Βηματικοί κινητήρες

Πιο πρόσφατα, ο όρος βηματικό μοτέρ ήταν γνωστό μόνο σε ένα στενό κύκλο ηλεκτρικών μηχανικών. Τώρα, οι βηματικοί κινητήρες έχουν λάβει το αξιόλογο δικαίωμα να ονομάζονται μόνο από τα "αρχικά" τους - στοιχεία SD για την ευρεία χρήση ηλεκτρικών μηχανών αυτού του τύπου.

Η φαντασία προκαλεί ακούσια την εικόνα μιας βηματικής ηλεκτρικής μηχανής με άκρα. Όχι, αυτό δεν είναι ένα ρομπότ, αν και ένας βηματικός κινητήρας μπορεί να ελέγξει έναν από τους αρμούς του. Το ίδιο το αυτοκίνητο είναι πολύ απλό. Ένας βηματικός κινητήρας μπορεί να αναπαρίσταται με τη μορφή πολλών ηλεκτρομαγνητών με περιελίξεις παλμών σε ένα σταθερό μέρος (στάτορας) και έναν οπλισμό, ο οποίος, κατά την αλλαγή των περιελίξεων, περιστρέφεται ή κινείται προοδευτικά. Για να καταλάβετε πώς λειτουργεί ένας βηματικός κινητήρας, θυμηθείτε την αρχή της λειτουργίας άλλων ηλεκτρικών μηχανών, όπως σύγχρονη.

Υπάρχουν δύο ή τρεις περιελίξεις στο στάτορα. Έρχονται γύρω από ομαλά μεταβαλλόμενα ημιτονοειδή ρεύματα. Μαζί με το ρεύμα, το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο παλλόμενο από κάθε τύλιξη παλμικά. Τα ρεύματα των περιελίξεων δεν αυξάνονται και μειώνονται ταυτόχρονα, αλλά με αυστηρά καθορισμένη χρονική καθυστέρηση. οι ίδιες οι περιελίξεις μετατοπίζονται μεταξύ τους και καταλαμβάνουν ομοιόμορφα εναλλασσόμενα τμήματα της κυλινδρικής επιφάνειας.

Λόγω αυτού, δύο ή τρία παλμικά κύματα πεδίου (ανάλογα με τον αριθμό των περιελίξεων) σχηματίζουν ένα κυματιστό κύμα. Για κάθε κύκλο πλήρους αλλαγής ρεύματος στις περιελίξεις, το κύμα που προκύπτει κυκλοφορεί ολόκληρη την κυλινδρική επιφάνεια της οπής του στάτη ή μέρους αυτού. Το πεδίο περιστρέφεται ομοιόμορφα, μεταφέροντας μαζί τον δρομέα. Τα ρεύματα των περιελίξεων αλλάζουν συνεχώς, έτσι ώστε το πεδίο στο διάκενο εργασίας και ο ρότορας να περιστρέφονται συνεχώς. Η κίνηση αποτελείται από πολλές απείρως μικρές μετατοπίσεις.

Και αν σε κάποιο σημείο σταματήσετε να αλλάζετε τα ρεύματα, παγώστε τα στο επιτυγχανόμενο επίπεδο, ούτως ή άλλως, τα οποία, όπως και στον κινηματογράφο, εμφανίζουν το ίδιο πλαίσιο για κάποιο χρονικό διάστημα; Μαζί με τα ρεύματα των περιελίξεων, το κύμα του πεδίου κίνησης θα παγώσει σε κάποια θέση, και μαζί του ο δρομέας θα σταματήσει. Ας αλλάξουμε την ομάδα των πλαισίων και να σταματήσουμε και πάλι το τελευταίο, ο ρότορας θα γυρίσει μια ορισμένη γωνία και θα παγώσει και πάλι.

Επαναλάβετε αυτό ξανά και ξανά. Το αυτοκίνητο υπάκουσε με τα πόδια. Αποδείχθηκε ότι είναι πολύ απλό να αλλάζετε τα ρεύματα στις περιελίξεις με μεγάλα ή μικρά άλματα, παγώνοντας τη διαδικασία σε οποιοδήποτε πλαίσιο. Αρκεί να εφαρμοστούν βήματα των ορθογώνιων παλμών στις περιελίξεις αντί να αλλάζουν συνεχώς οι τάσεις. Κάθε ώθηση είναι ένα βήμα και μπορεί να σφίγγεται στο άπειρο εάν είναι επιθυμητό, ​​δηλαδή να σταματάει η διαδικασία και να κλειδώνει ο ρότορας. Ενώ οι παλμοί εναλλάσσονται αργά, ο κινητήρας προχωράει ξεκάθαρα.

