Koračni motorjise lahko uporablja za nadzor hitrosti in nadzor položaja brez uporabe povratnih naprav (tj. krmiljenje z odprto zanko), zato je ta pogonska rešitev ekonomična in zanesljiva. V avtomatizacijski opremi in instrumentih se koračni pogoni zelo pogosto uporabljajo. Vendar pa imajo številni uporabniki tehničnega osebja vprašanja o tem, kako izbrati ustrezen koračni motor, kako doseči najboljšo zmogljivost koračnega pogona ali pa imajo dodatna vprašanja. Ta članek obravnava izbiro koračnih motorjev s poudarkom na uporabi nekaterih izkušenj s področja inženiringa koračnih motorjev in upam, da bo popularizacija koračnih motorjev v avtomatizacijski opremi odigrala pomembno vlogo.
1. Predstavitevkoračni motor
Koračni motor je znan tudi kot impulzni motor ali koračni motor. Vsakič, ko se stanje vzbujanja spremeni glede na vhodni impulzni signal, se premakne za določen kot in ostane mirujoč na določenem položaju, ko stanje vzbujanja ostane nespremenjeno. To omogoča koračnemu motorju, da pretvori vhodni impulzni signal v ustrezen kotni premik za izhod. Z nadzorom števila vhodnih impulzov lahko natančno določite kotni premik izhoda, da dosežete najboljše pozicioniranje; z nadzorom frekvence vhodnih impulzov pa lahko natančno nadzorujete kotno hitrost izhoda in dosežete namen regulacije hitrosti. V poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja se je pojavila vrsta praktičnih koračnih motorjev, v zadnjih 40 letih pa so se hitro razvili. Koračni motorji so se lahko združili z enosmernimi, asinhronskimi in sinhronskimi motorji ter postali osnovna vrsta motorja. Obstajajo tri vrste koračnih motorjev: reaktivni (tip VR), s trajnim magnetom (tip PM) in hibridni (tip HB). Hibridni koračni motor združuje prednosti prvih dveh oblik koračnih motorjev. Koračni motor je sestavljen iz rotorja (jedro rotorja, trajni magneti, gred, kroglični ležaji), statorja (navitje, jedro statorja), sprednjega in zadnjega končnega pokrova itd. Najbolj tipičen dvofazni hibridni koračni motor ima stator z 8 velikimi zobmi, 40 majhnimi zobmi in rotor s 50 majhnimi zobmi; trifazni motor ima stator z 9 velikimi zobmi, 45 majhnimi zobmi in rotor s 50 majhnimi zobmi.
2. Načelo krmiljenja
Thekoračni motorNi ga mogoče neposredno priključiti na napajanje niti neposredno sprejemati električnih impulznih signalov, temveč mora biti izveden prek posebnega vmesnika - gonilnika koračnega motorja, ki deluje med napajalnikom in krmilnikom. Gonilnik koračnega motorja je običajno sestavljen iz obročnega razdelilnika in vezja za ojačevalnik moči. Obročni delilnik sprejema krmilne signale iz krmilnika. Vsakič, ko je prejet impulzni signal, se izhod obročnega delilnika enkrat pretvori, tako da lahko prisotnost ali odsotnost in frekvenca impulznega signala določita, ali je hitrost koračnega motorja visoka ali nizka, ali se pospešuje ali upočasnjuje za zagon ali zaustavitev. Obročni razdelilnik mora spremljati tudi smerni signal iz krmilnika, da ugotovi, ali so prehodi njegovega izhodnega stanja v pozitivnem ali negativnem vrstnem redu, in s tem določi krmiljenje koračnega motorja.
3. Glavni parametri
①Številka bloka: predvsem 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 itd.
②Fazno število: število tuljav v koračnem motorju. Fazno število koračnega motorja je običajno dvofazno, trifazno in petfazno. Kitajska uporablja predvsem dvofazne koračne motorje, nekatere aplikacije pa so tudi trifazni. Japonska pogosteje uporablja petfazne koračne motorje.
③Kot koraka: ustreza impulznemu signalu, kotni premik vrtenja rotorja motorja. Formula za izračun kota koraka koračnega motorja je naslednja.
Kot koraka = 360° ÷ (2 mz)
m število faz koračnega motorja
Z število zob rotorja koračnega motorja.
V skladu z zgornjo formulo je kot koraka dvofaznih, trifaznih in petfaznih koračnih motorjev 1,8°, 1,2° oziroma 0,72°.
④ Zadrževalni navor: je navor statorskega navitja motorja skozi nazivni tok, vendar se rotor ne vrti, stator pa ga blokira. Zadrževalni navor je najpomembnejši parameter koračnih motorjev in je glavna osnova za izbiro motorja.
⑤ Navor pozicioniranja: je navor, potreben za vrtenje rotorja z zunanjo silo, ko motor ne prehaja toka. Navor je eden od kazalnikov delovanja motorja. Če so drugi parametri enaki, manjši kot je navor pozicioniranja, pomeni manjši "učinek reže", kar bolj ugodno vpliva na gladkost delovanja motorja pri nizki hitrosti. Frekvenčna karakteristika navora: nanaša se predvsem na podaljšano frekvenčno karakteristiko navora, motor pa lahko pri stabilnem delovanju pri določeni hitrosti prenese največji navor brez izgube hitrosti. Krivulja moment-frekvenca se uporablja za opis razmerja med največjim navorom in hitrostjo (frekvenco) brez izgube hitrosti. Krivulja frekvence navora je pomemben parameter koračnega motorja in je glavna osnova za izbiro motorja.
