Стъпкови двигателиМоже да се използва за контрол на скоростта и контрол на позиционирането без използване на устройства за обратна връзка (т.е. управление с отворен контур), така че това решение за задвижване е едновременно икономично и надеждно. В оборудването за автоматизация и инструментите стъпковите задвижвания се използват много широко. Но много потребители имат технически въпроси относно това как да изберат подходящ стъпков двигател, как да постигнат най-добрата производителност на стъпковото задвижване или други въпроси. Тази статия разглежда избора на стъпкови двигатели, като се фокусира върху прилагането на известен опит в инженерството на стъпкови двигатели. Надявам се, че популяризирането на стъпковите двигатели в оборудването за автоматизация ще играе роля в справката.
1. Въведение настъпков двигател
Стъпковият двигател е известен още като импулсен двигател или стъпков двигател. Той се придвижва напред с определен ъгъл всеки път, когато състоянието на възбуждане се промени в зависимост от входния импулсен сигнал, и остава неподвижен в определена позиция, когато състоянието на възбуждане остане непроменено. Това позволява на стъпковия двигател да преобразува входния импулсен сигнал в съответно ъглово изместване на изхода. Чрез контролиране на броя на входните импулси можете точно да определите ъгловото изместване на изхода, за да постигнете най-добро позициониране; а чрез контролиране на честотата на входните импулси можете точно да контролирате ъгловата скорост на изхода и да постигнете целта на регулиране на скоростта. В края на 60-те години на миналия век се появиха различни практични стъпкови двигатели и през последните 40 години се наблюдава бързо развитие. Стъпковите двигатели могат да се комбинират с постояннотокови двигатели, асинхронни двигатели, както и синхронни двигатели, превръщайки се в основен тип двигател. Съществуват три вида стъпкови двигатели: реактивни (тип VR), с постоянен магнит (тип PM) и хибридни (тип HB). Хибридният стъпков двигател съчетава предимствата на първите два вида стъпкови двигатели. Стъпковият двигател се състои от ротор (роторно ядро, постоянни магнити, вал, сачмени лагери), статор (намотка, статорно ядро), предна и задна капачка и др. Най-типичният двуфазен хибриден стъпков двигател има статор с 8 големи зъба, 40 малки зъба и ротор с 50 малки зъба; трифазният двигател има статор с 9 големи зъба, 45 малки зъба и ротор с 50 малки зъба.
2. Принцип на управление
Theстъпков двигателНе може да бъде директно свързан към захранването, нито може директно да приема електрически импулсни сигнали, това трябва да се осъществи чрез специален интерфейс - драйверът на стъпковия двигател, за да взаимодейства със захранването и контролера. Драйверът на стъпковия двигател обикновено се състои от пръстеновиден разпределител и схема за усилвател на мощност. Пръстеновидният делител получава управляващите сигнали от контролера. Всеки път, когато се получи импулсен сигнал, изходът на пръстеновидния делител се преобразува веднъж, така че наличието или отсъствието и честотата на импулсния сигнал могат да определят дали скоростта на стъпковия двигател е висока или ниска, дали ускорява или забавя, за да стартира или спира. Пръстеновидният разпределител трябва също да следи сигнала за посока от контролера, за да определи дали преходите на състоянието на изхода му са в положителен или отрицателен ред и по този начин да определи управлението на стъпковия двигател.
3. Основни параметри
①Номер на блок: главно 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 и др.
②Фазен номер: броят на намотките в стъпковия двигател. Фазовият номер на стъпковия двигател обикновено е двуфазен, трифазен и петфазен. Китай използва главно двуфазни стъпкови двигатели, а трифазните също имат някои приложения. Япония по-често използва петфазни стъпкови двигатели.
③Ъгъл на стъпката: съответстващ на импулсен сигнал, ъгловото изместване на въртенето на ротора на двигателя. Формулата за изчисляване на ъгъла на стъпката на стъпковия двигател е следната
Ъгъл на стъпката = 360° ÷ (2mz)
m броят на фазите на стъпков двигател
Z е броят на зъбите на ротора на стъпков двигател.
Съгласно горната формула, ъгълът на стъпката на двуфазните, трифазните и петфазните стъпкови двигатели е съответно 1,8°, 1,2° и 0,72°.
④ Задържащ въртящ момент: е въртящият момент на статорната намотка на двигателя през номиналния ток, но роторът не се върти, статорът блокира ротора. Задържащият въртящ момент е най-важният параметър на стъпковите двигатели и е основната основа за избор на двигател.
⑤ Позициониращ въртящ момент: е въртящият момент, необходим за завъртане на ротора с външна сила, когато през двигателя не протича ток. Въртящият момент е един от показателите за ефективност на двигателя. При еднакви други параметри, колкото по-малък е позициониращият въртящ момент, толкова по-малък е „ефектът на слота“, толкова по-благоприятно е за плавната работа на двигателя при ниска скорост. Честотно-честотна характеристика на въртящия момент: отнася се главно до изтеглените честотно-честотни характеристики на въртящия момент, при които двигателят може да работи стабилно при определена скорост и да издържи на максималния въртящ момент без загуба на стъпка. Кривата на честотата на момента се използва за описание на връзката между максималния въртящ момент и скоростта (честотата) без загуба на стъпка. Кривата на честотата на въртящия момент е важен параметър на стъпковия двигател и е основната основа за избор на двигател.
