Ca actuator,motor pas cu paseste unul dintre produsele cheie ale mecatronicii, care este utilizat pe scară largă în diverse sisteme de control al automatizării. Odată cu dezvoltarea microelectronicii și a tehnologiei informatice, cererea de motoare pas cu pas crește zi de zi, acestea fiind utilizate în diverse domenii economice naționale.
01 Ce este un/omotor pas cu pas
Motorul pas cu pas este un dispozitiv electromecanic care transformă direct impulsurile electrice în mișcare mecanică. Prin controlul secvenței, frecvenței și numărului de impulsuri electrice aplicate bobinei motorului, se pot controla direcția, viteza și unghiul de rotație al motorului pas cu pas. Fără utilizarea unui sistem de control cu feedback în buclă închisă cu detectare a poziției, se poate obține un control precis al poziției și vitezei folosind un sistem de control în buclă deschisă simplu și ieftin, compus dintr-un motor pas cu pas și driverul său însoțitor.
02 motor pas cu passtructura de bază și principiul de funcționare
Structura de bază:
Principiul de funcționare: driverul motorului pas cu pas, în funcție de impulsul de control extern și semnalul de direcție, controlează înfășurările motorului pas cu pas într-o anumită secvență de temporizare, energizate înainte sau înapoi, astfel încât motorul să se rotească înainte/înapoi sau să se blocheze.
Luăm ca exemplu un motor pas cu pas bifazat de 1,8 grade: când ambele înfășurări sunt energizate și excitate, arborele de ieșire al motorului va fi staționar și blocat în poziție. Cuplul maxim care va menține motorul blocat la curentul nominal este cuplul de menținere. Dacă curentul dintr-una dintre înfășurări este redirecționat, motorul se va roti cu un pas (1,8 grade) într-o direcție dată.
În mod similar, dacă curentul din cealaltă înfășurare își schimbă direcția, motorul se va roti cu un pas (1,8 grade) în direcția opusă celei dintâi. Când curenții prin înfășurările bobinei sunt redirecționați secvențial către excitație, motorul se va roti într-un pas continuu în direcția dată, cu o precizie foarte mare. Pentru 1,8 grade, rotația unui motor pas cu pas bifazat durează 200 de pași pe săptămână.
Motoarele pas cu pas bifazate au două tipuri de înfășurări: bipolare și unipolare. Motoarele bipolare au o singură bobină de înfășurare pe fază, curentul motorului circulând în rotație continuă în aceeași bobină pentru a avea o excitație variabilă secvențial, designul circuitului de acționare necesitând opt comutatoare electronice pentru comutarea secvențială.
Motoarele unipolare au două bobine de înfășurare de polaritate opusă pe fiecare fază, iar motorul
se rotește continuu prin energizarea alternativă a celor două bobine de înfășurare pe aceeași fază.
Circuitul de acționare este proiectat să necesite doar patru comutatoare electronice. În circuitul bipolar
În modul de acționare, cuplul de ieșire al motorului este crescut cu aproximativ 40% față de
mod de acționare unipolar deoarece bobinele de înfășurare ale fiecărei faze sunt excitate 100%.
03, Sarcina motorului pas cu pas
A. Moment de încărcare (Tf)
Tf = G * r
G: Greutatea încărcăturii
r: rază
B. Sarcina de inerție (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (kg * cm)
M: Masa încărcăturii
R1: Raza inelului exterior
R2: Raza inelului interior
dω/dt: Accelerație unghiulară
04, curba viteză-cuplu a motorului pas cu pas
Curba viteză-cuplu este o expresie importantă a caracteristicilor de ieșire ale motorului pas cu pas.
motoare.
A. Punctul frecvenței de funcționare a motorului pas cu pas
Valoarea vitezei motorului pas cu pas la un anumit punct.
n = q * Hz / (360 * D)
n: rot/sec
Hz: Valoarea frecvenței
D: Valoarea de interpolare a circuitului de acționare
q: unghiul de pas al motorului pas cu pas
De exemplu, un motor pas cu pas cu un unghi de înclinare de 1,8°, cu un acționare de interpolare de 1/2(adică 0,9° pe pas), are o viteză de 1,25 r/s la o frecvență de funcționare de 500 Hz.
