Valg af steppermotorer i automationsudstyr

Steppermotorerkan bruges til hastighedsstyring og positioneringsstyring uden brug af feedback-enheder (dvs. åben sløjfestyring), så denne drevløsning er både økonomisk og pålidelig. Stepperdrev er blevet meget udbredt anvendt i automationsudstyr og instrumenter. Men mange brugere og teknisk personale har spørgsmål om, hvordan man vælger den rigtige steppermotor, hvordan man får den bedste ydeevne af stepperdrevet. Denne artikel diskuterer valget af steppermotorer med fokus på anvendelsen af ​​nogle steppermotortekniske erfaringer, og jeg håber, at populariseringen af ​​steppermotorer i automationsudstyr vil spille en rolle som reference.

 

1. Introduktion afsteppermotor

Steppermotoren er også kendt som en pulsmotor eller stepmotor. Den bevæger sig fremad med en bestemt vinkel, hver gang excitationstilstanden ændres, i henhold til indgangspulssignalet, og forbliver stationær i en bestemt position, når excitationstilstanden forbliver uændret. Dette gør det muligt for steppermotoren at konvertere indgangspulssignalet til en tilsvarende vinkelforskydning for output. Ved at styre antallet af indgangspulser kan du nøjagtigt bestemme vinkelforskydningen af ​​outputtet for at opnå den bedste positionering; og ved at styre frekvensen af ​​indgangspulserne kan du nøjagtigt styre vinkelhastigheden af ​​outputtet og opnå formålet med hastighedsregulering. I slutningen af ​​1960'erne opstod en række praktiske steppermotorer, og de sidste 40 år har set en hurtig udvikling. Steppermotorer har været i stand til at sideløbende DC-motorer, asynkronmotorer samt synkronmotorer og er blevet en grundlæggende motortype. Der er tre typer steppermotorer: reaktive (VR-type), permanentmagnet (PM-type) og hybrid (HB-type). Hybridsteppermotoren kombinerer fordelene ved de to første former for steppermotorer. Steppermotoren består af en rotor (rotorkerne, permanente magneter, aksel, kuglelejer), en stator (vikling, statorkerne), forreste og bageste endestykker osv. Den mest typiske tofasede hybridsteppermotor har en stator med 8 store tænder, 40 små tænder og en rotor med 50 små tænder; en trefasemotor har en stator med 9 store tænder, 45 små tænder og en rotor med 50 små tænder.

 

2. Kontrolprincip

DesteppermotorDen kan ikke tilsluttes direkte til strømforsyningen, og den kan heller ikke modtage elektriske pulssignaler direkte. Den skal realiseres via en særlig grænseflade - steppermotordriveren - for at interagere med strømforsyningen og controlleren. Steppermotordriveren består generelt af en ringfordeler og et effektforstærkerkredsløb. Ringdeleren modtager styresignalerne fra controlleren. Hver gang et pulssignal modtages, konverteres ringdelerens udgang én gang, så tilstedeværelsen eller fraværet og frekvensen af ​​pulssignalet kan bestemme, om steppermotorens hastighed er høj eller lav, og om den accelererer eller decelererer for at starte eller stoppe. Ringfordeleren skal også overvåge retningssignalet fra controlleren for at bestemme, om dens udgangstilstandsovergange er i positiv eller negativ rækkefølge, og dermed bestemme steppermotorens styring.

 

3. Hovedparametre

①Bloknummer: primært 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 osv.

②Fasenummer: Antallet af spoler i steppermotoren. Steppermotorens fasenummer er generelt tofaset, trefaset og femfaset. Kina bruger primært tofasede steppermotorer, men trefaset har også nogle anvendelser. Japan bruger oftere femfasede steppermotorer.

③ Trinvinkel: svarende til et pulssignal, den vinkelmæssige forskydning af motorrotorens rotation. Formlen for beregning af steppermotorens trinvinkel er som følger

Trinvinkel = 360° ÷ (2mz)

m er antallet af faser i en steppermotor

Z er antallet af tænder på rotoren i en steppermotor.

Ifølge ovenstående formel er trinvinklen for tofasede, trefasede og femfasede steppermotorer henholdsvis 1,8°, 1,2° og 0,72°.

④ Holdemoment: er momentet for motorens statorvikling gennem nominel strøm, men rotoren roterer ikke, og statoren låser rotoren. Holdemoment er den vigtigste parameter for steppermotorer og er det primære grundlag for motorvalg.

⑤ Positioneringsmoment: er det moment, der kræves for at dreje rotoren med ekstern kraft, når motoren ikke passerer strøm. Momentet er en af ​​​​ydeevneindikatorerne for at evaluere motoren. Hvis andre parametre er de samme, betyder jo mindre positioneringsmomentet er, at "slot-effekten" er mindre, desto mere gavnlig er det for motorens jævnhed ved lav hastighed. Momentfrekvenskarakteristik: refererer primært til de udtrukne momentfrekvenskarakteristika. Motoren kan stabilt køre ved en bestemt hastighed og modstå det maksimale moment uden at miste trin. Momentfrekvenskurven bruges til at beskrive forholdet mellem det maksimale moment og hastigheden (frekvensen) uden tab af trin. Momentfrekvenskurven er en vigtig parameter for steppermotoren og er det primære grundlag for motorvalg.

