Motor pas cu pas

Noțiuni generale

Motorul pas cu pas (MPP) este un convertor electromecanic care realizează transformarea unui tren de impulsuri digitale într-o mișcare proporțională a axului său. Mișcarea rotorului MPP constă din deplasări unghiulare discrete, succesive, de mărimi egale și care reprezintă pașii motorului. În cazul unei funcționări corecte, numărul pașilor efectuați trebuie să corespundă cu numărul impulsurilor de comandă aplicate fazelor motorului.

Unghiul de rotatie pe care il executa rotorul, la aplicarea unui impuls de comanda, reprezinta unghiul de pas al motorului. La fiecare impuls de comanda rotorul executa un pas unghiular, apoi se opreste pana la sosirea urmatorului impuls de comanda. Deplasarea unghiulară totală, constituită dintr-un număr de pași egal cu numărul de impulsuri de comandă aplicat pe fazele motorului, determină poziția finală a rotorului. Această poziție se păstrează, adică este memorată, până la aplicarea unui nou impuls de comandă. Proprietatea de univocitate a conversiei impulsuri - deplasare, asociată cu aceea de memorare a poziției, fac din MPP un excelent element de execuție, integrat în sistemele de reglare a poziției în circuit deschis. MPP mai prezintă proprietatea de a putea intra în sincronism față de impulsurile de comandă chiar din stare de repaus, funcționând fără alunecare, frânarea efectuându-se, de asemenea, fără ieșirea din sincronism. Datorită acestui fapt se asigură porniri, opriri si reversări bruște fără pierderi de pași în tot domeniul de lucru. Viteza unui MPP poate fi reglată în limite largi prin modificarea frecvenței impulsurilor de intrare. Astfel, dacă pasul unghiular al motorului este 1,8° numărul de impulsuri necesare efectuării unei rotații complete este 200, iar pentru un semnal de intrare cu frecvența de 400 impulsuri pe secundă turația motorului este de 120 rotații pe minut. MPP pot lucra până la frecvențe de 1000 - 20000 pași / secundă, având pași unghiulari cuprinși între 180° si 0,3°

Dezvoltările tehnologice în domeniul electronicii, în special a telefoanelor mobile, a condus la necesitatea aparițiilor mașinilor de plantare a pieselor electronice pe plăci, a celor de prelucrare automată a pieselor metalice, etc.

Cele mai multe dintre aceste mașini sunt comandate numeric și conțin elemente în mișcare de mare precizie. Acționarea acestor mașini este realizată cu ajutorul motoarelor de curent continuu, motoarelor pas cu pas, motoarelor sincrone. Dintre acestea, motoarele electrice pas cu pas sunt cele mai întâlnite. Motoarele de curent continuu (MCC) au început să fie înlocuite cu motoare electrice pas cu pas (MPP) odată cu dezvoltarea tehnicilor de control a MPP. Alimentând secvențial fazele motorului cu pulsuri de tensiune continuă, între stator si rotor apare un câmp magnetic învârtitor discret. La frecvența garantată de producător, rotorul își păstrează sincronismul dintre deplasările discrete si câmpul magnetic discret din intrefier .

În cazul motoarelor sincrone cu magneți permanenți alimentate cu tensiuni sinusoidale rotorul se rotește cu aceeași viteză cu câmpul învârtitor din întrefier . Cuplul electromagnetic al motorului pas cu pas prezintă riplu , spre deosebire de cel al motorului sincron care este aproximativ constant. Viteza de rotație este dată de frecvența pulsurilor de tensiune aplicate fazelor în cazul motorului pas cu pas, iar în cazul motoarelor sincrone cu magneți permanenți de frecvența tensiunii de alimentare. Tensiunea electromotoare care se induce în fazele motorului pas cu pas hibrid, în cazul funcționării în regim de generator, este sinusoidală ca și în cazul motoarelor sincrone. Acest lucru este foarte important, deoarece motorul pas cu pas cu magneți permanenți/hibrid poate fi modelat ca fiind un motor sincron cu magneți permanenți cu un număr de perechi de poli egal cu numărul de dinți rotorici .

Motorul pas cu pas este un motor de curent continuu fără perii, în care rotația este divizată într-un anumit număr de pași, care rezultă din construcția motorului. În mod standard, o rotație completă a arborelui cu 360° este divizată în 200 de pași, ceea ce înseamnă că arborele efectuează un nou pas la fiecare 1,8°. Sunt disponibile și motoare în care pasul arborelui este de 2; 2,5; 5, 15 sau 30°.

Funcționalitatea descrisă poate fi obținută datorită construcției speciale a motorului pas cu pas, despre care vom vorbi în continuare. Ca urmare a faptului că o rotație completă a arborelui este împărțită în mai multe segmente discrete, motorul pas cu pas nu se rotește în mod continuu, ci prin pași, trecând prin stări intermediare, de aceea funcționarea unui asemenea motor este însoțită de un sunet caracteristici sau de vibrații.

Tipuri constructive de motoare pas cu pas

Motoarele electrice pas cu pas, ca orice motor electric, sunt realizate din două parți: o parte statică numită stator și alta mobila, rotorul. Statorul este construit din tole feromagnetice, ce prezintă poli în interior pe care sunt plasate înfășurările statorice. Fiecare pol, la rândul sau, prezintă dinți statorici.Constucția rotorului definește tipul de motor pas cu pas: cu material feromagnetic, magnet permanent și magnet permanent cu material feromagnetic. Motoarele pas cu pas cu rotorul din feromagnet mai sunt cunoscute ca motoare cu reluctanță variabilă. Rotorul este format din material feromagnetic ce prezintă pe exterior dinți uniform distribuiți. O construcție aparte a rotorului, este întâlnită la motoarele pas cu pas hibride. Rotorul acestor motoare este format dintr-un magnet permanent și două rotoare feromagnetice care prezintă la exterior dinți uniform distribuiți. Cele două rotoare sunt decalate cu 1/2 pas dinte, iar între ele este plasat magnetul permanent magnetizat axial.