עובדות שחובה לדעת על מנועי צעד

1. מהו מנוע צעד?

מנוע צעד הוא מפעיל הממיר פולסים חשמליים לתזוזה זוויתית. במילים פשוטות: כאשר מנוע הצעד מקבל אות פולס, הוא מניע את מנוע הצעד לסובב זווית קבועה (וזווית צעד) בכיוון שנקבע. ניתן לשלוט במספר הפולסים כדי לשלוט בתזוזה הזוויתית, על מנת להשיג את מטרת המיקום המדויק; במקביל, ניתן לשלוט בתדירות הפולסים כדי לשלוט במהירות ובתאוצת סיבוב המנוע, על מנת להשיג את מטרת ויסות המהירות.

2. אילו סוגי מנועי צעד קיימים?

ישנם שלושה סוגים של מנועי צעד: מגנט קבוע (PM), ריאקטיבי (VR) והיברידי (HB). צעד מגנט קבוע הוא בדרך כלל דו-פאזי, עם מומנט ונפח קטנים יותר, וזווית הצעד היא בדרך כלל 7.5 מעלות או 15 מעלות; צעד ריאקטיבי הוא בדרך כלל תלת-פאזי, עם תפוקת מומנט גדולה, וזווית הצעד היא בדרך כלל 1.5 מעלות, אך הרעש והוויברציה גדולים. באירופה, ארצות הברית ומדינות מפותחות אחרות בוטלו בשנות ה-80; צעד היברידי מתייחס לתערובת של סוג מגנט קבוע ויתרונות של סוג ריאקטיבי. הוא מחולק לדו-פאזי וחמישה-פאזי: זווית צעד דו-פאזי היא בדרך כלל 1.8 מעלות וזווית צעד חמש-פאזי היא בדרך כלל 0.72 מעלות. סוג זה של מנוע צעד הוא הנפוץ ביותר.

3. מהו מומנט ההחזקה (HOLDING TORQUE)?

מומנט החזקה (HOLDING TORQUE) מתייחס למומנט הסטטור הנועל את הרוטור כאשר מנוע הצעדים מופעל אך אינו מסתובב. זהו אחד הפרמטרים החשובים ביותר של מנוע צעד, ובדרך כלל מומנט מנוע הצעדים במהירויות נמוכות קרוב למומנט ההחזקה. מכיוון שמומנט המוצא של מנוע צעד ממשיך לדעוך עם העלייה במהירות, והספק המוצא משתנה עם העלייה במהירות, מומנט ההחזקה הופך לאחד הפרמטרים החשובים ביותר למדידת מנוע צעד. לדוגמה, כאשר אומרים מנוע צעד של 2N.m, הכוונה היא למנוע צעד עם מומנט החזקה של 2N.m ללא הוראות מיוחדות.

4. מהו מומנט החזקה?

מומנט העצירה (DETENT TORQUE) הוא המומנט שבו הסטטור נועל את הרוטור כאשר מנוע הצעדים אינו מופעל. מומנט העצירה אינו מתורגם בצורה אחידה בסין, דבר שקל להתבלבל בו; מכיוון שהרוטור של מנוע הצעדים הריאקטיבי אינו חומר מגנט קבוע, אין לו מומנט העצירה (DETENT TORQUE).

 

5. מהו הדיוק של מנוע הצעדים? האם הוא מצטבר?

באופן כללי, דיוק מנוע הצעד הוא 3-5% מזווית הצעד, והוא אינו מצטבר.

6. כמה טמפרטורה מותרת בצד החיצוני של מנוע הצעדים?

הטמפרטורה הגבוהה של מנוע הצעדים תגרום תחילה לדה-מגנטיזציה של החומר המגנטי של המנוע, מה שיוביל לירידה במומנט או אפילו ליציאה מהמדרגה, לכן הטמפרטורה המקסימלית המותרת לחלק החיצוני של המנוע צריכה להיות תלויה בנקודת הדה-מגנטיזציה של החומר המגנטי של המנועים השונים; באופן כללי, נקודת הדה-מגנטיזציה של החומר המגנטי היא מעל 130 מעלות צלזיוס, וחלקן אף מגיעות ליותר מ-200 מעלות צלזיוס, כך שזה נורמלי לחלוטין שחלקו החיצוני של מנוע הצעדים יהיה בטווח הטמפרטורות של 80-90 מעלות צלזיוס.