⑥ Номинален ток: токът на намотката на двигателя, необходим за поддържане на номиналния въртящ момент, ефективната стойност
4. Избиране на точки
В промишлени приложения стъпковият двигател се използва със скорост до 600 ~ 1500 об/мин, а при по-висока скорост можете да обмислите задвижване със стъпков двигател със затворен контур или да изберете по-подходяща програма за серво задвижване (вижте фигурата по-долу).
(1) Избор на ъгъл на стъпало
Според броя на фазите на двигателя, има три вида ъгъл на стъпка: 1.8° (двуфазен), 1.2° (трифазен), 0.72° (петфазен). Разбира се, петфазният ъгъл на стъпка има най-висока точност, но неговият двигател и драйвер са по-скъпи, така че рядко се използва в Китай. Освен това, масовите драйвери за стъпкови двигатели сега използват технология за подразделяне на задвижвания, в 4 подразделения по-долу, точността на ъгъла на стъпката на подразделяне все още може да бъде гарантирана, така че ако се вземат предвид само индикаторите за точност на ъгъла на стъпката, петфазният стъпков двигател може да бъде заменен с двуфазен или трифазен стъпков двигател. Например, при прилагане на някакъв вид извод за 5 мм винтово натоварване, ако се използва двуфазен стъпков двигател и драйверът е настроен на 4 подразделения, броят на импулсите на оборот на двигателя е 200 x 4 = 800, а еквивалентът на импулса е 5 ÷ 800 = 0,00625 мм = 6,25 μm, тази точност може да отговори на повечето изисквания на приложението.
(2) Избор на статичен въртящ момент (задържащ въртящ момент)
Често използваните механизми за предаване на натоварване включват синхронни ремъци, нишки, зъбни рейки и др. Клиентите първо изчисляват натоварването на машината си (главно въртящ момент на ускорение плюс въртящ момент на триене), преобразувано в необходимия въртящ момент на натоварване върху вала на двигателя. След това, в зависимост от максималната скорост на работа, изисквана от електрическите цветя, се използват следните два различни случая на употреба, за да се избере подходящ задържащ въртящ момент на стъпковия двигател ① за прилагане на необходимата скорост на двигателя от 300pm или по-малко: ако натоварването на машината се преобразува в необходимия въртящ момент на натоварване на вала на двигателя T1, тогава този въртящ момент на натоварване се умножава по коефициент на безопасност SF (обикновено приеман като 1,5-2,0), т.е. необходимия задържащ въртящ момент на стъпковия двигател Tn ②2. За приложения, изискващи скорост на двигателя от 300pm или повече: задайте максималната скорост Nmax, ако натоварването на машината се преобразува в вала на двигателя, необходимият въртящ момент на натоварване е T1, тогава този въртящ момент на натоварване се умножава по коефициент на безопасност SF (обикновено 2,5-3,5), което дава задържащия въртящ момент Tn. Вижте Фигура 4 и изберете подходящ модел. След това използвайте кривата на момент-честота, за да проверите и сравните: на кривата на момент-честота, максималната скорост Nmax, изисквана от потребителя, съответства на максималния загубен стъпков въртящ момент на T2, тогава максималният загубен стъпков въртящ момент T2 трябва да бъде с повече от 20% по-голям от T1. В противен случай е необходимо да изберете нов двигател с по-голям въртящ момент и да проверите и сравните отново според кривата на въртящия момент-честота на новоизбрания двигател.
(3) Колкото по-голям е базовият номер на двигателя, толкова по-голям е задържащият въртящ момент.
(4) в зависимост от номиналния ток, изберете съответстващ стъпков драйвер.
Например, номиналният ток на двигател 57CM23 е 5A, тогава трябва да се съпостави максимално допустимият ток на задвижването с повече от 5A (моля, обърнете внимание, че това е ефективната стойност, а не пиковата), в противен случай, ако изберете максимален ток на задвижването само 3A, максималният изходен въртящ момент на двигателя може да бъде само около 60%!
5, опит с кандидатстването
(1) проблем с нискочестотния резонанс на стъпковия двигател
Подразделение на стъпковото задвижване е ефективен начин за намаляване на нискочестотния резонанс на стъпковите двигатели. Под 150 оборота в минута, разделителното задвижване е много ефективно за намаляване на вибрациите на двигателя. Теоретично, колкото по-голямо е подразделянето, толкова по-добър е ефектът върху намаляването на вибрациите на стъпковия двигател, но в действителност подразделянето се увеличава до 8 или 16, след като подобреният ефект върху намаляването на вибрациите на стъпковия двигател достигне екстремума.
През последните години в страната и чужбина се появиха стъпкови драйвери с анти-нискочестотен резонанс, серията продукти DM и DM-S на Leisai, използващи анти-нискочестотна резонансна технология. Тази серия драйвери използва хармонична компенсация, която чрез компенсация на амплитудното и фазово съгласуване може значително да намали нискочестотните вибрации на стъпковия двигател, за да се постигне ниска вибрация и нисък шум при работа на двигателя.
(2) Влиянието на разделянето на стъпковия двигател върху точността на позициониране
Задвижващата верига със стъпков двигател може не само да подобри плавността на движението на устройството, но и ефективно да подобри точността на позициониране на оборудването. Тестовете показват, че: В платформата за синхронно ремъчно задвижване, стъпков двигател с 4 подразделения, двигателят може да бъде точно позициониран на всяка стъпка.
Време на публикуване: 11 юни 2023 г.