Som en aktuator,trinnmotorer et av nøkkelproduktene innen mekatronikk, som er mye brukt i ulike automatiseringskontrollsystemer. Med utviklingen av mikroelektronikk og datateknologi øker etterspørselen etter steppermotorer dag for dag, og de brukes i ulike nasjonale økonomiske felt.
01 Hva er entrinnmotor
En steppermotor er en elektromekanisk enhet som direkte konverterer elektriske pulser til mekanisk bevegelse. Ved å kontrollere sekvensen, frekvensen og antallet elektriske pulser som påføres motorspolen, kan steppermotorens styring, hastighet og rotasjonsvinkel kontrolleres. Uten bruk av et lukket tilbakekoblingssystem med posisjonsføling, kan presis posisjons- og hastighetskontroll oppnås ved hjelp av et enkelt, rimelig åpent sløyfe-kontrollsystem som består av en steppermotor og den tilhørende driveren.
02 trinnmotorgrunnleggende struktur og virkemåte
Grunnleggende struktur:
Arbeidsprinsipp: Steppermotordriveren styrer steppermotorviklingene i henhold til eksterne styrepulser og retningssignaler gjennom den interne logikkkretsen i en bestemt tidssekvens for å aktivere fremover- eller bakoverrotasjon, slik at motoren roterer fremover/bakover eller låses.
Ta en 1,8-graders tofaset steppermotor som et eksempel: når begge viklingene er aktivert og eksitert, vil motorens utgående aksel være stasjonær og låst i posisjon. Det maksimale dreiemomentet som vil holde motoren låst ved nominell strøm er holdemomentet. Hvis strømmen i en av viklingene omdirigeres, vil motoren rotere ett trinn (1,8 grader) i en gitt retning.
På samme måte, hvis strømmen i den andre viklingen endrer retning, vil motoren rotere ett trinn (1,8 grader) i motsatt retning av den førstnevnte. Når strømmene gjennom spoleviklingene sekvensielt omdirigeres til eksitasjon, vil motoren rotere i et kontinuerlig trinn i den gitte retningen med svært høy nøyaktighet. For 1,8 grader med tofaset steppermotor tar rotasjonen av en uke 200 trinn.
Tofasede steppermotorer har to typer viklinger: bipolare og unipolare. Bipolare motorer har bare én viklingsspole per fase, slik at motoren roterer kontinuerlig med strømmen i samme spole for å være sekvensielt variabel eksitasjon, og designen til drivkretsen krever åtte elektroniske brytere for sekvensiell veksling.
Unipolare motorer har to viklingsspoler med motsatt polaritet på hver fase, og motoren
roterer kontinuerlig ved vekselvis å aktivere de to viklingsspolene på samme fase.
Drivkretsen er konstruert for å kun kreve fire elektroniske brytere. I den bipolare
I kjøremodus økes motorens utgående dreiemoment med omtrent 40 % sammenlignet med
unipolar drivmodus fordi viklingsspolene i hver fase er 100 % eksiterte.
03, Steppermotorbelastning
A. Momentlast (Tf)
Tf = G * r
G: Lastvekt
r: radius
B. Treghetsbelastning (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12 + R22) / 2 (kg * cm)
M: Lastmasse
R1: Radius av ytre ring
R2: Radius av den indre ringen
dω/dt: Vinkelakselerasjon
04, trinnmotorens hastighet-momentkurve
Hastighet-momentkurven er et viktig uttrykk for utgangsegenskapene til en stepper.
motorer.
A. Steppermotorens driftsfrekvenspunkt
Hastighetsverdien til steppermotormotoren på et visst punkt.
n = q * Hz / (360 * D)
n: omdr./sek.
Hz: Frekvensverdi
D: Interpolasjonsverdi for drivkrets
q: trinnmotorens trinnvinkel
For eksempel en steppermotor med en stigningsvinkel på 1,8°, med en 1/2 interpolasjonsdriver(dvs. 0,9° per trinn), har en hastighet på 1,25 o/s ved en driftsfrekvens på 500 Hz.
B. Steppermotorens selvstartområde
Området der steppermotoren kan startes og stoppes direkte.
C. Kontinuerlig driftsområde
I dette området kan ikke steppermotoren startes eller stoppes direkte. Steppermotorer idette området må først passere gjennom selvstartområdet og deretter akselereres for å nådriftsområdet. På samme måte kan ikke steppermotoren i dette området bremses direkte,ellers er det lett å få steppermotoren ut av takt, må først bremses ned tilselvstartområdet og deretter bremset.
D. Maksimal startfrekvens for trinnmotor
Motorens tomgangstilstand, for å sikre at trinnmotoren ikke mister trinndriften tilmaksimal pulsfrekvens.
E. Maksimal driftsfrekvens for trinnmotor
Den maksimale pulsfrekvensen som motoren eksiteres med for å kjøre uten å miste et trinnuten belastning.
F. Startmoment / inntrekksmoment for trinnmotor
For å møte steppermotoren i en viss pulsfrekvens for å starte og begynne å kjøre, utenmister trinn med maksimalt lastmoment.
G. Steppermotorens kjøremoment/inntrekksmoment
Det maksimale lastmomentet som tilfredsstiller den stabile driften av trinnmotoren ved enen viss pulsfrekvens uten tap av trinn.
05 Bevegelseskontroll for akselerasjon/retardasjon av trinnmotor
Når trinnmotorens driftsfrekvens peker i hastighets-momentkurven for kontinuerligoperasjonsområde, hvordan forkorte motorstart eller -stoppakselerasjon eller -retardasjontiden, slik at motoren går lenger i beste hastighetstilstand, og dermed økerMotorens effektive kjøretid er svært kritisk.
Som vist i figuren nedenfor er den dynamiske dreiemomentkarakteristikken til en steppermotoren horisontal rett linje ved lav hastighet; ved høy hastighet avtar kurven eksponentieltpå grunn av påvirkningen av induktans.
Vi vet at belastningen på stegmotoren er TL, anta at vi ønsker å akselerere fra F0 til F1 iDen korteste tiden (tr), hvordan beregne den korteste tiden tr?
(1) Normalt er 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. Eksponentiell akselerasjon i høy hastighet
(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)
Notater.
J indikerer rotasjonstregheten til motorrotoren under belastning.
q er rotasjonsvinkelen til hvert trinn, som er trinnvinkelen til steppermotoren i
tilfelle av hele stasjonen.
I retardasjonsoperasjonen kan du bare reversere ovennevnte akselerasjonspulsfrekvens
beregnet.
06 vibrasjon og støy fra steppermotor
Generelt sett, steppermotor i tomgangsdrift, når motorens driftsfrekvenser nær eller lik motorrotorens iboende frekvens vil resonere, alvorlig viljeoppstå et ut av takt-fenomen.
Flere løsninger for resonans:
A. Unngå vibrasjonssonen: slik at motorens driftsfrekvens ikke faller innenforvibrasjonsområdet
B. Bruk underavdelingskjøremodus: Bruk mikrotrinnskjøremodus for å redusere vibrasjon ved
dele opp det opprinnelige trinnet i flere trinn for å øke oppløsningen til hvert trinn
motortrinn. Dette kan oppnås ved å justere motorens fase-til-strøm-forhold.
Mikrostepping øker ikke nøyaktigheten av stegvinkelen, men får motoren til å gå mer
jevnt og med mindre støy. Dreiemomentet er vanligvis 15 % lavere for halvtrinnsdrift
enn for full-trinns drift, og 30 % lavere for sinuskurvestrømkontroll.
Publisert: 09. november 2022