Bilang isang aktuator,motor na stepperay isa sa mga pangunahing produkto ng mechatronics, na malawakang ginagamit sa iba't ibang sistema ng pagkontrol ng automation. Kasabay ng pag-unlad ng microelectronics at teknolohiya ng computer, ang pangangailangan para sa mga stepper motor ay tumataas araw-araw, at ginagamit ang mga ito sa iba't ibang pambansang larangan ng ekonomiya.
01 Ano ang isangmotor na stepper
Ang stepper motor ay isang electromechanical device na direktang nagko-convert ng mga electrical pulse tungo sa mekanikal na galaw. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa sequence, frequency, at bilang ng mga electrical pulse na inilapat sa motor coil, maaaring kontrolin ang steering, speed, at rotation angle ng stepper motor. Nang walang paggamit ng closed-loop feedback control system na may position sensing, makakamit ang tumpak na pagkontrol sa posisyon at bilis gamit ang isang simple, murang open-loop control system na binubuo ng stepper motor at ng kasamang driver nito.
02 motor na stepperpangunahing istruktura at prinsipyo ng pagpapatakbo
Pangunahing istruktura：
Prinsipyo ng Paggawa: Ang stepper motor driver ay kinokontrol ayon sa panlabas na pulse control at direksyon ng signal, sa pamamagitan ng internal logic circuit nito, kinokontrol ang windings ng stepper motor sa isang tiyak na sequence ng timing pasulong o paatras, upang ang motor ay pasulong/pabaliktad na pag-ikot, o i-lock.
Kunin nating halimbawa ang 1.8 degree two-phase stepper motor: kapag ang parehong windings ay naka-energize at excited, ang output shaft ng motor ay magiging nakatigil at naka-lock sa posisyon. Ang maximum torque na magpapanatili sa motor na naka-lock sa rated current ay ang holding torque. Kung ang current sa isa sa mga windings ay ire-redirect, ang motor ay iikot nang isang hakbang (1.8 degrees) sa isang partikular na direksyon.
Gayundin, kung ang kuryente sa kabilang winding ay magbabago ng direksyon, ang motor ay iikot nang isang hakbang (1.8 degrees) sa kabaligtaran ng direksyon ng nauna. Kapag ang mga kuryente sa mga winding ng coil ay sunud-sunod na idinirekta sa excitation, ang motor ay iikot nang tuloy-tuloy sa ibinigay na direksyon na may napakataas na katumpakan. Para sa 1.8 degrees ng two-phase stepper motor, ang pag-ikot sa isang linggo ay tumatagal ng 200 hakbang.
Ang mga two-phase stepper motor ay may dalawang uri ng windings: bipolar at unipolar. Ang mga bipolar motor ay mayroon lamang isang winding coil bawat phase, ang motor ay patuloy na umiikot ng kuryente sa parehong coil upang maging sequentially variable excitation, ang disenyo ng drive circuit ay nangangailangan ng walong electronic switch para sa sequential switching.
Ang mga unipolar motor ay may dalawang winding coil na magkasalungat ang polarity sa bawat phase, at ang motor
patuloy na umiikot sa pamamagitan ng salit-salit na pagbibigay ng enerhiya sa dalawang winding coil na nasa iisang phase.
Ang drive circuit ay dinisenyo upang mangailangan lamang ng apat na electronic switch. Sa bipolar
drive mode, ang output torque ng motor ay tumataas ng humigit-kumulang 40% kumpara sa
unipolar drive mode dahil ang mga winding coil ng bawat phase ay 100% excited.
03, Karga ng stepper motor
A. Karga ng sandali (Tf)
Tf = G * r
G: Timbang ng karga
r: radius
B. Karga ng inersiya (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Masa ng karga
R1: Radius ng panlabas na singsing
R2: Radius ng panloob na singsing
dω/dt: Angular na akselerasyon
04, kurba ng bilis-metalikang kuwintas ng stepper motor
Ang kurba ng bilis-torque ay isang mahalagang pagpapahayag ng mga katangian ng output ng stepper.
mga motor.
A. Punto ng dalas ng pagpapatakbo ng stepper motor
Ang halaga ng bilis ng stepper motor sa isang partikular na punto.
n = q * Hz / (360 * D)
n: rev/segundo
Hz: Halaga ng dalas
D: Halaga ng interpolasyon ng drive circuit
q: anggulo ng hakbang ng stepper motor
Halimbawa, isang stepper motor na may pitch angle na 1.8°, na may 1/2 interpolation drive(ibig sabihin, 0.9° bawat hakbang), ay may bilis na 1.25 r/s sa operating frequency na 500 Hz.
B. Lugar na kusang pinapagana ng stepper motor
Ang lugar kung saan maaaring direktang paandarin at ihinto ang stepper motor.
