2- és 5-fázisú léptetômotorok felépítése
Bevezetés
Többfázisú állandómágneses léptetõmotorok (Hibrid) és annak üzemi viselkedése kerül bemutatásra egy Sigma vagy Superior típusú ismert 2-fázisú állandómágneses léptetõmotorral összevetve.
Eddigi rendszerek fejlesztése során az elmúlt idõszakban egyre több terület nyílt meg a léptetõmotorok alkalmazása elõtt. Ennek során fellépõ problémák többnyire hasonlóak voltak. A léptetõmotorok dinamikai viselkedésükben jó közelítéssel lengõ viselkedésû másodfokú lineáris rendszerkén írhatók le. A többfázisú motorok
lépésszöggel rendelkezõ 5-fázisú motor kerül, a 2-fázisú motor
lépésszögével összehasonlításra. Ennek során bemutatásra kerül, hogy az 5-fázisú motor esetén az elektronikus vezérlés megvalósításához szükséges csekély többletköltséget a 2-fázisú motorhoz képest lényegesen jobb üzemi viselkedéssel ellensúlyozza. Ezen kívül az is bemutatásra kerül, hogy 5-fázisú motor 2-fázisúként üzemeltethetõ, amikor a 2-fázisú motoréval, azonos tulajdonsággal és lépésszöggel rendelkezik. Lehetõvé válik a motorváltoztatás nélküli, fordulatonkénti 500 lépésrõl 200 lépésre történõ elektronikus átkapcsolás.
Mûködési elv
A 2-fázisú motor mûködési elve ismertnek tekinthetõ. A 2-1 ábra a 2-fázisú és az 5-fázisú motor egyszerû különbségének az összehasonlítását mutatja. A 2-fázisú motor 8 állórészpólussal és tárcsánként 10 forgórészfoggal rendelkezik, az 5-fázisú motor 10 állórészpólussal és 12 forgórészfoggal rendelkezik. 8 állórészpólusra 4 és 10 állórészpólussal 5-fázisú vihetõ fel oly módón hogy a tekercsek két egymással ellentétesen elhelyezkedõ pólussal együtt képeznek egy fázist.

2-1. ábra 2-fázisú (4) és az 5-fázisú motor egyszerû
különbségének az összehasonlítása
Kiindulva abból, hogy minden fázis
(1) forgórészfogosztásnál maximális amplitúdójú szinuszos lefolyású statikus nyomatékgörbét idéz elõ, amibõl a 2-2. és 2-3. ábrán látható forgatónyomaték-vektor diagrammok rajzolhatók fel. 
2-2. ábra. 2-fázisú (4) és az 5-fázisú motor
vektordiagramja

2-3. ábra. 5-fázisú motor
vektordiagramja
8 pólusú állórész esetén 4 lehetséges fázis
(2)értékkel tolható el. Ha egy ilyen motort az ismert 2-fázisú teljeslépéses üzemmódban üzemeltetnek
(3) lépésszög adódik és lépésrõl lépésre azonos
(4)állandó értékû forgatónyomaték adódik.

2-4. ábra. 2-fázisú motor
lemez keresztmetszete
Ezek a motorok többnyire olyan módon kerülnek üzemeltetésre, hogy a kapcsolási mód úgy alakul, mint pl. az 2-1. ábra szerinti bipoláris kapcsolásnál 1-es 3-es fázisok és a 2-es és 4-es fázisok összefogásával. A mûködési viselkedés javítása érdekében (tekintettel a 2-fázisú léptetõmotor kedvezõtlen lengési viselkedésére) ezt javítandó, lehetséges az ilyen motorok féllépéses üzemben való mûködtetése. Ekkor egy terheletlen állapotnál állandó lépésszög mellett
(5) érték adódik. Mindenesetre valamilyen terhelés forgatónyomatéka áll a rendelkezésünkre, aminek hatására ez az érték lépésrõl lépésre nem változik.
A 2-2.ábrán látható két azonos tulajdonságú tartónyomaték a 
és a
amik csak egymástól
tényezõben különböznek. Csak ennek a 4-fázisú motornak az üzemeltetésekor, lehetséges a teljeslépéses üzemmód lépésszögét
közel negyedelni, azonban mára a terhelésmentes állapotban sem kapunk állandó negyed lépésszöget
. Ezen kívül ebben az esetben három különbözõ tartónyomaték adódik, amik egymáshoz képest
viszonyban állnak. Ezáltal felismerhetõ, az hogy ilyen elv alapján felépített motor értelemszerûen, jelentõsebb elektronikai többletráfordítás nélkül csak 2-fázisú üzemben alkalmazható. 10 pólusú állórésznél a
vektordiagramban az 5 lehetséges fázis egymáshoz képest
(6) mértékben térnek el. Ekkor a teljeslépés szög egyaránt elérhetõ akkor ha a 4 fázis is és az 5 fázis is egyszerre van gerjesztve.
(7) Még itt is lehetséges a féllépéses üzemben való mûködtetés, ha lépésrõl lépésre a 4 és 5 fázis váltakozva gerjesztjük. A féllépés szög az alábbiakból adódik
(8)A forgatónyomaték különbségek a 4 és 5 gerjesztett fázis között a 2-fázisú motorhoz képest elég csekély. Ebbõl az okból célszerû a teljeslépéses üzemhez a 2-1. ábrán mutatott egyszerû bipoláris kapcsolást alkalmazni. Itt az 5 fázis ötszögbe van
kapcsolva, és mindegyik csomópontnál egy kapcsoló tranzisztorpár kerül felhasználásra. Ebben a kapcsolási módban a teljeslépésben egyszerre mindig csak 4 fázis gerjesztett.
Motor tartónyomatéka:Teljeslépésnél:
(9)
Féllépésnél:

