanismen von Walzwerken, Pressen und anderen metallurgischen Maschinen angesiedelt sind, wurden zu einem der häufigsten Elemente der Automatisierung, arbeiten in elektrischen Uhren, Zeitschaltuhren und Zählern, auf Schiffen, Flugzeugen und künstlichen Erdsatelliten - wo immer schnell, genau und zuverlässig erforderlich ist Erfüllung des Willens des Menschen.

Mit der Erweiterung der Arbeitsberufe des Schrittmotors entstand eine eigenständig entwickelte Richtung - diskreter elektrischer Antrieb mit Schrittmotoren. Seine Ursprünge waren Wissenschaftler und Ingenieure des problematischen Labors für Elektromechanik MPEI.

Der Schrittmotor gewann 1957 den ersten Sieg, als auf der Weltausstellung in Brüssel die weltweit erste sowjetische digital gesteuerte Fräsmaschine ausgestellt wurde, auf der verschiedene interessante Messestände vorgestellt wurden. Diese Ausstellung wurde mit der Großen Goldmedaille ausgezeichnet und eröffnete eine neue Seite für Werkzeugmaschinen.

Boris Ivobotenko, Doktor der technischen Wissenschaften