Som en aktuator,stegmotorär en av nyckelprodukterna inom mekatronik, som används flitigt i olika automationsstyrsystem. Med utvecklingen av mikroelektronik och datorteknik ökar efterfrågan på stegmotorer dag för dag, och de används inom olika nationella ekonomiska områden.
01 Vad är enstegmotor
En stegmotor är en elektromekanisk anordning som direkt omvandlar elektriska pulser till mekanisk rörelse. Genom att styra sekvensen, frekvensen och antalet elektriska pulser som appliceras på motorspolen kan stegmotorns styrning, hastighet och rotationsvinkel styras. Utan att använda ett slutet återkopplingssystem med positionsavkänning kan exakt positions- och hastighetskontroll uppnås med hjälp av ett enkelt, billigt öppet styrsystem som består av en stegmotor och dess tillhörande drivmotor.
02 stegmotorgrundläggande struktur och arbetsprincip
Grundstruktur:
Arbetsprincip: Stegmotordrivaren styr stegmotorns lindningar framåt eller bakåt i en viss tidssekvens enligt externa styrpulser och riktningssignaler via sin interna logikkrets, så att motorn roterar framåt/bakåt eller låses.
Ta en 1,8 graders tvåfasstegmotor som exempel: när båda lindningarna är aktiverade och exciterade, kommer motorns utgående axel att vara stillastående och låst i läge. Det maximala vridmomentet som håller motorn låst vid märkströmmen är hållmomentet. Om strömmen i en av lindningarna omdirigeras, kommer motorn att rotera ett steg (1,8 grader) i en given riktning.
På samma sätt, om strömmen i den andra lindningen ändrar riktning, kommer motorn att rotera ett steg (1,8 grader) i motsatt riktning jämfört med den förra. När strömmarna genom spollindningarna sekventiellt omdirigeras till excitation, kommer motorn att rotera i ett kontinuerligt steg i den givna riktningen med mycket hög noggrannhet. För 1,8 graders tvåfasstegmotor tar rotationen 200 steg på en vecka.
Tvåfasiga stegmotorer har två typer av lindningar: bipolära och unipolära. Bipolära motorer har endast en lindningsspole per fas, vilket innebär att motorn roterar kontinuerligt och strömmen i samma spole med variabel excitation sekventiellt. Drivkretsens design kräver åtta elektroniska omkopplare för sekventiell omkoppling.
Unipolära motorer har två lindningsspolar med motsatt polaritet på varje fas, och motorn
roterar kontinuerligt genom att växelvis aktivera de två lindningsspolarna på samma fas.
Drivkretsen är konstruerad för att endast kräva fyra elektroniska brytare. I den bipolära
I körläge ökar motorns utgående vridmoment med cirka 40 % jämfört med
unipolärt drivläge eftersom lindningsspolarna i varje fas är 100 % exciterade.
03, Stegmotorbelastning
A. Momentbelastning (Tf)
Tf = G * r
G: Lastvikt
r: radie
B. Tröghetsbelastning (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (kg * cm)
M: Lastvikt
R1: Radie av yttre ringen
R2: Radien för den inre ringen
dω/dt: Vinkelacceleration
04, stegmotorns hastighet-momentkurva
Hastighets-momentkurvan är ett viktigt uttryck för stegmotorns utgångsegenskaper.
motorer.
A. Stegmotorns driftsfrekvenspunkt
Stegmotorns hastighetsvärde vid en viss punkt.
n = q * Hz / (360 * D)
n: varv/sek
Hz: Frekvensvärde
D: Interpoleringsvärde för drivkretsen
q: stegmotorns stegvinkel
Till exempel en stegmotor med en stigningsvinkel på 1,8°, med en 1/2 interpoleringsdrivning(dvs. 0,9° per steg), har en hastighet på 1,25 r/s vid en driftsfrekvens på 500 Hz.
B. Stegmotorns självstartområde
Området där stegmotorn kan startas och stoppas direkt.
C. Kontinuerligt driftområde
I detta område kan stegmotorn inte startas eller stoppas direkt. Stegmotorer idetta område måste först passera genom självstartområdet och sedan accelereras för att nådriftområdet. På samma sätt kan stegmotorn i detta område inte bromsas direkt,annars är det lätt att få stegmotorn att ur takt, måste först retarderas tillsjälvstartområdet och bromsade sedan.
D. Stegmotorns maximala startfrekvens
Motorns tomgångstillstånd, för att säkerställa att stegmotorn inte förlorar stegfunktionenmaximal pulsfrekvens.
E. Stegmotorns maximala driftsfrekvens
Den maximala pulsfrekvensen vid vilken motorn exciteras för att gå utan att förlora ett stegutan belastning.
F. Stegmotorns startmoment / indragningsmoment
För att stegmotorn ska kunna starta och köras med en viss pulsfrekvens, utanförlorande steg av det maximala belastningsmomentet.
G. Stegmotorns körmoment/indragningsmoment
Det maximala belastningsmomentet som uppfyller stegmotorns stabila drift vid enen viss pulsfrekvens utan stegförlust.
05 Rörelsekontroll för stegmotoracceleration/retardation
När stegmotorns driftsfrekvens ligger i hastighets-momentkurvan för kontinuerligdriftområde, hur man förkortar motorstart eller stoppacceleration eller retardationtiden, så att motorn går längre i bästa hastighetstillstånd, vilket ökarMotorns effektiva gångtid är mycket kritisk.
Som visas i figuren nedan är den dynamiska vridmomentkarakteristikkurvan för stegmotornen horisontell rak linje vid låg hastighet; vid hög hastighet minskar kurvan exponentielltpå grund av induktansens inverkan.
Vi vet att stegmotorns belastning är TL, anta att vi vill accelerera från F0 till F1 iden kortaste tiden (tr), hur beräknar man den kortaste tiden tr?
(1) Normalt sett är 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. Exponentiell acceleration vid hög hastighet
(1) Normalt
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60 % Tm1
(2)
tr = F4 * In [(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)
Anteckningar.
J indikerar motorrotorns rotationströghet under belastning.
q är rotationsvinkeln för varje steg, vilket är stegmotorns stegvinkel i
fallet med hela drivenheten.
Vid retardation kan man bara reversera ovanstående accelerationspulsfrekvens.
beräknad.
06 stegmotorvibrationer och buller
Generellt sett, stegmotor i tomgångsdrift, när motorns driftsfrekvensär nära eller lika med motorrotorns inneboende frekvens kommer att resonera, allvarlig viljauppstå oaktsamma fenomen.
Flera lösningar för resonans:
A. Undvik vibrationszonen: så att motorns driftsfrekvens inte hamnar inomvibrationsområdet
B. Använd underavdelningsdriftläge: Använd mikrostegsdriftläge för att minska vibrationer genom
dela upp det ursprungliga steget i flera steg för att öka upplösningen för varje steg
motorsteg. Detta kan uppnås genom att justera motorns fas-strömförhållande.
Mikrostegning ökar inte stegvinkelns noggrannhet, men gör att motorn går snabbare
smidigt och med mindre ljud. Vridmomentet är generellt 15 % lägre vid halvstegsdrift
än för fullstegsdrift, och 30 % lägre för sinusvågsströmreglering.
Publiceringstid: 9 november 2022