Helyzetbeállítás 5 fázisú léptetõmotorral
A modern rugalmas tervezést és gyártást, a folyamategységek számára a piac egyre nagyobb mértékben igényli a könnyen kézhez-vehetõ hajtásrendszert. Erre a célra alkalmazhatók pontosan pozícionálható, megbízható 5-fázisú léptetõmotorok. A hozzávetõleges alkalmazása a legmodernabb önálló mikroprocesszoros vezérlések, és mint irányítás-kiegészítõ, nagyteljesítményû "tárolt-programozású irányítások" (PLC-k), egy az iparban elismert pozicionáló rendszert képez.
5-fázisú léptetõmotorok
Motorok felépítése:
A többfázisú állandómágneses léptetõmotor, ahogy az 4-1. képen látható, tartalmaz egy lemezelt állórészt és egy állandómágneses forgórészt. Ebben az esetben az itt leírt 5-fázisú motor magábafoglalja az állórész tíz pólusát négy pólusfoggal. Mindegyik pólustekercseléssel van ellátva, aminél az egymással szemközti tekercsek sorba vagy párhuzamosan vannak kapcsolva. Ezzel az elrendezéssel 5 egymástól független mágnespólus áll a rendelkezésünkre.

4-1. ábra.
A forgórész egy hosszirányban mágnesezett állandómágnesbõl áll, ahol mindkét oldalon pólussarú van. A pólussarúk lágymágneses vasból állnak és egyenletes fogazásúak, ebben az esetben 50 fogpár oszlik el a kerület mentén. Az északi pólussarú a déli pólussarú fogaival szemben van és 90o-al villamosan el van forgatva. Így egy pólussarú fogai csak az északi pólushoz a másiké, mint ahogy a másik pólussarú fogai a déli pólushoz tartanak. (4-1. ábra.) A mágneses forgórészfogak az állórész-pólus mindenkori aktuális képének megfelelõen állnak be. A forgórész lépésenkénti továbbkapcsolása az állórész-tekercsek megfelelõ áramlási sorrendjében történik..
Mûködési elv és lépésszög :
Az állórészben az öt tekercsnél a megfelelõ áramellátás kapcsán el lehet érni, hogy a forgórész adott kerületipozícióba álljon be. Az tartónyomaték az egyes fázisokban
-ig látható a 4-2. ábrán. Az egyes fázisok geometrikus összegzésével adódik a mindenkori tartónyomaték-pont a helygörbe teljesléptetõ és félléptetõ üzem esetén.

4-2. ábra
Az 5-fázisú tekercseknél egy megfelelõ vezérlõ sorrendje teszi lehetõvé, hogy a forgórész a mindenkori helygörbe tartási pontjába álljon be (pozícionálja). Tíz lépésszög végrehajtásával a teljeslépésû üzemben =
megegyezõ forgásirányban ismét az azonos tartónyomaték-pontban érjük el a helygörbét. Húsz lépésszögnek a féllépéses üzemû alternatív kivezetésnél azonos forgásirányban
-ban ismét a helygörbe tartónyomaték pontjában visz. Ez azt jelenti, hogy ezután a lépést követõen a forgórész a kezdeti állapothoz képest
-al fordul. Tíz keresztülvitt lépésnél a teljeslépéses üzemmódban a forgórész ezzel pozícionál, a kerületi szög körül,
, s kerületi szöggel fordítja el. 4-1. ábra. Az 5-fázisú léptetõmotor lépésszöge számítható az állórész
pólusszögébõl és az
forgórész fogszögébõl. Ez eredményezi a
-os lépésszöget teljeslépésnél ami megfelel a fordulatonként 500 lépésnek és eredményez egy
-os lépésszöget féllépésnél ami megfelel 1000 lépésnek fordulatonként.
Forgatónyomaték és léptetési frekvencia
Statikus nyomatékgörbe:
A 4-3. ábrán látható a teljeslépéses és a féllépéses üzemmód statikus nyomatékgörbéje. A különbség az
összeg
(féllépéses üzemmód) és az
összeg ( teljeslépéses üzemmód) között csak 5%-ot ér el. Ez az 5-fázisú léptetõmotor tulajdonságai közöl az egyik olyan tulajdonság, amelyik a nyugodt futásért felelõs.

