Valg av steppermotorer i automatiseringsutstyr

Steppermotorerkan brukes til hastighetskontroll og posisjoneringskontroll uten bruk av tilbakekoblingsenheter (dvs. åpen sløyfekontroll), så denne drivløsningen er både økonomisk og pålitelig. Steppermotorer har blitt mye brukt i automatiseringsutstyr og instrumenter. Men mange brukere og teknisk personell har spørsmål om hvordan man velger riktig steppermotor, hvordan man får best mulig ytelse med steppermotoren. Denne artikkelen diskuterer valg av steppermotorer, med fokus på anvendelsen av noen av steppermotortekniske erfaringer, og jeg håper at populariseringen av steppermotorer i automatiseringsutstyr vil spille en rolle som referanse.

 

1. Introduksjon avtrinnmotor

Steppermotoren er også kjent som en pulsmotor eller trinnmotor. Den beveger seg fremover med en viss vinkel hver gang eksitasjonstilstanden endres i henhold til inngangspulssignalet, og forblir stasjonær i en bestemt posisjon når eksitasjonstilstanden forblir uendret. Dette lar trinnmotoren konvertere inngangspulssignalet til en tilsvarende vinkelforskyvning for utgang. Ved å kontrollere antall inngangspulser kan du nøyaktig bestemme vinkelforskyvningen til utgangen for å oppnå best mulig posisjonering; og ved å kontrollere frekvensen til inngangspulsene kan du nøyaktig kontrollere vinkelhastigheten til utgangen og oppnå formålet med hastighetsregulering. På slutten av 1960-tallet kom en rekke praktiske trinnmotorer til verden, og de siste 40 årene har det vært en rask utvikling. Trinnmotorer har vært i stand til å fungere sammen med likestrømsmotorer, asynkronmotorer og synkronmotorer, og blitt en grunnleggende motortype. Det finnes tre typer trinnmotorer: reaktive (VR-type), permanentmagnet (PM-type) og hybrid (HB-type). Hybridtrinnmotoren kombinerer fordelene med de to første formene for trinnmotor. Steppermotoren består av en rotor (rotorkjerne, permanentmagneter, aksel, kulelager), en stator (vikling, statorkjerne), fremre og bakre endestykker, osv. Den mest typiske tofasede hybridsteppermotoren har en stator med 8 store tenner, 40 små tenner og en rotor med 50 små tenner; en trefasemotor har en stator med 9 store tenner, 45 små tenner og en rotor med 50 små tenner.

 

2. Kontrollprinsipp

DetrinnmotorDen kan ikke kobles direkte til strømforsyningen, og den kan heller ikke motta elektriske pulssignaler direkte. Den må realiseres gjennom et spesielt grensesnitt - steppermotordriveren - for å samhandle med strømforsyningen og kontrolleren. Steppermotordriveren består vanligvis av en ringfordeler og en effektforsterkerkrets. Ringdeleren mottar kontrollsignalene fra kontrolleren. Hver gang et pulssignal mottas, konverteres utgangen fra ringdeleren én gang, slik at tilstedeværelsen eller fraværet og frekvensen til pulssignalet kan avgjøre om steppermotorens hastighet er høy eller lav, og om den akselererer eller deselererer for å starte eller stoppe. Ringfordeleren må også overvåke retningssignalet fra kontrolleren for å avgjøre om utgangstilstandsovergangene er i positiv eller negativ rekkefølge, og dermed bestemme steppermotorens styring.

 

3. Hovedparametere

①Blokknummer: hovedsakelig 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, osv.

②Fasetall: antall spoler inne i steppermotoren. Steppermotorens fasetall er vanligvis tofaset, trefaset og femfaset. Kina bruker hovedsakelig tofasede steppermotorer, og trefaset har også noen bruksområder. Japan bruker oftere femfasede steppermotorer.

③ Stegvinkel: tilsvarer et pulssignal, den vinkelmessige forskyvningen av motorrotorens rotasjon. Formelen for beregning av stegvinkel for stegmotoren er som følger

Trinnvinkel = 360° ÷ (2mz)

m antall faser i en steppermotor

Z er antall tenner på rotoren til en steppermotor.

I følge formelen ovenfor er trinnvinkelen til tofasede, trefase- og femfasede steppermotorer henholdsvis 1,8°, 1,2° og 0,72°.

④ Holdemoment: er momentet til motorens statorvikling gjennom nominell strøm, men rotoren roterer ikke, og statoren låser rotoren. Holdemoment er den viktigste parameteren til steppermotorer, og er hovedgrunnlaget for motorvalg.

⑤ Posisjoneringsmoment: er dreiemomentet som kreves for å dreie rotoren med ekstern kraft når motoren ikke sender strøm. Dreiemomentet er en av ytelsesindikatorene for å evaluere motoren. Hvis andre parametere er de samme, betyr jo mindre posisjoneringsmomentet er, at "sporeffekten" er mindre, desto mer gunstig er det for jevn motorgang ved lav hastighet. Dreiemomentfrekvenskarakteristikk: refererer hovedsakelig til dreiemomentfrekvenskarakteristikkene, slik at motoren kan tåle maksimalt dreiemoment uten å miste trinn. Momentfrekvenskurven brukes til å beskrive forholdet mellom maksimalt dreiemoment og hastighet (frekvens) uten tap av trinn. Dreiemomentfrekvenskurven er en viktig parameter for steppermotoren og er hovedgrunnlaget for motorvalg.

