Pagpili ng mga stepper motor sa kagamitan sa automation

Mga stepper motorMaaaring gamitin para sa pagkontrol ng bilis at pagkontrol ng pagpoposisyon nang hindi gumagamit ng mga feedback device (ibig sabihin, open-loop control), kaya ang solusyon sa pagmamaneho na ito ay parehong matipid at maaasahan. Sa mga kagamitan sa automation at mga instrumento, ang stepper drive ay malawakang ginagamit. Ngunit maraming mga gumagamit ng teknikal na tauhan ang may mga katanungan tungkol sa kung paano pumili ng naaangkop na stepper motor, kung paano gawin ang pinakamahusay na pagganap ng stepper drive. Tinatalakay ng papel na ito ang pagpili ng mga stepper motor, na nakatuon sa aplikasyon ng ilang karanasan sa engineering ng stepper motor, umaasa ako na ang pagpapasikat ng mga stepper motor sa kagamitan sa automation ay gaganap ng isang papel sa sanggunian.

 

1. Pagpapakilala ngmotor na stepper

Ang stepper motor ay kilala rin bilang pulse motor o step motor. Sumusulong ito sa isang tiyak na anggulo sa tuwing nagbabago ang excitation state ayon sa input pulse signal, at nananatiling nakatigil sa isang tiyak na posisyon kapag ang excitation state ay nananatiling hindi nagbabago. Pinapayagan nito ang stepper motor na i-convert ang input pulse signal sa isang katumbas na angular displacement para sa output. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa bilang ng mga input pulse, matutukoy mo nang tumpak ang angular displacement ng output upang makamit ang pinakamahusay na posisyon; at sa pamamagitan ng pagkontrol sa frequency ng mga input pulse, makokontrol mo nang tumpak ang angular speed ng output at makamit ang layunin ng pag-regulate ng bilis. Noong huling bahagi ng dekada 1960, lumitaw ang iba't ibang praktikal na stepper motor, at sa nakalipas na 40 taon ay mabilis na naganap ang pag-unlad. Nagawa na ng mga stepper motor na gamitin ang mga DC motor, asynchronous motor, at mga synchronous motor, kaya naging pangunahing uri ito ng motor. May tatlong uri ng stepper motor: reactive (VR type), permanent magnet (PM type) at hybrid (HB type). Pinagsasama ng hybrid stepper motor ang mga bentahe ng unang dalawang anyo ng stepper motor. Ang stepper motor ay binubuo ng isang rotor (rotor core, permanent magnet, shaft, ball bearings), isang stator (winding, stator core), front at rear end caps, atbp. Ang pinakakaraniwang two-phase hybrid stepper motor ay may stator na may 8 malalaking ngipin, 40 maliliit na ngipin at isang rotor na may 50 maliliit na ngipin; ang three-phase motor ay may stator na may 9 malalaking ngipin, 45 maliliit na ngipin at isang rotor na may 50 maliliit na ngipin.

 

2, Prinsipyo ng pagkontrol

Angmotor na stepperHindi maaaring direktang ikonekta sa power supply, ni hindi rin ito maaaring direktang tumanggap ng mga electrical pulse signal, kailangan itong maisakatuparan sa pamamagitan ng isang espesyal na interface - ang stepper motor driver upang makipag-ugnayan sa power supply at controller. Ang stepper motor driver ay karaniwang binubuo ng isang ring distributor, at isang power amplifier circuit. Ang ring divider ay tumatanggap ng mga control signal mula sa controller. Sa bawat oras na matatanggap ang isang pulse signal, ang output ng ring divider ay kino-convert nang isang beses, kaya ang presensya o kawalan at dalas ng pulse signal ay maaaring matukoy kung ang bilis ng stepper motor ay mataas o mababa, bumibilis o bumabagal upang magsimula o huminto. Dapat ding subaybayan ng ring distributor ang direction signal mula sa controller upang matukoy kung ang mga output state transition nito ay nasa positibo o negatibong pagkakasunud-sunod, at sa gayon ay matukoy ang pagpipiloto ng stepper motor.

 

3, Pangunahing mga parameter

①Numero ng bloke: pangunahing 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, atbp.