4-3. ábra.
Dinamikus viselkedés:
Az 5-fázisú léptetõmotor forgatónyomaték - léptetõ-frekvencia viselkedését a dinamika határozza meg. A motor tengelyén levehetõ maximális forgatónyomaték a tartónyomaték. A motor tengelyét csak tartónyomatékkal terhelhetjük, de csak álló helyzetben. Léptetõ üzemmódban csökkenti a terhelõnyomatékot az elõadott kritériumok szerint, amelyik az egyik léptetõfrekvenciáról és a másik a terhelés tehetetlenségi-nyomatéka határozza meg. Az 4-4. ábrán ábrázolva van az, hogy milyen módon befolyásolja a terheléstehetetlenségi-nyomaték a léptetõfrekvenciát. Ebbõl képzõdik a motornak két fontos üzembehelyezési tartománya. Ezek az indítási tartomány és a gyorsítási tartomány. Az 5-fázisú léptetõmotor egy léptetõfrekvencián ütésszerûen és lépésbiztosan indítható és megállítható. A tartományban az üzemi-határfrekvenciáig lehet a motort közepesen egy funkcióval gyorsítani vagy fékezni. Az üzemeltetési frekvencia ismétlõdését a 4-5. ábrán láthatjuk. A frekvencia csökkenés pontja mindig változik és a teljesítménynek megfelelõ vezérlés és másrészt, a motortekercselés véges áramnövekedési sebesség jellegétõl függôen úgy, ahogy a motornál az ellen-elektromotoros erõ hat. Ha a motor a tipikus mûködési frekvenciát átlépi, kiesik a motor a lépésbõl és megáll.

4-4. ábra.

4-5. ábra.
Gyorsulás és lefékezés:
Futási terület az
frekvenciájánál egy adott terhelési- forgatónyomatékon és egy bizonyos tehetetlenségi-nyomaték esetén az indulási tartomány
-rõl a gyorsítási tartomány
-ra kerülése nem történhet spontán módon , mert különben fennáll az a veszély, hogy a motor kiesik a lépésbõl. A 4-6. kép mutatja az elvi folyamatot.

4-6. ábra.
Mérsékelt teljesítményû vezérlés
Bipoláris vezérlés:
A bipoláris teljesítményvezérlõ elvi kapcsolási rajzát 1 fázisra vonatkozóan a 4-7. ábra mutatja. A léptetõmotorok esetén a bipoláris vezérlõkapcsolás a leg ráfordítás igényesebb, ami a motor nagy teljesítõképessége esetén lecsökken. Ezen kívül a léptetõmotornak ez a vezérlési módja további intézkedés nélkül vezérelhetõ a teljes- és féllépéses üzem.