⑥ Nominel strøm: motorviklingsstrømmen, der kræves for at opretholde det nominelle drejningsmoment, den effektive værdi

 

4. Valg af punkter

Industrielle applikationer, der anvendes i steppermotorer med hastigheder på op til 600 ~ 1500 o/min. Ved højere hastigheder kan man overveje closed-loop steppermotordrev eller vælge et mere passende servodrevprogram til valg af steppermotortrin (se figur nedenfor).

 

(1) Valg af trinvinkel

Afhængigt af antallet af motorfaser er der tre typer trinvinkler: 1,8° (tofaset), 1,2° (trefaset), 0,72° (femfaset). Femfaset trinvinkel har naturligvis den højeste nøjagtighed, men motoren og driveren er dyrere, så den bruges sjældent i Kina. Derudover bruger mainstream steppermotorer nu opdelingsdrevteknologi. I de 4 opdelinger nedenfor kan nøjagtigheden af ​​opdelingstrinvinkelen stadig garanteres. Hvis man udelukkende overvejer trinvinkelnøjagtigheden, kan femfaset steppermotor erstattes af en tofaset eller trefaset steppermotor. For eksempel, i anvendelsen af ​​en eller anden form for ledning til 5 mm skruebelastning, hvis en tofaset steppermotor anvendes, og driveren er indstillet til 4 underopdelinger, er antallet af pulser pr. omdrejning af motoren 200 x 4 = 800, og pulsækvivalenten er 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, kan denne nøjagtighed opfylde de fleste applikationskrav.

(2) Valg af statisk drejningsmoment (holdemoment)

Almindeligt anvendte lastoverføringsmekanismer omfatter synkronremme, glødetrådsstænger, tandstang osv. Kunderne beregner først deres maskinbelastning (primært accelerationsmoment plus friktionsmoment) konverteret til det nødvendige belastningsmoment på motorakslen. Derefter, i henhold til den maksimale driftshastighed, der kræves af de elektriske motorer, anvendes følgende to forskellige anvendelsesscenarier til at vælge det passende holdemoment for steppermotoren ① til anvendelse ved den nødvendige motorhastighed på 300 pm eller mindre: Hvis maskinbelastningen konverteres til motorakslens nødvendige belastningsmoment T1, ganges dette belastningsmoment med en sikkerhedsfaktor SF (generelt taget som 1,5-2,0), dvs. det nødvendige steppermotorholdemoment Tn ②2 for applikationer, der kræver en motorhastighed på 300 pm eller mere: Indstil den maksimale hastighed Nmax. Hvis maskinbelastningen konverteres til motorakslen, er det nødvendige belastningsmoment T1, og dette belastningsmoment ganges med en sikkerhedsfaktor SF (normalt 2,5-3,5), hvilket giver holdemomentet Tn. Se figur 4, og vælg en passende model. Brug derefter moment-frekvens-kurven til at kontrollere og sammenligne: På moment-frekvens-kurven svarer den maksimale hastighed Nmax, som brugeren kræver, til det maksimale mistede trinmoment for T2, så skal det maksimale mistede trinmoment T2 være mere end 20 % større end T1. Ellers er det nødvendigt at vælge en ny motor med et større moment og kontrollere og sammenligne igen i henhold til momentfrekvens-kurven for den nyvalgte motor.

(3) Jo større motorens basisnummer er, desto større er holdemomentet.

(4) Vælg den passende stepperdriver i henhold til den nominelle strøm.

Hvis f.eks. nominel strøm for en motor 57CM23 er 5A, så matcher du drevets maksimalt tilladte strøm på mere end 5A (bemærk venligst, at det er den effektive værdi snarere end peak-værdien). Ellers, hvis du vælger en maksimal strøm på kun 3A for drevet, kan motorens maksimale udgangsmoment kun være omkring 60%!

5, applikationserfaring

(1) problem med lavfrekvent resonans i steppermotorer

Underopdelingsstepperdrev er en effektiv måde at reducere lavfrekvent resonans i steppermotorer. Under 150 o/min er underopdelingsdrevet meget effektivt til at reducere motorens vibrationer. Teoretisk set, jo større underopdelingen er, desto bedre er effekten på at reducere steppermotorens vibrationer, men i virkeligheden stiger underopdelingen til 8 eller 16, efter at den forbedrede effekt på at reducere steppermotorens vibrationer har nået det ekstreme.

I de senere år er der kommet anti-lavfrekvente resonans stepper drivere i ind- og udland. Leisais DM, DM-S serie af produkter, anti-lavfrekvente resonans teknologi. Denne serie af drivere bruger harmonisk kompensation, som gennem amplitude- og fasetilpasningskompensation kan reducere lavfrekvente vibrationer i steppermotoren betydeligt og opnå lav vibration og lav støj i motoren.

(2) Indvirkningen af ​​steppermotoropdeling på positioneringsnøjagtighed

Steppermotorens opdelingskredsløb kan ikke kun forbedre enhedens bevægelsesjævnhed, men kan også effektivt forbedre udstyrets positioneringsnøjagtighed. Test viser, at: I den synkrone remdrevsbevægelsesplatform, steppermotor 4-opdeling, kan motoren positioneres nøjagtigt ved hvert trin.