Som en aktuator,steppermotorer et af nøgleprodukterne inden for mekatronik, som er meget udbredt i forskellige automatiseringsstyringssystemer. Med udviklingen af mikroelektronik og computerteknologi stiger efterspørgslen efter steppermotorer dag for dag, og de anvendes inden for forskellige nationale økonomiske områder.
01 Hvad er ensteppermotor
En steppermotor er en elektromekanisk enhed, der direkte omdanner elektriske impulser til mekanisk bevægelse. Ved at styre rækkefølgen, frekvensen og antallet af elektriske impulser, der påføres motorspolen, kan steppermotorens styring, hastighed og rotationsvinkel styres. Uden brug af et lukket-loop feedback-styringssystem med positionsregistrering kan præcis positions- og hastighedskontrol opnås ved hjælp af et simpelt, billigt åbent-loop styresystem bestående af en steppermotor og dens tilhørende driver.
02 steppermotorgrundlæggende struktur og arbejdsprincip
Grundlæggende struktur:
Arbejdsprincip: Steppermotordriveren styrer steppermotorviklingerne i henhold til eksterne styrepulser og retningssignaler via sit interne logikkredsløb i en bestemt tidssekvens, hvorved motoren roterer fremad eller bagud, eller låser den.
Tag en 1,8 graders tofaset steppermotor som eksempel: Når begge viklinger er aktiveret og exciteret, vil motorens udgangsaksel være stationær og låst i position. Det maksimale drejningsmoment, der vil holde motoren låst ved den nominelle strøm, er holdemomentet. Hvis strømmen i en af viklingerne omdirigeres, vil motoren rotere et trin (1,8 grader) i en given retning.
På samme måde, hvis strømmen i den anden vikling ændrer retning, vil motoren rotere et trin (1,8 grader) i den modsatte retning af den første. Når strømmene gennem spoleviklingerne sekventielt omdirigeres til excitation, vil motoren rotere i et kontinuerligt trin i den givne retning med meget høj nøjagtighed. For 1,8 graders tofaset steppermotor tager rotation på en uge 200 trin.
Tofasede steppermotorer har to typer viklinger: bipolære og unipolære. Bipolære motorer har kun én viklingsspole pr. fase, hvilket betyder at motoren roterer kontinuerligt og variabelt i samme spole, og at strømmen i den sekventielle excitation sker sekventielt. Designet af drivkredsløbet kræver otte elektroniske kontakter til sekventiel kobling.
Unipolære motorer har to viklingsspoler med modsat polaritet på hver fase, og motoren
roterer kontinuerligt ved skiftevis at aktivere de to viklingsspoler på samme fase.
Drevkredsløbet er designet til kun at kræve fire elektroniske kontakter. I den bipolære
I køretilstand øges motorens udgangsmoment med ca. 40 % sammenlignet med
unipolær drivtilstand, fordi viklingsspolerne i hver fase er 100 % exciterede.
03, Steppermotorbelastning
A. Momentbelastning (Tf)
Tf = G * r
G: Lastvægt
r: radius
B. Inertibelastning (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (kg * cm)
M: Lastmasse
R1: Radius af den ydre ring
R2: Radius af den indre ring
dω/dt: Vinkelacceleration
04, steppermotorens hastigheds-momentkurve
Hastigheds-momentkurven er et vigtigt udtryk for stepperens udgangsegenskaber.
motorer.
A. Steppermotorens driftsfrekvenspunkt
Steppermotorens hastighedsværdi på et bestemt punkt.
n = q * Hz / (360 * D)
n: omdr./sek.
Hz: Frekvensværdi
D: Interpolationsværdi for drevkredsløb
q: steppermotorens trinvinkel
For eksempel en steppermotor med en stigningsvinkel på 1,8°, med et 1/2 interpolationsdrev(dvs. 0,9° pr. trin), har en hastighed på 1,25 r/s ved en driftsfrekvens på 500 Hz.
B. Steppermotorens selvstartområde
Området hvor steppermotoren kan startes og stoppes direkte.
C. Kontinuerligt driftsområde
I dette område kan steppermotoren ikke startes eller stoppes direkte. Steppermotorer iDette område skal først passere gennem selvstartområdet og derefter accelereres for at nådriftsområde. På samme måde kan steppermotoren i dette område ikke bremses direkte,ellers er det let at få steppermotoren ud af trit, skal først decelereres tilselvstartområdet og derefter bremset.
D. Steppermotorens maksimale startfrekvens
Motorens tomgangstilstand for at sikre, at steppermotoren ikke mister trindriften afmaksimal pulsfrekvens.
E. Steppermotorens maksimale driftsfrekvens
Den maksimale pulsfrekvens, hvormed motoren exciteres til at køre uden at miste et trinuden belastning.
F. Steppermotorens startmoment / indtræksmoment
For at steppermotoren skal starte og køre med en bestemt pulsfrekvens, udenmister trin af det maksimale belastningsmoment.
G. Steppermotorens driftsmoment/indtræksmoment
Det maksimale belastningsmoment, der opfylder steppermotorens stabile drift ved enen bestemt pulsfrekvens uden tab af trin.
05 Steppermotor acceleration/deceleration bevægelseskontrol
Når steppermotorens driftsfrekvens er på hastigheds-momentkurven for kontinuerligDriftsområde, hvordan man forkorter motorstart eller -stop acceleration eller decelerationtid, så motoren kører længere i den bedste hastighedstilstand, hvilket øgerMotorens effektive driftstid er meget kritisk.
Som vist i figuren nedenfor er den dynamiske momentkarakteristikkurve for en steppermotoren vandret ret linje ved lav hastighed; ved høj hastighed aftager kurven eksponentieltpå grund af induktansens påvirkning.
Vi ved, at steppermotorbelastningen er TL. Antag, at vi vil accelerere fra F0 til F1 iDen korteste tid (tr), hvordan beregner man den korteste tid tr?
(1) Normalt er 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. Eksponentiel acceleration ved høj hastighed
(1) Normalt
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * I [(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)
Noter.
J angiver motorrotorens rotationsinerti under belastning.
q er rotationsvinklen for hvert trin, hvilket er trinvinklen for steppermotoren i
tilfælde af hele drevet.
I decelerationsoperationen kan du blot vende ovenstående accelerationspulsfrekvens om.
beregnet.
06 steppermotor vibrationer og støj
Generelt set, når motorens driftsfrekvens er under belastning, er steppermotorener tæt på eller lig med motorrotorens iboende frekvens, vil resonere, alvorlig viljeopstå et ude af trit-fænomen.
Flere løsninger til resonans:
A. Undgå vibrationszonen: så motorens driftsfrekvens ikke falder inden forvibrationsområdet
B. Anvend opdelingsdrevtilstand: Brug mikrotrindrevtilstand for at reducere vibrationer ved
opdeling af det oprindelige trin i flere trin for at øge opløsningen af hvert trin
motortrin. Dette kan opnås ved at justere motorens fase-til-strøm-forhold.
Mikrostep øger ikke trinvinklenøjagtigheden, men får motoren til at køre mere
jævnt og med mindre støj. Drejningsmomentet er generelt 15 % lavere ved halvtrinsdrift
end ved fuldtrinsdrift og 30 % lavere for sinuskurvestrømstyring.
Opslagstidspunkt: 9. november 2022