Ako aktuátor,krokový motorje jedným z kľúčových produktov mechatroniky, ktorý sa široko používa v rôznych automatizačných riadiacich systémoch. S rozvojom mikroelektroniky a počítačovej technológie sa dopyt po krokových motoroch zo dňa na deň zvyšuje a používajú sa v rôznych oblastiach národného hospodárstva.
01 Čo je tokrokový motor
Krokový motor je elektromechanické zariadenie, ktoré priamo premieňa elektrické impulzy na mechanický pohyb. Riadením postupnosti, frekvencie a počtu elektrických impulzov privádzaných na cievku motora je možné riadiť riadenie, rýchlosť a uhol natočenia krokového motora. Bez použitia uzavretého systému spätnej väzby so snímaním polohy je možné dosiahnuť presné riadenie polohy a rýchlosti pomocou jednoduchého a lacného otvoreného riadiaceho systému zloženého z krokového motora a jeho sprievodného budiča.
02 krokový motorzákladná štruktúra a princíp fungovania
Základná štruktúra：
Princíp činnosti: Ovládač krokového motora riadi vinutia krokového motora na základe externého riadiaceho impulzu a smerového signálu prostredníctvom svojho vnútorného logického obvodu v určitej časovej sekvencii, či už ide o otáčanie dopredu alebo dozadu, alebo ich zablokovanie.
Ako príklad si vezmime dvojfázový krokový motor s uhlom otočenia 1,8 stupňa: keď sú obe vinutia pod napätím a budené, výstupný hriadeľ motora bude stacionárny a zablokovaný v polohe. Maximálny krútiaci moment, ktorý udrží motor zablokovaný na menovitom prúde, je prídržný krútiaci moment. Ak sa prúd v jednom z vinutí presmeruje, motor sa otočí o jeden krok (1,8 stupňa) v danom smere.
Podobne, ak prúd v druhom vinutí zmení smer, motor sa otočí o jeden krok (1,8 stupňa) v opačnom smere ako predchádzajúci. Keď sú prúdy pretekajúce vinutiami cievky postupne presmerované na budenie, motor sa bude otáčať v kontinuálnom kroku v danom smere s veľmi vysokou presnosťou. Pre 1,8 stupňa dvojfázového krokového motora je potrebné otáčanie za týždeň o 200 krokov.
Dvojfázové krokové motory majú dva typy vinutia: bipolárne a unipolárne. Bipolárne motory majú iba jedno vinutie na fázu, motor zabezpečuje kontinuálne otáčanie prúdu v tej istej cievke s postupne premenlivým budením a konštrukcia pohonného obvodu vyžaduje osem elektronických spínačov na postupné prepínanie.
Unipolárne motory majú na každej fáze dve vinutia s opačnou polaritou a motor
sa nepretržite otáča striedavým napájaním dvoch cievok vinutia na rovnakej fáze.
Ovládací obvod je navrhnutý tak, aby vyžadoval iba štyri elektronické spínače. V bipolárnom
V režime jazdy sa výstupný krútiaci moment motora zvýši približne o 40 % v porovnaní s
unipolárny režim pohonu, pretože cievky vinutia každej fázy sú 100% budené.
03, Zaťaženie krokového motora
A. Momentové zaťaženie (Tf)
Tf = G * r
G: Hmotnosť nákladu
r: polomer
B. Zotrvačné zaťaženie (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12 + R22) / 2 (kg * cm)
M: Hmotnosť nákladu
R1: Polomer vonkajšieho krúžku
R2: Polomer vnútorného krúžku
dω/dt: Uhlové zrýchlenie
04, krivka závislosti rýchlosti a krútiaceho momentu krokového motora
Krivka rýchlosti a krútiaceho momentu je dôležitým vyjadrením výstupných charakteristík krokového motora.
motory.
A. Bod prevádzkovej frekvencie krokového motora
Hodnota rýchlosti krokového motora v určitom bode.
n = q * Hz / (360 * D)
n: ot./s
Hz: Hodnota frekvencie
D: Hodnota interpolácie budicieho obvodu
q: uhol kroku krokového motora
Napríklad krokový motor s uhlom sklonu 1,8° s 1/2 interpolačným pohonom(t. j. 0,9° na krok), má rýchlosť 1,25 ot/s pri prevádzkovej frekvencii 500 Hz.