Itt tudni kell, hogy az alkalmazott 5-szög kapcsolásban a nem gerjesztett fázis mindig a feszültségforrás negatív vagy pozitív pólusán keresztül rövidre van zárva. Ennek hatása, tekintve az állandó feszültségû üzem csillapítását, a tekercselés elõtét-ellenállással vagy a nélkül pozitív hatással rendelkezik. Ebbõl a fejtegetésbõl a következõ látható:
a, A 10 pólósú állórészû 5-fázisú teljesléptetõ üzemû motor ellentétben a 8 pólósú állórészû 2-fázisú teljesléptetõ üzemû motorral 25%-al több kapcsolótranzisztor felhasználás mellett lényegesen kisebb lépésszög elõállítására alkalmas. Mindkét motor esetén azonos forgórész fogszámot választanak, akkor:
(10)b, Féllépéses üzemmódban lépésrõl-lépésre a tartónyomaték különbség 10 pólusú motornál elhanyagolható, de a 8 pólusú motornál nem. ezáltal a 10 pólusú motor jobb üzemi tulajdonsággal rendelkezik.
(11)
Az összehasonlítandó motorok felépítése
A 8 pólusú motor ismert módon épül fel. A 8 fõpólus a 2-4. ábrának megfelelõen mindig 5 egyedi foggal rendelkezik. A forgórész egy tengelyirányban mágnesezett mágnesbõl áll és a homlokoldalán egy-egy 50 foggal (ZR ) rendelkezõ egymáshoz képest
eltolt köpennyel rendelkezik. Ennek következtében egy teljelépésszög a (3) alapján a következõt eredményezi:
(12)A 10 pólusú motornak megfelelõ képet az 2-5.ábra mutatja ahol a fõpólus 4 fõpólusfogból áll.

2-5. ábra. 5-fázisú motor
lemezkeresztmetszete
A forgórész teljesen megegyezik a 2-fázisú motoréval. Ebben a kivitelben két különbözõ pólusosztás adódik
és
:
és
(13)
és 
ahol n, k, k' egész számok és
.
A számok közti kapcsolat ezáltal adott hogy
(14)A rendelkezésre álló fõpólusok száma u, osztva az 5 fázisszámmal és az n a fogosztás száma TR fõpólusonként. Ebben az esetben az alábbi adódik:
A 3 szám ahogy az (14) egyenlet mutatja, itt egy
fázis eltolási szög lett választva. Ebbõl motoros elõnyök adódnak, amelyekre azonban részletesen nem térünk ki. Két további lemezkeresztmetszet kiviteli lehetõséget mutatja a 2-6. ábra. Ezt a formát választva, a 2-5. ábrával ellentétben elõnyösebb lépésszöget és szórásmezõket érhetünk el. A következõkben megvizsgálandó motor lemezkeresztmetszetét a 2-6. ábra mutatja.

2-6. ábra. 5-fázisú motor lemezkeresztmetszet
kialakítására különbözõ módon

2-7. ábra. 5-fázisú motor teljeslépéses
üzemben történõ mûködtetése
Motortípusok mûszaki adatai:
Mindkét motor megfelel a 34-es méretnek és azonos forgórésszel is rendelkeznek, amelyekben az állandómágnes a következõ jellemzõkkel rendelkezik:Br=1,2 Tesla; BHC=52KA/m; B0=1,1 Tesla; 
A furatátmérõ az állórész tengelyirányú hosszúsága valamint a légrés mindkét motor esetén azonos. A TS állórészfogosztás mindkét motornál megegyezik a TR forgórész fogosztással és a relatív permeancia fogosztásonként az alábbi
(15)
ahol
.
Kétfázisú motor esetén a 4db 1 fázishoz tartó tekercse sorban 5 fázis esetén 1 fázis két tekercse párhuzamosan van kapcsolva, hogy az alábbi összehasonlító számítás végrehajtható legyen.
2~Motor 5~Motor
N2=52 Wdg./pólus N5=183Wdg./pólus
0.68 mm (Drótátmérõ) 0.32mm
RSp.2=0.25
/tekercs R5=1/2RSp.5=2
R2=4 RSp.2=1
/fázis R5=1/2 RSp.5=2
/fázis
fN2=192 (relatív rézfelhasználás) fN5=187
P2be=12.5 W (bemeneti telj. álló állapotban) P5be=12.5 W
J2=2.5A/fázis J5=1.25A/fázis
A tekercselés idõállandóinak viszonya:
(16)A 2-fázisú motor a U.S.-szabadalomhoz hasonló bipoláris szaggatóval, az 5-fázisú motor a 2-7. és 2-8. ábra szerint kerül üzemeltetésre ahol a kapcsolótranzisztor fokozat szintén szaggató elvén mûködik. Mindkét motor esetén a szaggatófeszültség UCh=70V. A túlgerjesztési viszony mindkét motor esetében azonos. Ezzel a két motor közötti objektív méréstechnika összehasonlításához adottak a feltételek.
2-8. ábra. Gyûrûszámláló 5-fázisú
motor vezérléséhez
Kapcsolódó témák:
2- és 5-fázisú léptetômotorok méréstechnikai összehasonlítása
2- és 5-fázisú léptetômotorokról írottak összefoglalása
Vissza