 

7. מדוע מומנט מנוע הצעדים יורד עם עליית מהירות הסיבוב?

כאשר מנוע הצעדים מסתובב, ההשראות של כל פאזה של סליל המנוע תיצור כוח אלקטרו-מניע הפוך; ככל שהתדר גבוה יותר, כך הכוח האלקטרו-מניע ההפוך גדול יותר. תחת פעולתו, זרם הפאזה של המנוע יורד עם עליית התדר (או המהירות), מה שמוביל לירידה במומנט.

 

8. מדוע מנוע הצעד יכול לפעול כרגיל במהירויות נמוכות, אך אם הוא גבוה ממהירות מסוימת הוא לא יכול להתחיל לפעול, והוא מלווה בצליל שריקה?

למנוע צעד יש פרמטר טכני: תדר התחלה ללא עומס, כלומר, תדר הפעימה של מנוע הצעד יכול להתחיל כרגיל ללא עומס. אם תדר הפעימה גבוה מערך זה, המנוע לא יוכל להתחיל כרגיל, והוא עלול לאבד צעד או להיחסם. במקרה של עומס, תדר ההתחלה צריך להיות נמוך יותר. אם המנוע רוצה להגיע למהירות סיבוב גבוהה, יש להאיץ את תדר הפעימה, כלומר, תדר ההתחלה נמוך, ולאחר מכן להגדיל אותו לתדר הגבוה הרצוי (מהירות המנוע מנמוכה לגבוהה) בתאוצה מסוימת.

 

9. כיצד להתגבר על הרטט והרעש של מנוע צעד היברידי דו-פאזי במהירות נמוכה?

רעידות ורעש הם חסרונות אינהרנטיים של מנועי צעד כאשר הם מסתובבים במהירויות נמוכות, אשר בדרך כלל ניתן להתגבר עליהם באמצעות התוכניות הבאות:

א. אם מנוע הצעדים פועל באזור התהודה, ניתן להימנע מאזור התהודה על ידי שינוי תיבת ההילוכים המכנית, כגון יחס ההפחתה;

ב. אימוץ הדרייבר עם פונקציית חלוקה, שהיא השיטה הנפוצה והקלה ביותר;

ג. החלף במנוע צעד עם זווית צעד קטנה יותר, כגון מנוע צעד תלת פאזי או חמישה פאזי;

ד. מעבר למנועי סרוו AC, שיכולים להתגבר כמעט לחלוטין על רעידות ורעש, אך בעלות גבוהה יותר;

ה. בציר המנוע עם בולם מגנטי, יש מוצרים כאלה בשוק, אך המבנה המכני של השינוי גדול יותר.

 

10. האם חלוקת המשנה של הכונן מייצגת דיוק?

אינטרפולציה של מנוע צעד היא למעשה טכנולוגיית ריסון אלקטרונית (אנא עיינו בספרות הרלוונטית), שמטרתה העיקרית היא להחליש או לבטל את הרטט בתדר נמוך של מנוע הצעד, ושיפור דיוק הפעולה של המנוע הוא רק פונקציה אגבית של טכנולוגיית האינטרפולציה. לדוגמה, עבור מנוע צעד היברידי דו-פאזי עם זווית צעד של 1.8°, אם מספר האינטרפולציה של מנהל ההתקן של האינטרפולציה מוגדר ל-4, אזי רזולוציית הפעולה של המנוע היא 0.45° לכל פולס. האם דיוק המנוע יכול להגיע או להתקרב ל-0.45° תלוי גם בגורמים אחרים כגון דיוק בקרת זרם האינטרפולציה של מנהל ההתקן של האינטרפולציה. יצרנים שונים של דיוק כונן מחולק עשויים להשתנות במידה רבה; ככל שנקודות החלוקה למשנה גדולות יותר, כך קשה יותר לשלוט בדיוק.

 

11. מה ההבדל בין חיבור טורי לחיבור מקבילי של מנוע צעד היברידי ארבע-פאזי ודרייבר?