B. Oblasť samospúšťania krokového motora
Oblasť, kde je možné krokový motor priamo spustiť a zastaviť.
C. Oblasť nepretržitej prevádzky
V tejto oblasti nie je možné krokový motor priamo spustiť ani zastaviť. Krokové motory vtáto oblasť musí najprv prejsť cez oblasť samoštartu a potom zrýchliť, aby sa dosiahlaprevádzková oblasť. Podobne krokový motor v tejto oblasti nemožno priamo brzdiť,inak je ľahké spôsobiť, že krokový motor bude mimo kroku, musí sa najskôr spomaliť, abyoblasti samoštartovania a potom zabrzdil.
D. Maximálna štartovacia frekvencia krokového motora
Stav motora naprázdno, aby sa zabezpečilo, že krokový motor nestratí krokovú prevádzkumaximálna frekvencia impulzov.
E. Maximálna prevádzková frekvencia krokového motora
Maximálna frekvencia impulzov, pri ktorej je motor budený bežať bez straty krokubez zaťaženia.
F. Spúšťací moment / zaťahovací moment krokového motora
Aby sa krokový motor splnil s určitou pulznou frekvenciou, spustil sa a rozbehol sa bezstrata krokov maximálneho zaťažovacieho momentu.
G. Krútiaci moment krokového motora pri chode/náťahový krútiaci moment
Maximálny zaťažovací moment, ktorý spĺňa podmienky stabilnej prevádzky krokového motora priurčitá frekvencia impulzov bez straty kroku.
05 Riadenie pohybu zrýchľovaním/spomalovaním krokovým motorom
Keď je bod prevádzkovej frekvencie krokového motora v krivke rýchlosti a krútiaceho momentu kontinuálnehoprevádzková oblasť, ako skrátiť zrýchlenie alebo spomalenie pri štarte alebo zastavení motoračas, aby motor bežal dlhšie v najlepšom stave otáčok, čím sa zvyšujeEfektívny čas chodu motora je veľmi dôležitý.
Ako je znázornené na obrázku nižšie, krivka dynamickej charakteristiky krútiaceho momentu krokového motora jehorizontálna priamka pri nízkej rýchlosti; pri vysokej rýchlosti krivka exponenciálne klesáv dôsledku vplyvu indukčnosti.
Vieme, že zaťaženie krokového motora je TL, predpokladajme, že chceme zrýchliť z F0 na F1 zanajkratší čas (tr), ako vypočítať najkratší čas tr?
(1) Normálne, TJ = 70 % Tm
(2) tr = 1,8 * 10⁻⁶ * J * q * (F1-F0)/(TJ-TL)
(3) F(t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Exponenciálne zrýchlenie pri vysokej rýchlosti
(1) Normálne
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)
Poznámky.
J označuje rotačnú zotrvačnosť rotora motora pri zaťažení.
q je uhol natočenia každého kroku, čo je uhol kroku krokového motora v
v prípade celého disku.
Pri decelerácii stačí obrátiť vyššie uvedenú frekvenciu akceleračných impulzov.
vypočítané.
Vibrácie a hluk krokového motora 06
Vo všeobecnosti krokový motor pracuje bez zaťaženia, keď je prevádzková frekvencia motoraje blízka alebo rovná vlastnej frekvencii rotora motora, bude rezonovať, vážne budevyskytnúť sa jav mimo kroku.
Niekoľko riešení pre rezonanciu:
A. Vyhnite sa vibračnej zóne: aby prevádzková frekvencia motora nespadla dorozsah vibrácií
B. Zaveďte režim delenia jazdy: Na zníženie vibrácií použite režim mikrokrokového pohonu
rozdelenie pôvodného jedného kroku na viacero krokov, aby sa zvýšilo rozlíšenie každého z nich
krok motora. To sa dá dosiahnuť nastavením pomeru fázy k prúdu motora.
Mikrokrokovanie nezvyšuje presnosť uhla kroku, ale zrýchľuje chod motora.
plynule a s menším hlukom. Krútiaci moment je vo všeobecnosti o 15 % nižší pri polovičnom kroku.
ako pri plne krokovej prevádzke a o 30 % nižšie pri regulácii sínusového prúdu.
Čas uverejnenia: 9. novembra 2022