B. Zona de autopornire a motorului pas cu pas
Zona în care motorul pas cu pas poate fi pornit și oprit direct.
C. Zona de funcționare continuă
În această zonă, motorul pas cu pas nu poate fi pornit sau oprit direct. Motoarele pas cu pas dinaceastă zonă trebuie să treacă mai întâi prin zona de autopornire și apoi să fie accelerată pentru a ajunge lazona de operare. În mod similar, motorul pas cu pas din această zonă nu poate fi frânat direct,altfel este ușor să dezechilibrezi motorul pas cu pas, trebuie mai întâi decelerat pentru azona de autopornire și apoi a frânat.
D. Frecvența maximă de pornire a motorului pas cu pas
Stare de mers fără sarcină a motorului, pentru a se asigura că motorul pas cu pas nu pierde funcționarea pas cu pas afrecvența maximă a impulsurilor.
E. Frecvența maximă de funcționare a motorului pas cu pas
Frecvența maximă a impulsurilor la care motorul este excitat să funcționeze fără a pierde un pasfără sarcină.
F. Cuplu de pornire / cuplu de tragere al motorului pas cu pas
Pentru a satisface motorul pas cu pas la o anumită frecvență de impulsuri pentru a porni și a începe să funcționeze, fărătrepte de pierdere a cuplului maxim de sarcină.
G. Cuplu de funcționare/cuplu de absorbție al motorului pas cu pas
Cuplul maxim de sarcină care asigură funcționarea stabilă a motorului pas cu pas lao anumită frecvență a impulsurilor fără pierderea pasului.
05 Controlul mișcării de accelerare/decelerare a motorului pas cu pas
Când punctul de frecvență de funcționare al motorului pas cu pas în curba viteză-cuplu a sistemului continuuregiune de funcționare, cum se scurtează pornirea sau oprirea motorului, accelerarea sau decelerareatimp, astfel încât motorul să funcționeze mai mult timp la cea mai bună turație, crescând astfelTimpul efectiv de funcționare al motorului este foarte critic.
După cum se arată în figura de mai jos, curba caracteristică a cuplului dinamic al motorului pas cu pas esteo linie dreaptă orizontală la viteză mică; la viteză mare, curba scade exponențialdatorită influenței inductanței.
Știm că sarcina motorului pas cu pas este TL, să presupunem că vrem să accelerăm de la F0 la F1 înCel mai scurt timp (tr), cum se calculează cel mai scurt timp tr?
(1) În mod normal, 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. Accelerație exponențială în condiții de viteză mare
(1) În mod normal
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * În [(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)
Note.
J indică inerția de rotație a rotorului motorului sub sarcină.
q este unghiul de rotație al fiecărui pas, care este unghiul de pas al motorului pas cu pas în
cazul întregii unități.
În operațiunea de decelerare, pur și simplu inversați frecvența impulsurilor de accelerare de mai sus.
calculat.
06 vibrații și zgomot motor pas cu pas
În general, motorul pas cu pas în funcționare fără sarcină, atunci când frecvența de funcționare a motoruluieste apropiată sau egală cu frecvența inerentă a rotorului motorului va rezona, grav vaapariția fenomenului de decalaj.
Mai multe soluții pentru rezonanță:
A. Evitați zona de vibrații: astfel încât frecvența de funcționare a motorului să nu se încadreze înintervalul de vibrații
B. Adoptarea modului de acționare subdivizată: Utilizarea modului de acționare în micro-pași pentru a reduce vibrațiile prin
subdivizarea pasului original în mai mulți pași pentru a crește rezoluția fiecăruia
treaptă a motorului. Acest lucru se poate realiza prin ajustarea raportului fază-curent al motorului.
Microstepping-ul nu crește precizia unghiului de pas, dar face ca motorul să funcționeze mai mult
lin și cu mai puțin zgomot. Cuplul este în general cu 15% mai mic pentru funcționarea în jumătate de treaptă
decât pentru funcționarea în treaptă completă și cu 30% mai mică pentru controlul curentului sinusoidal.
Data publicării: 09 noiembrie 2022