Stegmotorerkan användas för hastighetsreglering och positioneringskontroll utan användning av återkopplingsenheter (dvs. öppen loop-styrning), så denna drivlösning är både ekonomisk och tillförlitlig. Stegmotorer har använts i stor utsträckning inom automationsutrustning och instrument. Men många användare och teknisk personal har fler frågor om hur man väljer lämplig stegmotor och hur man får stegmotorn att fungera bäst. Denna artikel diskuterar valet av stegmotorer med fokus på tillämpningen av viss erfarenhet av stegmotorteknik. Jag hoppas att populariseringen av stegmotorer inom automationsutrustning kommer att spela en roll som referens.
1. Introduktion avstegmotor
Stegmotorn är även känd som pulsmotor eller stegmotor. Den rör sig framåt med en viss vinkel varje gång excitationstillståndet ändras i enlighet med ingångspulssignalen, och förblir stationär i en viss position när excitationstillståndet förblir oförändrat. Detta gör att stegmotorn kan omvandla ingångspulssignalen till en motsvarande vinkelförskjutning för utgången. Genom att styra antalet ingångspulser kan du exakt bestämma utgångens vinkelförskjutning för att uppnå bästa positionering; och genom att styra frekvensen för ingångspulserna kan du exakt styra utgångens vinkelhastighet och uppnå syftet med hastighetsreglering. I slutet av 1960-talet kom en mängd olika praktiska stegmotorer till, och de senaste 40 åren har utvecklingen gått snabbt. Stegmotorer har kunnat användas som likströmsmotorer, asynkronmotorer och synkronmotorer, vilket har blivit en grundläggande typ av motor. Det finns tre typer av stegmotorer: reaktiva (VR-typ), permanentmagnetmotorer (PM-typ) och hybridmotorer (HB-typ). Hybridstegmotorn kombinerar fördelarna med de två första formerna av stegmotorer. Stegmotorn består av en rotor (rotorkärna, permanentmagneter, axel, kullager), en stator (lindning, statorkärna), främre och bakre ändkåpor etc. Den vanligaste tvåfasiga hybridstegmotorn har en stator med 8 stora tänder, 40 små tänder och en rotor med 50 små tänder; en trefasmotor har en stator med 9 stora tänder, 45 små tänder och en rotor med 50 små tänder.
2. Kontrollprincip
DestegmotorDen kan inte anslutas direkt till strömförsörjningen och kan inte heller direkt ta emot elektriska pulssignaler. Den måste göras via ett speciellt gränssnitt - stegmotordrivaren - för att interagera med strömförsörjningen och styrenheten. Stegmotordrivaren består vanligtvis av en ringfördelare och en effektförstärkarkrets. Ringfördelaren tar emot styrsignalerna från styrenheten. Varje gång en pulssignal tas emot omvandlas ringfördelarens utgång en gång, så närvaron eller frånvaron och frekvensen av pulssignalen kan avgöra om stegmotorns hastighet är hög eller låg, accelererar eller retarderar för att starta eller stoppa. Ringfördelaren måste också övervaka riktningssignalen från styrenheten för att avgöra om dess utgångstillståndsövergångar är i positiv eller negativ ordning, och därmed bestämma stegmotorns styrning.
3. Huvudparametrar
①Blocknummer: huvudsakligen 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, etc.
② Fasnummer: antalet spolar inuti stegmotorn, stegmotorns fasnummer har generellt tvåfas, trefas och femfas. Kina använder huvudsakligen tvåfasstegmotorer, och trefas har även vissa tillämpningar. Japan använder oftast femfasstegmotorer.
③ Stegvinkel: motsvarande en pulssignal, vinkelförskjutningen av motorrotorns rotation. Formeln för beräkning av stegmotorns stegvinkel är följande.
Stegvinkel = 360° ÷ (2mz)
m antalet faser i en stegmotor
Z antalet tänder på rotorn i en stegmotor.
Enligt ovanstående formel är stegvinkeln för tvåfas-, trefas- och femfasstegmotorer 1,8°, 1,2° respektive 0,72°.
④ Hållmoment: är vridmomentet för motorns statorlindning genom märkströmmen, men rotorn roterar inte, statorn låser rotorn. Hållmomentet är den viktigaste parametern för stegmotorer och är den huvudsakliga grunden för motorval.
⑤ Positioneringsmoment: är det vridmoment som krävs för att rotera rotorn med extern kraft när motorn inte passerar ström. Vridmomentet är en av prestandaindikatorerna för att utvärdera motorn. Om andra parametrar är desamma, ju mindre positioneringsmomentet är, desto mindre är "spåreffekten", desto mer fördelaktigt är det för motorns jämnhet att gå vid låg hastighet. Momentfrekvenskarakteristik: hänvisar huvudsakligen till de utdragna momentfrekvenskarakteristikerna. Motorn kan vid stabil drift vid en viss hastighet motstå maximalt vridmoment utan att förlora steg. Momentfrekvenskurvan används för att beskriva förhållandet mellan maximalt vridmoment och hastighet (frekvens) utan att förlora steg. Momentfrekvenskurvan är en viktig parameter för stegmotorn och är den huvudsakliga grunden för motorval.