⑥ Nazivni tok: tok navitja motorja, potreben za vzdrževanje nazivnega navora, efektivna vrednost
4. Izbira točk
V industrijskih aplikacijah se koračni motorji uporabljajo s hitrostjo do 600 ~ 1500 vrt/min, pri višjih hitrostih pa lahko razmislite o pogonu koračnega motorja z zaprto zanko ali pa izberete ustreznejši program servo pogona za izbiro korakov koračnega motorja (glejte spodnjo sliko).
(1) Izbira kota koraka
Glede na število faz motorja obstajajo tri vrste kotov korakov: 1,8° (dvofazni), 1,2° (trifazni) in 0,72° (petfazni). Seveda ima petfazni kot korakov najvišjo natančnost, vendar sta njegov motor in gonilnik dražja, zato se na Kitajskem redko uporablja. Poleg tega glavni gonilniki koračnih motorjev zdaj uporabljajo tehnologijo podrazdelitvenih pogonov, pri 4 podrazdelkih spodaj pa je še vedno mogoče zagotoviti natančnost kota podrazdelitvenih korakov, zato lahko petfazni koračni motor, če upoštevamo le kazalnike natančnosti kota korakov, nadomestimo z dvofaznim ali trifaznim koračnim motorjem. Na primer, pri uporabi neke vrste vodnika za 5 mm vijačno obremenitev, če se uporablja dvofazni koračni motor in je gonilnik nastavljen na 4 podrazdelke, je število impulzov na vrtljaj motorja 200 x 4 = 800, ekvivalent impulza pa je 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, ta natančnost pa lahko zadosti večini zahtev uporabe.
(2) Izbira statičnega navora (zadrževalnega navora)
Pogosto uporabljeni mehanizmi za prenos obremenitve vključujejo sinhrone jermene, nitne palice, zobate letve itd. Stranke najprej izračunajo obremenitev svojega stroja (predvsem navor pospeševanja in navor trenja), pretvorjeno v zahtevani navor obremenitve na gredi motorja. Nato glede na največjo hitrost delovanja, ki jo zahtevajo električni motorji, izberejo ustrezen zadrževalni navor koračnega motorja 1 za uporabo z zahtevano hitrostjo motorja 300 pm ali manj na naslednja dva različna primera uporabe: če se obremenitev stroja pretvori v zahtevani navor obremenitve gredi motorja T1, se ta navor obremenitve pomnoži z varnostnim faktorjem SF (običajno 1,5–2,0), to je z zahtevanim zadrževalnim navorom koračnega motorja Tn 2. Za aplikacije, ki zahtevajo hitrost motorja 300 pm ali več: nastavite največjo hitrost Nmax, če se obremenitev stroja pretvori v gred motorja, je zahtevani navor obremenitve T1, nato pa se ta navor obremenitve pomnoži z varnostnim faktorjem SF (običajno 2,5–3,5), kar da zadrževalni navor Tn. Glejte sliko 4 in izberite ustrezen model. Nato za preverjanje in primerjavo uporabite krivuljo moment-frekvenca: na krivulji moment-frekvenca največja hitrost Nmax, ki jo zahteva uporabnik, ustreza največjemu izgubljenemu stopenjskemu navoru T2, zato mora biti največji izgubljeni stopenjski navor T2 za več kot 20 % večji od T1. V nasprotnem primeru je treba izbrati nov motor z večjim navorom ter ponovno preveriti in primerjati glede na krivuljo moment-frekvenca novo izbranega motorja.
(3) Večja kot je bazna številka motorja, večji je zadrževalni navor.
(4) glede na nazivni tok izberite ustrezen gonilnik koračnega motorja.
Na primer, če je nazivni tok motorja 57CM23 5A, potem naj bo največji dovoljeni tok pogona večji od 5A (upoštevajte, da gre za efektivno vrednost in ne za temensko vrednost), sicer pa lahko pri največjem toku pogona samo 3A največji izhodni navor motorja znaša le približno 60 %!
5, izkušnje z uporabo
(1) problem nizkofrekvenčne resonance koračnega motorja
Podrazdelitveni koračni pogon je učinkovit način za zmanjšanje nizkofrekvenčne resonance koračnih motorjev. Pod 150 vrt/min je podrazdelitveni pogon zelo učinkovit pri zmanjševanju vibracij motorja. Teoretično velja, da večja kot je podrazdelitev, boljši je učinek na zmanjšanje vibracij koračnega motorja, vendar se dejansko stanje poveča na 8 ali 16, ko učinek izboljšanja zmanjšanja vibracij koračnega motorja doseže skrajno mejo.
V zadnjih letih so se doma in v tujini pojavili gonilniki koračnih motorjev z nizkofrekvenčno resonanco, kot so Leisaijeva serija izdelkov DM in DM-S, ki uporablja tehnologijo proti nizkofrekvenčni resonanci. Ta serija gonilnikov uporablja harmonično kompenzacijo, ki s kompenzacijo amplitude in faznega ujemanja močno zmanjša nizkofrekvenčne vibracije koračnega motorja in doseže nizke vibracije ter tiho delovanje motorja.
(2) Vpliv delitve koračnih motorjev na natančnost pozicioniranja
Pogonsko vezje s koračnim motorjem ne le izboljša gladkost gibanja naprave, temveč tudi učinkovito izboljša natančnost pozicioniranja opreme. Preskusi kažejo, da: V platformi za sinhrono gibanje s jermenskim pogonom je mogoče koračni motor s 4 podrazdelitvijo natančno pozicionirati v vsakem koraku.
Čas objave: 11. junij 2023