מנוע צעד היברידי בעל ארבעה פאזים מונע בדרך כלל על ידי דרייבר דו-פאזי, לכן ניתן להשתמש בחיבור בשיטת חיבור טורית או מקבילית כדי לחבר את המנוע בעל ארבעה פאזים לשימוש דו-פאזי. שיטת החיבור הטורית משמשת בדרך כלל במקרים בהם מהירות המנוע גבוהה יחסית, וזרם המוצא הנדרש של הדרייבר הוא פי 0.7 מזרם הפאזה של המנוע, ולכן חימום המנוע קטן; שיטת החיבור המקבילית משמשת בדרך כלל במקרים בהם מהירות המנוע גבוהה יחסית (הידועה גם כשיטת חיבור במהירות גבוהה), וזרם המוצא הנדרש של הדרייבר הוא פי 1.4 מזרם הפאזה של המנוע, ולכן חימום המנוע גדול.

12. כיצד לקבוע את ספק הכוח DC של הנהג של מנוע צעד?

א. קביעת מתח

מתח אספקת החשמל של דרייבר מנוע צעד היברידי הוא בדרך כלל בטווח רחב (כגון מתח אספקת החשמל של IM483 בין 12 ל-48 וולט DC), מתח אספקת החשמל נבחר בדרך כלל בהתאם למהירות הפעולה ודרישות התגובה של המנוע. אם מהירות העבודה של המנוע גבוהה או דרישת התגובה מהירה, אזי ערך המתח גם גבוה, אך יש לשים לב שהאדווה של מתח אספקת החשמל לא תעלה על מתח הקלט המרבי של הדרייבר, אחרת הדרייבר עלול להינזק.

ב. קביעת הזרם

זרם ספק הכוח נקבע בדרך כלל בהתאם לזרם הפאזה I של הדרייבר. אם משתמשים בספק כוח ליניארי, זרם ספק הכוח יכול להיות פי 1.1 עד 1.3 מ-I. אם משתמשים בספק כוח ממותג, זרם ספק הכוח יכול להיות פי 1.5 עד 2.0 מ-I.

 

13. באילו נסיבות נעשה בדרך כלל שימוש באות הלא מקוון החופשי של מנהל ההתקן של מנוע הצעד ההיברידי?

כאשר אות ה-FREE במצב לא מקוון נמוך, יציאת הזרם מהנהג למנוע נקטעת ורוטור המנוע נמצא במצב חופשי (מצב לא מקוון). בציוד אוטומציה מסוים, אם נדרש לסובב את ציר המנוע ישירות (ידנית) כאשר ההינע אינו מופעל, ניתן להגדיר את אות ה-FREE למצב נמוך כדי להוציא את המנוע למצב לא מקוון ולבצע פעולה או כוונון ידניים. לאחר השלמת הפעולה הידנית, יש להגדיר שוב את אות ה-FREE למצב גבוה כדי להמשיך בבקרה האוטומטית.

 

14. מהי הדרך הפשוטה לכוונן את כיוון הסיבוב של מנוע צעד דו-פאזי כאשר הוא מופעל?

פשוט יישרו את A+ ו-A- (או B+ ו-B-) של חיווט המנוע והדרייבר.

 

15. מה ההבדל בין מנועי צעד היברידיים דו-פאזיים וחמישה-פאזיים עבור יישומים?

תשובה לשאלה:

באופן כללי, למנועים דו-פאזיים בעלי זוויות צעד גדולות הם בעלי מאפייני מהירות גבוהה טובים, אך קיים אזור רטט במהירות נמוכה. למנועים חמישה פאזיים יש זווית צעד קטנה והם פועלים בצורה חלקה במהירויות נמוכות. לכן, דרישות דיוק הפעלת המנוע גבוהות, ובעיקר באזור המהירויות הנמוכות (בדרך כלל פחות מ-600 סל"ד) של המהירות יש להשתמש במנוע חמישה פאזי; להיפך, אם רוצים ביצועים במהירות גבוהה של המנוע, יש לבחור דיוק וחלקות של המהירות ללא דרישות רבות מדי, ובעלות נמוכה יותר של מנועים דו-פאזיים. בנוסף, מומנט המנוע של חמישה פאזיים הוא בדרך כלל יותר מ-2 ניוטון-מטר, ועבור יישומי מומנט קטן משתמשים בדרך כלל במנועים דו-פאזיים, בעוד שאת בעיית החלקות במהירות נמוכה ניתן לפתור באמצעות הנעה מחולקת.