⑥ Märkström: motorlindningsströmmen som krävs för att bibehålla det nominella vridmomentet, det effektiva värdet
4. Val av punkter
Industriella tillämpningar som används i stegmotorer med hastigheter upp till 600 ~ 1500 rpm. För högre hastigheter kan man överväga en sluten stegmotordrift eller välja ett mer lämpligt servoprogram för stegmotorval (se figur nedan).
(1) Val av stegvinkel
Beroende på antalet faser i motorn finns det tre typer av stegvinkel: 1,8° (tvåfas), 1,2° (trefas), 0,72° (femfas). Naturligtvis har femfasstegvinkel den högsta noggrannheten, men dess motor och drivenhet är dyrare, så den används sällan i Kina. Dessutom använder de vanliga stegmotordrivarna nu uppdelningsteknik, och i de fyra uppdelningarna nedan kan uppdelningsstegvinkelns noggrannhet fortfarande garanteras, så om man bortser från stegvinkelnoggrannhetsindikatorerna kan femfasstegmotorer ersättas med tvåfas- eller trefasstegmotorer. Till exempel, vid tillämpning av någon typ av ledning för 5 mm skruvbelastning, om en tvåfasstegmotor används och drivenheten är inställd på 4 underavdelningar, är antalet pulser per motorvarv 200 x 4 = 800, och pulsekvivalenten är 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, kan denna noggrannhet uppfylla de flesta applikationskrav.
(2) Val av statiskt vridmoment (hållmoment)
Vanligt förekommande lastöverföringsmekanismer inkluderar synkronremmar, trådstänger, kuggstång etc. Kunderna beräknar först sin maskinbelastning (främst accelerationsmoment plus friktionsmoment) omvandlad till det erforderliga lastmomentet på motoraxeln. Sedan, beroende på den maximala driftshastigheten som krävs av den elektriska motorn, används följande två olika användningsfall för att välja lämpligt hållmoment för stegmotorn ① för tillämpning av den erforderliga motorhastigheten på 300 pm eller mindre: om maskinbelastningen omvandlas till motoraxelns erforderliga lastmoment T1, multipliceras detta lastmoment med en säkerhetsfaktor SF (vanligtvis tagen som 1,5-2,0), det vill säga det erforderliga stegmotorhållmomentet Tn ②2 för applikationer som kräver en motorhastighet på 300 pm eller mer: ställ in maxhastigheten Nmax, om maskinbelastningen omvandlas till motoraxeln, det erforderliga lastmomentet är T1, multipliceras detta lastmoment med en säkerhetsfaktor SF (vanligtvis 2,5-3,5), vilket ger hållmomentet Tn. Se figur 4 och välj en lämplig modell. Använd sedan moment-frekvenskurvan för att kontrollera och jämföra: på moment-frekvenskurvan motsvarar den maximala hastigheten Nmax som användaren kräver det maximala förlorade stegmomentet för T2, då bör det maximala förlorade stegmomentet T2 vara mer än 20 % större än T1. Annars är det nödvändigt att välja en ny motor med ett större vridmoment, och kontrollera och jämföra igen enligt momentfrekvenskurvan för den nyligen valda motorn.
(3) Ju större motorbasnummer, desto större hållmoment.
(4) Välj en matchande stegdrivare beroende på märkströmmen.
Om till exempel motorns märkström 57CM23 är 5A, så matchar du drivenhetens maximalt tillåtna ström på mer än 5A (observera att det är det effektiva värdet snarare än toppen). Annars, om du väljer en maximal ström på endast 3A för drivenheten, kan motorns maximala utgångsmoment bara vara cirka 60%!
5, applikationserfarenhet
(1) problem med lågfrekvent resonans i stegmotorer
En underavdelningsstegdrivning är ett effektivt sätt att minska lågfrekvent resonans hos stegmotorer. Under 150 rpm är underavdelningsdrivningen mycket effektiv för att minska motorns vibrationer. Teoretiskt sett, ju större underavdelningen är, desto bättre effekt på att minska stegmotorns vibrationer, men i verkligheten ökar underavdelningen till 8 eller 16 efter att den förbättrade effekten på att minska stegmotorns vibrationer har nått extremt.
Under senare år har det funnits stegmotorer med anti-lågfrekvent resonans i både inhemska och utländska varumärken. Leisais DM- och DM-S-serie använder anti-lågfrekvent resonansteknik. Denna serie drivmotorer använder harmonisk kompensation, som genom amplitud- och fasmatchningskompensation kan minska lågfrekventa vibrationer i stegmotorn avsevärt, vilket uppnår låg vibration och lågt brus från motorn.
(2) Inverkan av stegmotoruppdelning på positioneringsnoggrannhet
Stegmotorns drivkrets med uppdelning kan inte bara förbättra enhetens rörelsers jämnhet, utan kan också effektivt förbättra utrustningens positioneringsnoggrannhet. Tester visar att: I den synkrona remdrivningsplattformen, stegmotor 4-uppdelning, kan motorn positioneras exakt vid varje steg.
Publiceringstid: 11 juni 2023