⑥ Nominell strøm: motorviklingsstrømmen som kreves for å opprettholde nominelt dreiemoment, effektivverdien

 

4. Valg av punkter

Industrielle applikasjoner som brukes i steppermotorer med hastigheter opptil 600 ~ 1500 o/min. Ved høyere hastigheter kan du vurdere lukket-sløyfe steppermotordrift, eller velge et mer passende servomotorprogram for valg av steppermotor (se figur nedenfor).

 

(1) Valg av trinnvinkel

I henhold til antall faser i motoren finnes det tre typer trinnvinkel: 1,8° (tofase), 1,2° (trefase), 0,72° (femfase). Femfase-trinnvinkelmotorer har selvsagt høyest nøyaktighet, men motoren og driveren er dyrere, så de brukes sjelden i Kina. I tillegg bruker de vanlige trinnmotordriverne nå oppdelingsteknologi. I de fire oppdelingene nedenfor kan nøyaktigheten av oppdelingstrinnvinkelen fortsatt garanteres. Så hvis man ser bort fra trinnvinkelnøyaktighetsindikatorene alene, kan femfase-trinnmotorer erstattes av tofase- eller trefase-trinnmotorer. For eksempel, ved bruk av en eller annen type ledning for 5 mm skruebelastning, hvis en tofaset trinnmotor brukes og driveren er satt til 4 underinndelinger, er antall pulser per omdreining av motoren 200 x 4 = 800, og pulsekvivalenten er 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, kan denne nøyaktigheten oppfylle de fleste applikasjonskravene.

(2) Valg av statisk dreiemoment (holdemoment)

Vanlig brukte lastoverføringsmekanismer inkluderer synkronreimer, filamentstenger, tannstang og tannhjul, osv. Kunder beregner først maskinbelastningen (hovedsakelig akselerasjonsmoment pluss friksjonsmoment) konvertert til det nødvendige lastmomentet på motorakselen. Deretter, i henhold til maksimal driftshastighet som kreves av den elektriske motoren, er det følgende to forskjellige brukstilfeller for å velge riktig holdemoment for steppermotoren ① for anvendelse av den nødvendige motorhastigheten på 300 pm eller mindre: Hvis maskinbelastningen konverteres til motorakselens nødvendige lastmoment T1, multipliseres dette lastmomentet med en sikkerhetsfaktor SF (vanligvis tatt som 1,5-2,0), det vil si det nødvendige holdemomentet for steppermotoren Tn ②2 for applikasjoner som krever en motorhastighet på 300 pm eller mer: Still inn maksimal hastighet Nmax. Hvis maskinbelastningen konverteres til motorakselen, er det nødvendige lastmomentet T1, multipliseres dette lastmomentet med en sikkerhetsfaktor SF (vanligvis 2,5-3,5), som gir holdemomentet Tn. Se figur 4 og velg en passende modell. Bruk deretter moment-frekvens-kurven til å sjekke og sammenligne: på moment-frekvens-kurven tilsvarer den maksimale hastigheten Nmax som kreves av brukeren det maksimale tapte trinnmomentet til T2, da bør det maksimale tapte trinnmomentet T2 være mer enn 20 % større enn T1. Ellers er det nødvendig å velge en ny motor med et større dreiemoment, og sjekke og sammenligne igjen i henhold til momentfrekvens-kurven til den nylig valgte motoren.

(3) Jo større motorens basetall er, desto større holdemoment.

(4) Velg den passende stepperdriveren i henhold til nominell strøm.

Hvis for eksempel nominell strøm til en motor 57CM23 er 5A, matcher du frekvensomformerens maksimalt tillatte strøm på mer enn 5A (merk at det er effektivverdien snarere enn toppen). Hvis du ellers velger en maksimal strøm på bare 3A for frekvensomformeren, kan motorens maksimale utgangsmoment bare være omtrent 60 %!

5, applikasjonserfaring

(1) problem med lavfrekvent resonans i stegmotoren

En underavdelings-stepperdriver er en effektiv måte å redusere lavfrekvent resonans i steppermotorer. Under 150 o/min er underavdelingsdriveren svært effektiv til å redusere motorens vibrasjoner. Teoretisk sett, jo større underavdelingen er, desto bedre er effekten på å redusere steppermotorens vibrasjoner, men i virkeligheten øker underavdelingen til 8 eller 16 etter at den forbedrede effekten på å redusere steppermotorens vibrasjoner har nådd det ekstreme.

I de senere år har det blitt listet opp anti-lavfrekvente resonans-stepperdrivere i inn- og utland, og Leisais DM- og DM-S-serieprodukter bruker anti-lavfrekvente resonansteknologier. Denne driverserien bruker harmonisk kompensasjon, som gjennom amplitude- og fasetilpasningskompensasjon kan redusere lavfrekvente vibrasjoner i steppermotoren betraktelig, for å oppnå lav vibrasjon og lav støy i motoren.

(2) Virkningen av steppermotorunderoppdeling på posisjoneringsnøyaktighet

Steppermotorens underoppdelingskrets kan ikke bare forbedre jevnheten i enhetens bevegelse, men kan også effektivt forbedre posisjoneringsnøyaktigheten til utstyret. Tester viser at: I den synkrone beltedriftsplattformen, underoppdeling av stegmotor 4, kan motoren posisjoneres nøyaktig i hvert trinn.