4-7. ábra.
Fázisáram szabályozás:
A modern teljesítményvezérlések manapság az áramszabályozás elve alapján mûködik. Itt egy fázis teljes hídkapcsolásánál a két tranzisztort lépéskapcsolóként használják, a további két tranzisztor közepesen szabályozza kívánt fázisáram úgynevezett szaggatófrekvenciáját. Ez a kapcsoló szabályzó a kiválasztott elv alapján lehet csúcsértékszabályzó ként, vagy pulzussáv-moduláció szabályzóelvének alapján felépítve. Maga a szaggatófrekvencia állandó és kb. 20-25 Khz értékû (4-8. ábra).
4-8. ábra.
DIVI-step üzem (lépésosztásos üzem):
A bipoláris lineáris erõsítõ a teljesítmény szerinti fázisvezérlés egy további üzemmódja. Az irányításnak ezt a fajtáját alkalmazzák, ahhoz hogy a léptetõmotor un. lépésosztásos üzeme végrehajtható legyen. A lépésosztásos technikával elérhetõ, hogy egy 5-fázisú léptetõmotor fordulatonként 10000 lépést tesz meg. Ez lépésenként
-os forgási szöget jelent. Ez a finom felbontás úgy érhetõ el, hogy amikor az egyes fázisokban az áramlépéseket egy megadott lépésszögben adják a bipoláris kimeneti fokozatra. A vezérlésnek ezt a módját elõszeretettel alkalmazzák, ha a motortól egy nagyon egyenletes futási tulajdonságra van szükség.
VezérlõlogikaA
teljesítményvezérlés logikai vezérlése
a következõ részekbõl áll:
A jelbemenet, ami potenciálisan különválasztott és messzemenõleg érzéketlen a zavarófeszültségekkel szemben.
A BCD elõre / hátraszámláló számol, a teljes- vagy féllépéses üzemmódnak megfelelõen, egy 0-9-es vagy egy 0-19-es hurokban számlál.
A BCD elõre/hátraszámláló kimenetén keresztül egy PROM-tárolót vezérlünk, hogy melyik a vezérlési sorrend, azt a 4-10/b ábra is mutatja, csak rögzítetten beprogramozhatóan van programozva.
A PROM mindenkor két logikai kimenete vezérel egy motortekercs teljes hídkapcsolását. A további négy t eljesítmény-végfokozatot a 4-9. ábrán csak blokként tünteti fel.

4-9. ábra
Sorrendi-vezérlés:
Bipoláris vezérlõkapcsolásnál minden fázistekercselés esetén a tekercsnek, mint kezdetét, mint végét a váltakozva kell a feszültségforrással összekötni. Ezért szükséges fázisonként 4 kapcsolótranzisztor. Mind az 5 fázis elvi kapcsolási rajzát egy az áramváltozás példájával és képével a 4-10/a ábrán látható. A 4-10/b ábrán lehet a fél- és egészlépésû üzem léptetõ-módjának kapcsolószekvenciáját utólag észlelni.
Teljesítmény-hajtórendszer
OEM-képes teljesítménymeghajtó-kártyák:
A mindenkori mûszaki adatra vonatkozóan az 5-fázisú léptetõmotor fajtáinak különbözõ teljesítménymeghajtó-kártyák állak rendelkezésre. Ennek köszönhetõen minden alkalmazási esetre lehetõség van a legmegfelelõbb és legolcsóbb irányításrendszer meghatározására. Természetesen minden kártya úgy van felépítve, hogy egy kiesésbiztos üzemet szavatol. Ez egy optocsatolt jelbemenettel kezdõdik és halad tovább az összes kártyatechnikán keresztül a rövidzárbiztos végfokozatig. A 4-11. ábrán látható egy ilyen kártya blokkvázlata.

4-10. ábra.

4-11. ábra.
Komplett teljesítményhajtó készülékek:
Egytengelyû teljes vezérlés 2.8A fázisáram és 35V vagy 70V motorfeszültség áll a rendelkezésünkre. A sorozatban gyártott OEM- teljesítménykártyák ebben az egységben alkalmazást nyernek. A kompakt egységeknek az illesztõi a következõ egységekbõl áll:
Hálózati feszültség csatlakoztatása
Vezérlõjel csatlakoztatása
Motorvezeték csatlakoztatása
Természetesen ezen elv alapján felépítve kettõ- és háromtengelyû teljes körû vezérlések is állnak a rendelkezésünkre.
Menethelyzet-beállító vezérlés
A mindenkori igényeihez illesztett különbözõ menet és pozícionáló vezérlések blokksémája a 4-12. képen látható.

4-12. ábra.
Oszcillátor-kártya:
Egy oszcillátor-kártyával, amit a géptípushoz hozzávetõleg be lehet építeni, egyszerû gépek és folyamatciklusok irányítására lehet használni. A kártya a következõ bemeneteket tartalmazza:
Analóg-frekvencia átalakító
Indítás / megállítás
Irány.
Következõ paramétereket lehet beállítani:
Indítási / fékezési frekvencia
Maximális üzemi frekvencia
Gyorsítási és fékezési emelkedés
Egy kártyának a mûködését a 4-13. ábra mutatja.