②Numero ng phase: ang bilang ng mga coil sa loob ng stepper motor, ang bilang ng phase ng stepper motor ay karaniwang may two-phase, three-phase, at five-phase. Pangunahing ginagamit ng Tsina ang two-phase stepper motor, at mayroon ding ilang aplikasyon ang three-phase. Mas madalas gamitin sa Japan ang five-phase stepper motor.

③Anggulo ng hakbang: naaayon sa signal ng pulso, ang angular displacement ng pag-ikot ng rotor ng motor. Ang pormula sa pagkalkula ng anggulo ng hakbang ng stepper motor ay ang mga sumusunod

Anggulo ng hakbang = 360° ÷ (2mz)

m ang bilang ng mga phase ng isang stepper motor

Z ang bilang ng mga ngipin ng rotor ng isang stepper motor.

Ayon sa pormula sa itaas, ang anggulo ng hakbang ng two-phase, three-phase at five-phase stepper motors ay 1.8°, 1,2° at 0.72° ayon sa pagkakabanggit.

④ Holding torque: ay ang torque ng stator winding ng motor sa pamamagitan ng rated current, ngunit ang rotor ay hindi umiikot, kaya nilo-lock ng stator ang rotor. Ang holding torque ang pinakamahalagang parameter ng mga stepper motor, at ito ang pangunahing batayan para sa pagpili ng motor.

⑤ Torque sa pagpoposisyon: ay ang torque na kinakailangan upang paikutin ang rotor gamit ang panlabas na puwersa kapag ang motor ay hindi dumadaan sa kuryente. Ang torque ay isa sa mga tagapagpahiwatig ng pagganap upang suriin ang motor, sa kaso ng iba pang mga parameter ay pareho, mas maliit ang torque sa pagpoposisyon ay nangangahulugan na ang "slot effect" ay mas maliit, mas kapaki-pakinabang sa kinis ng motor na tumatakbo sa mababang bilis. Mga katangian ng dalas ng torque: pangunahing tumutukoy sa mga katangian ng dalas ng torque na hinila palabas, ang motor ay matatag na operasyon sa isang tiyak na bilis ay maaaring makatiis sa maximum na torque nang hindi nawawala ang hakbang. Ang moment-frequency curve ay ginagamit upang ilarawan ang ugnayan sa pagitan ng maximum na torque at bilis (dalas) nang walang pagkawala ng hakbang. Ang torque frequency curve ay isang mahalagang parameter ng stepper motor at ang pangunahing batayan para sa pagpili ng motor.

⑥ Rated current: ang motor winding current na kinakailangan upang mapanatili ang rated torque, ang epektibong halaga

 

4. Pagpili ng mga punto

Para sa mga pang-industriyang aplikasyon, ang stepper motor ay maaaring umabot sa bilis na 600 ~ 1500rpm, at mas mataas ang bilis, maaari mong isaalang-alang ang closed-loop stepper motor drive, o pumili ng mas naaangkop na servo drive program stepper motor selection stepper motor stepper (tingnan ang figure sa ibaba).

 

(1) Pagpili ng anggulo ng hakbang

Ayon sa bilang ng mga phase ng motor, mayroong tatlong uri ng step angle: 1.8° (two-phase), 1.2° (three-phase), 0.72° (five-phase). Siyempre, ang five-phase step angle ang may pinakamataas na katumpakan ngunit ang motor at driver nito ay mas mahal, kaya bihirang gamitin ito sa Tsina. Bukod pa rito, ang mga pangunahing stepper driver ngayon ay gumagamit na ng teknolohiya ng subdivision drive, sa 4 na subdivision sa ibaba, ang katumpakan ng subdivision step angle ay maaari pa ring garantiyahan, kaya kung ang mga indicator ng katumpakan ng step angle lamang ang isinasaalang-alang, ang five-phase stepper motor ay maaaring palitan ng two-phase o three-phase stepper motor. Halimbawa, sa paggamit ng isang uri ng lead para sa 5mm screw load, kung ang isang two-phase stepping motor ay ginagamit at ang driver ay nakatakda sa 4 na subdivision, ang bilang ng mga pulse bawat revolution ng motor ay 200 x 4 = 800, at ang pulse equivalent ay 5 ÷ 800 = 0.00625mm = 6.25μm, ang katumpakan na ito ay maaaring matugunan ang karamihan sa mga kinakailangan ng aplikasyon.

