Як виконавчий механізм,кроковий двигунє одним з ключових продуктів мехатроніки, який широко використовується в різних системах автоматизованого керування. З розвитком мікроелектроніки та комп'ютерних технологій попит на крокові двигуни зростає з кожним днем, і вони використовуються в різних галузях народного господарства.
01 Що такекроковий двигун
Кроковий двигун — це електромеханічний пристрій, який безпосередньо перетворює електричні імпульси на механічний рух. Керуючи послідовністю, частотою та кількістю електричних імпульсів, що подаються на обмотку двигуна, можна керувати керуванням, швидкістю та кутом повороту крокового двигуна. Без використання замкнутої системи керування зворотним зв'язком із датчиком положення, точне керування положенням та швидкістю може бути досягнуто за допомогою простої та недорогої розімкнутої системи керування, що складається з крокового двигуна та супутнього йому драйвера.
02 кроковий двигунОсновна структура та принцип роботи
Основна структура:
Принцип роботи: драйвер крокового двигуна, залежно від зовнішнього керуючого імпульсу та сигналу напрямку, через свою внутрішню логічну схему, керує обмотками крокового двигуна в певній послідовності часу вперед або назад, піддаючи їх живленню, таким чином, двигун обертається вперед/назад або блокується.
Візьмемо, наприклад, двофазний кроковий двигун на 1,8 градуса: коли обидві обмотки збуджені, вихідний вал двигуна буде нерухомим і заблокованим у положенні. Максимальний крутний момент, який утримуватиме двигун заблокованим на номінальному струмі, - це утримуючий момент. Якщо струм в одній з обмоток перенаправити, двигун повернеться на один крок (1,8 градуса) у заданому напрямку.
Аналогічно, якщо струм в іншій обмотці змінить напрямок, двигун повернеться на один крок (1,8 градуса) у протилежному напрямку до попереднього. Коли струми через обмотки котушки послідовно перенаправляються на збудження, двигун обертатиметься безперервним кроком у заданому напрямку з дуже високою точністю. Для 1,8 градуса двофазний кроковий двигун обертається на 200 кроків за тиждень.
Двофазні крокові двигуни мають два типи обмоток: біполярну та уніполярну. Біполярні двигуни мають лише одну обмотку на фазу, двигун безперервно обертається, струм в одній котушці має послідовно змінне збудження, конструкція схеми приводу вимагає восьми електронних перемикачів для послідовного перемикання.
Уніполярні двигуни мають дві обмотки протилежної полярності на кожній фазі, і двигун
обертається безперервно, по черзі живлячи дві обмотки на одній фазі.
Схема керування розроблена таким чином, щоб вимагати лише чотирьох електронних перемикачів. У біполярному
режим руху, вихідний крутний момент двигуна збільшується приблизно на 40% порівняно з
однополярний режим керування, оскільки котушки обмоток кожної фази збуджені на 100%.
03, Навантаження крокового двигуна
A. Момент навантаження (Tf)
Tf = G * r
G: Вага навантаження
r: радіус
B. Інерційне навантаження (ТДж)
ТДж = Дж * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (кг * см)
M: Маса вантажу
R1: Радіус зовнішнього кільця
R2: Радіус внутрішнього кільця
dω/dt: Кутове прискорення
04, крива залежності швидкості від крутного моменту крокового двигуна
Крива залежності швидкості від крутного моменту є важливим виразом вихідних характеристик крокового двигуна.
двигуни.
A. Точка робочої частоти крокового двигуна
Значення швидкості крокового двигуна в певну точці.
n = q * Гц / (360 * D)
n: об/с
Гц: значення частоти
D: Значення інтерполяції схеми керування
q: кут кроку крокового двигуна
Наприклад, кроковий двигун з кутом нахилу 1,8°, з приводом інтерполяції 1/2(тобто 0,9° на крок), має швидкість 1,25 об/с при робочій частоті 500 Гц.
B. Зона самозапуску крокового двигуна
Область, де можна безпосередньо запускати та зупиняти кроковий двигун.
C. Зона безперервної роботи
У цій області кроковий двигун не можна запустити або зупинити безпосередньо. Крокові двигуни вця зона спочатку повинна пройти через зону самостарту, а потім розігнатися, щоб досягтиробоча зона. Аналогічно, кроковий двигун у цій зоні не може бути безпосередньо загальмований,інакше легко вивести кроковий двигун з такту, його спочатку потрібно уповільнити, щобзону самозапуску, а потім загальмував.
D. Максимальна частота запуску крокового двигуна
Стан холостого ходу двигуна, щоб кроковий двигун не втрачав крокову роботумаксимальна частота імпульсів.
E. Максимальна робоча частота крокового двигуна
Максимальна частота імпульсів, при якій двигун збуджується для роботи без втрати крокубез навантаження.
F. Пусковий момент / момент втягування крокового двигуна
Щоб запустити та розпочати роботу крокового двигуна з певною частотою імпульсів, безвтрата ступенів максимального моменту навантаження.
G. Робочий момент/крутний момент втягування крокового двигуна
Максимальний крутний момент навантаження, який задовольняє стабільну роботу крокового двигуна припевна частота імпульсів без втрати кроку.
05 Керування рухом прискорення/уповільнення крокового двигуна
Коли робоча частота крокового двигуна досягає точки на кривій швидкості-крутного моменту безперервногообласть експлуатації, як скоротити час прискорення чи уповільнення запуску або зупинки двигуначас, щоб двигун працював довше в найкращому стані швидкості, тим самим збільшуючиЕфективний час роботи двигуна є дуже важливим.
Як показано на рисунку нижче, крива динамічного моменту крокового двигуна така:горизонтальна пряма лінія на низькій швидкості; на високій швидкості крива експоненціально зменшуєтьсячерез вплив індуктивності.
Ми знаємо, що навантаження крокового двигуна дорівнює TL, припустимо, що ми хочемо розігнатися від F0 до F1 занайкоротший час (tr), як обчислити найкоротший час tr?
(1) Зазвичай, TJ = 70% Tm
(2) tr = 1,8 * 10 -5 * Дж * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Експоненціальне прискорення за умови високої швидкості
(1) Зазвичай
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * In [(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 * Дж * q * F2/(ТДж 0-TL)
Нотатки.
J вказує на момент інерції обертання ротора двигуна під навантаженням.
q – кут повороту кожного кроку, який є кутом кроку крокового двигуна в
корпусу всього приводу.
Під час операції уповільнення можна просто змінити вищевказану частоту імпульсів прискорення на протилежну.
розрахований.
06 вібрація та шум крокового двигуна
Загалом кажучи, кроковий двигун працює без навантаження, коли робоча частота двигунаблизька або дорівнює власній частоті ротора двигуна, викличе резонанс, серйознівиникають явища невідповідності.
Кілька рішень для резонансу:
A. Уникайте зони вібрації: щоб робоча частота двигуна не потрапляла вдіапазон вібрацій
B. Застосуйте режим розподіленого приводу: використовуйте режим мікрокрокового приводу для зменшення вібрації шляхом
поділ початкового одного кроку на кілька кроків для збільшення роздільної здатності кожного з них
крок двигуна. Цього можна досягти, регулюючи співвідношення фази до струму двигуна.
Мікрокрокове регулювання не збільшує точність кута кроку, але змушує двигун працювати швидше.
плавно та з меншим шумом. Крутний момент, як правило, на 15% нижчий для напівкрокової роботи
ніж для повноступеневого режиму роботи, та на 30% нижче для керування синусоїдальним струмом.
Час публікації: 09 листопада 2022 р.