C. Lugar ng patuloy na operasyon
Sa lugar na ito, hindi maaaring direktang simulan o ihinto ang stepper motor. Ang mga stepper motor ay nasaang lugar na ito ay dapat munang dumaan sa self-start area at pagkatapos ay pabilisin upang maabot anglugar na ginagamit. Gayundin, ang stepper motor sa lugar na ito ay hindi maaaring direktang ipreno,kung hindi, madaling maging sanhi ng pagkawala ng takbo ng stepper motor, dapat munang bawasan ang bilis upangang lugar na kusang nagsisimula at pagkatapos ay nagpreno.
D. Pinakamataas na dalas ng pagsisimula ng stepper motor
Walang karga ang motor, para matiyak na hindi mawawala ang step operation ng stepper motorpinakamataas na dalas ng pulso.
E. Pinakamataas na dalas ng pagpapatakbo ng stepper motor
Ang pinakamataas na dalas ng pulso kung saan ang motor ay nasasabik na tumakbo nang hindi nawawalan ng kahit isang hakbangsa ilalim ng walang karga.
F. Torque ng pagsisimula / pull-in na metalikang kuwintas ng stepper motor
Upang matugunan ang stepper motor sa isang tiyak na dalas ng pulso upang magsimula at magsimulang tumakbo, nang walangpagkawala ng mga hakbang ng pinakamataas na metalikang kuwintas ng karga.
G. Stepper motor na nagpapatakbo ng torque/draw-in torque
Ang pinakamataas na metalikang kuwintas ng karga na nakakatugon sa matatag na operasyon ng stepper motor sa isangtiyak na dalas ng pulso nang walang pagkawala ng hakbang.
05 Pagkontrol ng galaw ng acceleration/deceleration ng stepper motor
Kapag ang dalas ng pagpapatakbo ng stepper motor ay nasa kurba ng bilis-torque ng tuluy-tuloyrehiyon ng operasyon, kung paano paikliin ang pagsisimula o paghinto ng motor sa pagbilis o pagbagaloras, upang ang motor ay tumakbo nang mas matagal sa pinakamahusay na estado ng bilis, sa gayon ay pinapataas angAng epektibong oras ng pagtakbo ng motor ay lubhang kritikal.
Gaya ng ipinapakita sa pigura sa ibaba, ang dynamic torque characteristic curve ng stepper motor ayisang pahalang na tuwid na linya sa mababang bilis; sa mataas na bilis, ang kurba ay bumababa nang eksponensyaldahil sa impluwensya ng inductance.
Alam natin na ang load ng stepper motor ay TL, ipagpalagay na gusto nating bumilis mula F0 patungong F1 saang pinakamaikling oras (tr), paano kalkulahin ang pinakamaikling oras tr?
(1) Karaniwan, TJ = 70% Tm
(2) tr = 1.8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Eksponensiyal na pagbilis sa mataas na bilis na kondisyon
(1) Karaniwan
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * Sa [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]
(3)
F (t) = F2 * [1 - e^(-t/F4)] + F0, 0
F2 = (TL-TJ 0) * (F1-F0)/TJ 1-TJ 0)
F4 = 1.8 * 10-5 * J * q * F2/(TJ 0-TL)
Mga Tala.
Ipinapahiwatig ng J ang rotational inertia ng rotor ng motor sa ilalim ng load.
Ang q ay ang anggulo ng pag-ikot ng bawat hakbang, na siyang anggulo ng hakbang ng stepper motor sa
kaso ng buong drive.
Sa operasyon ng pagbabawas ng bilis, maaaring baligtarin lamang ang dalas ng pulso ng acceleration na nabanggit sa itaas.
kinalkula.
06 stepper motor na panginginig at ingay
Sa pangkalahatan, ang stepper motor sa operasyong walang karga, kapag ang dalas ng pagpapatakbo ng motoray malapit o katumbas ng likas na dalas ng rotor ng motor ay mag-a-resonate, seryosong mangyayarinagaganap na penomenong wala sa hakbang.
Ilang solusyon para sa resonance:
A. Iwasan ang vibration zone: para hindi mahulog ang operating frequency ng motor sa loob ngsaklaw ng panginginig ng boses
B. Gumamit ng subdivision drive mode: Gumamit ng micro-step drive mode upang mabawasan ang vibration sa pamamagitan ng
paghahati ng orihinal na isang hakbang sa maraming hakbang upang mapataas ang resolusyon ng bawat isa
hakbang ng motor. Makakamit ito sa pamamagitan ng pagsasaayos ng phase to current ratio ng motor.
Hindi pinapataas ng microstepping ang katumpakan ng anggulo ng hakbang, ngunit mas pinapagana nito ang motor
maayos at may mas kaunting ingay. Ang metalikang kuwintas ay karaniwang 15% na mas mababa para sa kalahating hakbang na operasyon
kaysa sa full-step na operasyon, at 30% na mas mababa para sa sine wave current control.
Oras ng pag-post: Nob-09-2022