(2) Pagpili ng static torque (holding torque)

Ang mga karaniwang ginagamit na mekanismo ng pagpapadala ng karga ay kinabibilangan ng mga synchronous belt, filament bar, rack at pinion, atbp. Una, kinakalkula ng mga customer ang karga ng kanilang makina (pangunahin ang acceleration torque kasama ang friction torque) na na-convert sa kinakailangang load torque sa motor shaft. Pagkatapos, ayon sa pinakamataas na bilis ng pagtakbo na kinakailangan ng mga electric flower, ang sumusunod na dalawang magkaibang kaso ng paggamit ay ginagamit upang piliin ang naaangkop na holding torque ng stepper motor ① para sa aplikasyon ng kinakailangang bilis ng motor na 300pm o mas mababa: kung ang karga ng makina ay na-convert sa kinakailangang load torque ng motor shaft na T1, ang load torque na ito ay pinarami ng safety factor na SF (karaniwang kinukuha bilang 1.5-2.0), ibig sabihin, ang kinakailangang holding torque ng stepper motor na Tn ②2 para sa Para sa mga aplikasyon na nangangailangan ng bilis ng motor na 300pm o higit pa: itakda ang maximum na bilis na Nmax, kung ang karga ng makina ay na-convert sa motor shaft, ang kinakailangang load torque ay T1, ang load torque na ito ay pinarami ng safety factor na SF (karaniwang 2.5-3.5), na nagbibigay ng holding torque na Tn. Sumangguni sa Figure 4 at pumili ng angkop na modelo. Pagkatapos, gamitin ang moment-frequency curve upang suriin at ihambing: sa moment-frequency curve, ang maximum speed Nmax na kinakailangan ng gumagamit ay tumutugma sa maximum lost step torque ng T2, kung gayon ang maximum lost step torque na T2 ay dapat na higit sa 20% na mas malaki kaysa sa T1. Kung hindi, kinakailangang pumili ng bagong motor na may mas malaking torque, at suriin at ihambing muli ayon sa torque frequency curve ng bagong napiling motor.

(3) Kung mas malaki ang bilang ng base ng motor, mas malaki ang holding torque.

(4) ayon sa na-rate na kasalukuyang upang piliin ang tumutugmang stepper driver.

Halimbawa, ang rated current ng isang motor na 57CM23 ay 5A, kung gayon ay tutumbasan mo ang maximum na pinapayagang current ng drive na higit sa 5A (pakitandaan na ito ang effective value sa halip na ang peak), kung hindi, kung pipiliin mo ang maximum current na 3A drive lamang, ang maximum output torque ng motor ay maaari lamang maging humigit-kumulang 60%!

5, karanasan sa aplikasyon

(1) problema sa mababang frequency resonance ng stepper motor

Ang subdivision stepper drive ay isang epektibong paraan upang mabawasan ang low frequency resonance ng mga stepper motor. Sa ibaba ng 150rpm, ang subdivision drive ay lubos na epektibo sa pagbabawas ng vibration ng motor. Sa teorya, mas malaki ang subdivision, mas maganda ang epekto sa pagbabawas ng vibration ng stepper motor, ngunit ang aktwal na sitwasyon ay ang subdivision ay tumataas sa 8 o 16 pagkatapos maabot ang sukdulan ng pagpapabuti sa pagbabawas ng vibration ng stepper motor.

Sa mga nakaraang taon, may mga nakalistang anti-low-frequency resonance stepper driver sa loob at labas ng bansa, ang DM, DM-S series ng mga produkto ni Leisai, ang anti-low-frequency resonance technology. Ang seryeng ito ng mga driver ay gumagamit ng harmonic compensation, sa pamamagitan ng amplitude at phase matching compensation, ay maaaring lubos na mabawasan ang low frequency vibration ng stepper motor, upang makamit ang mababang vibration at mababang ingay na operasyon ng motor.

(2) Ang epekto ng subdibisyon ng stepper motor sa katumpakan ng pagpoposisyon

Ang stepper motor subdivision drive circuit ay hindi lamang nakakapagpabuti sa kinis ng paggalaw ng device, kundi maaari ring epektibong mapabuti ang katumpakan ng pagpoposisyon ng kagamitan. Ipinapakita ng mga pagsubok na: Sa synchronous belt drive motion platform, stepper motor 4 subdivision, ang motor ay maaaring tumpak na maiposisyon sa bawat hakbang.