4-13. ábra.
Mutató:
Alapvetõen a kínált (rendelkezésünkre álló) mutatókat a 4-14. ábrán a következõ módokon dolgozhatják fel:
Indítási / fékezési frekvencia 
Maximális léptetõfrekvencia 
Gyorsítási- és fékezési szög
Útszakasz lépésekben
NIP készüléktípus:
A NIP típussorozat magába foglalja 5A fázisáramig a készüléket. Az építési nagyság egy egytengelyes vezérlésnél
. A helyzetbeállíto-egységhez az adatot soros vagy párhuzamos porton keresztül vezetik. Ezt a 4-14. ábrán láthatjuk. Alkalmas szoftver segítségével a következõ funkciók valósíthatók meg:
Lánc méret
Abszolút méret
A motor teljeslépéses üzemmódja
A motor féllépéses üzemmódja
Hajtómûtényezõ
4-14. ábra.
KIP készüléktípus:
A magába foglaló készülékek sorának a maximális fázisárama 2.8A. A szerkezeti kialakítás a 1/2
kompakt kazettás. A változók feldolgozása amint a 4-14. ábrán láthatjuk ez szintén biztosított. Hozzávetõleg lehet egy megfelelõ árú külsõ programozó készülékkel a következõ paramétereket, mutatókat beállítani. További lehetõségként adódik, párhuzamos be- és kimeneteken át szokványos PLC-irányításokat a KIP készülékhez hozzácsatolni. A felhasználónak lehetõsége van, egy megfelelõ PLC kiválasztásán keresztül kiterjedt gép vagy folyamatciklust PLC-vel irányítani.
Mikroprocesszoros vezérlések:
Egy intelligens mikroprocesszoros vezérléssel, mint pl.: PC, természetesen az alkalmazók abban a helyzetben vannak, hogy a következõ funkcióegységeket irányítsa:
OEM-képes teljesítmény-meghajtókártyák
KIK típusú kompaktkészülékek
NIP típusú mutatók (4-15. ábra)

4-15. ábra.
Helyzetbeállító- és folyamatvezérlés
Posab 2000-es típus:
Ez a készülék a szokásos szabványok alapján felépített mikroprocesszoros vezérlésû. Három db 5-fázisú léptetõmotor irányításával két motor interpoláltan vezérelhetõ. Ezen kívül lehetõség van 32 be- és kimeneti helyzet (állapot) irányítására. Az elõlapon található billentyûzet segítségével lehetséges a BERGER-LAHR Standard-parancs feldolgozása és hozzávetõleg még például a következõ funkciókat végezhetjük el:
Változó és változómûveletek
Merker, logikai-, és összehasonlító mûveletek
Különleges funkciók
Érthetõ szövegben (a képernyõn) a be- és kimenetek, változók és merkerek leírása
Kívánságra tartalmaz
az irányítás két teljesítmény-végfokozatot
2.8A-es fázisáramig. Egy speciális teljesítményillesztõ
kártyával lehet három külsõ teljesítmény-végfokozatot
vezérelni. Ez a vezérlés természetesen még
sok az alkalmazó számára fontos funkciót foglal magába.
Világviszonylatban sok kitûnõen mûködõ megvalósítása
van.Összefoglalás
Az 5-fázisú léptetõmotor funkcióját és dinamikus viselkedését mutattuk meg az alkalmazók és érdeklõdõk számára. Azt is ki kívántuk mutatni, hogy az 5-fázisú léptetõmotor irányításának problémája teljesen a teljesítmény-vezérlõkártya gyártójára van bízva. Egy irányítóegység problémaorientált vásárlásakor a felhasználó az 5-fázisú léptetõmotort az alkalmazó, mint egyszerû gépnek vagy berendezésegységnek szemléli.
Vissza