Jako aktuátor,krokový motorje jedním z klíčových produktů mechatroniky, který se široce používá v různých automatizačních řídicích systémech. S rozvojem mikroelektroniky a počítačové technologie se poptávka po krokových motorech den ode dne zvyšuje a ty se používají v různých oblastech národního hospodářství.
01 Co je tokrokový motor
Krokový motor je elektromechanické zařízení, které přímo převádí elektrické impulsy na mechanický pohyb. Řízením sekvence, frekvence a počtu elektrických impulsů přiváděných na cívku motoru lze řídit řízení, rychlost a úhel natočení krokového motoru. Bez použití uzavřeného zpětnovazebního řídicího systému se snímáním polohy lze dosáhnout přesné regulace polohy a rychlosti pomocí jednoduchého a levného otevřeného řídicího systému složeného z krokového motoru a jeho doprovodného budiče.
02 krokový motorzákladní struktura a princip fungování
Základní struktura：
Princip činnosti: Ovladač krokového motoru ovládá vinutí krokového motoru na základě externího řídicího impulsu a směrového signálu prostřednictvím svého vnitřního logického obvodu v určité časové sekvenci, kdy jsou napájena proudem vpřed nebo vzad, takže se motor otáčí vpřed/vzad nebo se zablokuje.
Vezměte si jako příklad dvoufázový krokový motor s 1,8 stupněm: když jsou obě vinutí pod napětím a zároveň buzena, výstupní hřídel motoru bude nehybná a zablokovaná v dané poloze. Maximální točivý moment, který udrží motor zablokovaný na jmenovitém proudu, je přídržný moment. Pokud je proud v jednom z vinutí přesměrován, motor se otočí o jeden krok (1,8 stupně) v daném směru.
Podobně, pokud proud v druhém vinutí změní směr, motor se otočí o jeden krok (1,8 stupně) v opačném směru než první. Když jsou proudy procházející vinutími cívky postupně přesměrovány na buzení, motor se bude otáčet v plynulém kroku v daném směru s velmi vysokou přesností. Pro 1,8 stupně dvoufázového krokového motoru je potřeba 200 kroků za týden.
Dvoufázové krokové motory mají dva typy vinutí: bipolární a unipolární. Bipolární motory mají pouze jednu cívku na fázi, motor zajišťuje kontinuální rotaci proudu ve stejné cívce pro sekvenčně proměnné buzení, konstrukce budicího obvodu vyžaduje osm elektronických spínačů pro sekvenční spínání.
Unipolární motory mají na každé fázi dvě vinutí s opačnou polaritou a motor
se nepřetržitě otáčí střídavým napájením dvou cívek vinutí na stejné fázi.
Řídicí obvod je navržen tak, aby vyžadoval pouze čtyři elektronické spínače. V bipolárním
V režimu pohonu se výstupní točivý moment motoru zvýší přibližně o 40 % ve srovnání s
unipolární režim pohonu, protože cívky vinutí každé fáze jsou 100% buzeny.
03, Zatížení krokového motoru
A. Momentové zatížení (Tf)
Tf = G * r
G: Hmotnost nákladu
r: poloměr
B. Setrvačné zatížení (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12 + R22) / 2 (kg * cm)
M: Hmotnost nákladu
R1: Poloměr vnějšího kroužku
R2: Poloměr vnitřního kroužku
dω/dt: Úhlové zrychlení
04, křivka otáček a momentu krokového motoru
Křivka rychlosti a momentu je důležitým vyjádřením výstupních charakteristik krokového motoru.
motory.
A. Bod provozní frekvence krokového motoru
Hodnota rychlosti krokového motoru v určitém bodě.
n = q * Hz / (360 * D)
n: ot/s
Hz: Hodnota frekvence
D: Hodnota interpolace budicího obvodu
q: úhel kroku krokového motoru
Například krokový motor s úhlem stoupání 1,8° s 1/2 interpolačním pohonem(tj. 0,9° na krok), má rychlost 1,25 ot/s při provozní frekvenci 500 Hz.
B. Oblast samospouštění krokového motoru
Oblast, kde lze krokový motor přímo spustit a zastavit.
C. Oblast nepřetržitého provozu
V této oblasti nelze krokový motor přímo spustit ani zastavit. Krokové motory vtato oblast musí nejprve projít oblastí samorozjezdu a poté zrychlit, aby dosáhlaprovozní oblast. Podobně nelze krokový motor v této oblasti přímo brzdit,jinak je snadné způsobit, že krokový motor bude mimo krok, musí být nejprve zpomalen, abyoblast samovolného startu a poté zabrzdil.
D. Maximální spouštěcí frekvence krokového motoru
Stav motoru naprázdno, aby krokový motor neztratil krokový chodmaximální frekvence pulzů.
E. Maximální provozní frekvence krokového motoru
Maximální pulzní frekvence, při které je motor buzen k chodu bez ztráty krokubez zatížení.
F. Rozběhový moment krokového motoru / moment při zatažení
Pro splnění krokového motoru v určité pulzní frekvenci pro spuštění a rozběh, bezztráta kroků maximálního zatěžovacího momentu.
G. Kroutící moment krokového motoru při chodu/nátahovací moment
Maximální zatěžovací moment, který splňuje podmínky pro stabilní provoz krokového motoru přiurčitá pulzní frekvence bez ztráty kroku.
05 Řízení pohybu zrychlovacím/zpomalovacím krokovým motorem
Když se pracovní frekvence krokového motoru nachází v křivce otáček a momentu kontinuálníhoprovozní oblast, jak zkrátit rozběh nebo zastavení motoru, zrychlení nebo zpomalenídobu, aby motor běžel déle v nejlepším stavu otáček, čímž se zvyšujeEfektivní doba chodu motoru je velmi důležitá.
Jak je znázorněno na obrázku níže, křivka dynamické charakteristiky momentu krokového motoru jevodorovná přímka při nízké rychlosti; při vysoké rychlosti křivka exponenciálně klesákvůli vlivu indukčnosti.
Víme, že zátěž krokového motoru je TL, předpokládejme, že chceme zrychlit z F0 na F1 zanejkratší čas (tr), jak vypočítat nejkratší čas tr?
(1) Normálně 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. Exponenciální zrychlení za podmínek vysoké rychlosti
(1) Normálně
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 * J * q * F2/(TJ 0-TL)
Poznámky.
J udává rotační setrvačnost rotoru motoru při zatížení.
q je úhel natočení každého kroku, což je úhel kroku krokového motoru v
v případě celého disku.
Při deceleraci stačí obrátit výše uvedenou frekvenci akceleračních impulsů.
vypočítané.
06 Vibrace a hluk krokového motoru
Obecně řečeno, krokový motor v chodu naprázdno, když provozní frekvence motoruje blízká nebo rovna vlastní frekvenci rotoru motoru, bude rezonovat, vážné budedochází k jevu mimo krok.
Několik řešení pro rezonanci:
A. Vyhněte se vibrační zóně: aby provozní frekvence motoru nespadla dorozsah vibrací
B. Zaveďte režim dělení pohonu: Použijte režim mikrokrokového pohonu ke snížení vibrací
rozdělení původního jednoho kroku do více kroků pro zvýšení rozlišení každého z nich
krok motoru. Toho lze dosáhnout úpravou poměru fáze k proudu motoru.
Mikrokrokování nezvyšuje přesnost úhlu kroku, ale zrychluje motor.
plynule a s menším hlukem. Točivý moment je obecně o 15 % nižší při půlkrokovém provozu.
než u plnostupňového provozu a o 30 % nižší u sinusové regulace proudu.
Čas zveřejnění: 9. listopadu 2022