Το μάτι μας είναι σε θέση να διακρίνει μερικές δεκάδες βήματα ανά δευτερόλεπτο. Αλλά τα πλαίσια έλαμψαν: εκατό, διακόσια, χίλια, μερικές δεκάδες χιλιάδες βήματα ανά δευτερόλεπτο. Όχι μόνο τα μάτια μας, αλλά και τα ευαίσθητα όργανα δεν διακρίνουν πλέον τα βήματα, αλλά απλά βλέπουν την περιστροφή.

Το βηματικό μοτέρ τρέχει, όπως και πριν, μολονότι υποχωρεί λίγο, επειδή παίρνει κάθε επόμενο βήμα αυστηρά κατά την άφιξη της επόμενης εντολής και αυτή η στιγμή μπορεί να μην είναι η πιο βολική. Ο εσωτερικός αυτοματισμός των κινήσεων καταστρέφεται και αντικαθίσταται από τυφλή υπακοή στην ομάδα. Αλλά ανά πάσα στιγμή, σε κάθε βήμα, μπορούμε να διατάξουμε: "Freeze!". Ο δρομέας θα περιστραφεί και θα παγώσει ακριβώς στην ενδεικνυόμενη θέση.

Δοκιμάστε να τον μετακινήσετε βίαια όταν δεν υπάρχει ομάδα. Θα αντισταθεί αποφασιστικά και αν ο κινητήρας είναι αξιοπρεπούς κατασκευής, δεν θα το πάρετε με τα γυμνά χέρια σας. Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο δεν θέλει να χωρίσει με τον δρομέα, είτε σε κίνηση είτε σε ηρεμία. Είναι αυτό που τον κρατάει στην ατέλειωτη αγκαλιά του και τον αναγκάζει να επαναλάβει όλες τις κινήσεις του.

Παρεμπιπτόντως, η "συρραφή" μεμονωμένων βημάτων και, αν θέλετε, από στοιχειώδεις κύκλους ή κύκλους κίνησης σε μια ατέρμονη ακολουθία, την οποία αντιλαμβανόμαστε ως συνεχή περιστροφή με ελαφρώς αισθητές παλμικές ταχύτητες, συμβαίνει σε μηχανή συνεχούς ρεύματος με τον ίδιο τρόπο όπως σε μηχανή εσωτερικής καύσης. Μόνο εκεί, ο ρόλος των ακούραστων χειριστών δεν είναι βούρτσες, αλλά ηλεκτρικά κεριά.

Τα βήματα του πεδίου, επειδή τα ηλεκτρονικά κλειδιά ανοίγουν με εντολές από έξω, τότε απαγορεύουν την πρόσβαση του ρεύματος στις περιελίξεις. Ο βηματικός κινητήρας τροφοδοτείται από έναν ηλεκτρονικό εγκέφαλο και οι δυνατότητές του γίνονται εξαιρετικές, μερικές φορές εξαιρετικά.

Σχηματικό διάγραμμα μονοφασικού βηματικού κινητήρα με συμμετρικό μαγνητικό σύστημα ρολογιών, μετρητών και βιομηχανικών συσκευών αυτοματισμού.

CNC stepper motor

Η σύγχρονη τεχνολογία είναι αδιανόητη χωρίς άλεση, στροφή, EDM και πολλά άλλα ψηφιακά ελεγχόμενα μηχανήματα. Τα περισσότερα από αυτά λειτουργούν χάρη στους βηματικούς κινητήρες.

Οι βηματικοί κινητήρες που εγκαθίστανται στους μηχανισμούς ελέγχου των ελαιοτριβείων, των πιεστηρίων και άλλων μεταλλουργικών μηχανών, έγιναν ένα από τα πιο κοινά στοιχεία αυτοματισμού, εργασίας σε ηλεκτρικά ρολόγια, χρονοδιακόπτες και μετρητές, σε πλοία, αεροπλάνα και τεχνητούς δορυφόρους της Γης - εκπλήρωση της θέλησης του ανθρώπου.

Με την επέκταση των επαγγελμάτων εργασίας του βηματικού μοτέρ, προέκυψε ανεξάρτητη κατεύθυνση - διακριτή ηλεκτρική κίνηση με βηματικούς κινητήρες. Η προέλευσή του ήταν επιστήμονες και μηχανικοί του προβληματικού εργαστηρίου της ηλεκτρομηχανικής MPEI.

Ο βηματικός κινητήρας κέρδισε την πρώτη νίκη το 1957, όταν η πρώτη σοβιετική ψηφιακά ελεγχόμενη μηχανή φρεζαρίσματος στον κόσμο παρουσιάστηκε στην Παγκόσμια Έκθεση στις Βρυξέλλες, όπου παρουσιάστηκαν διάφορα ενδιαφέροντα εκθεσιακά περίπτερα. Αυτό το εκθετήριο απονεμήθηκε το Μεγάλο Χρυσό Μετάλλιο και άνοιξε μια νέα σελίδα στα εργαλειομηχανές.

Boris Ivobotenko, Διδάκτορας των Τεχνικών Επιστημών