Kot aktuator,koračni motorje eden ključnih izdelkov mehatronike, ki se pogosto uporablja v različnih avtomatiziranih krmilnih sistemih. Z razvojem mikroelektronike in računalniške tehnologije se povpraševanje po koračnih motorjih iz dneva v dan povečuje in se uporabljajo na različnih področjih nacionalnega gospodarstva.
01 Kaj jekoračni motor
Koračni motor je elektromehanska naprava, ki neposredno pretvarja električne impulze v mehansko gibanje. Z nadzorom zaporedja, frekvence in števila električnih impulzov, ki se dovajajo na tuljavo motorja, je mogoče nadzorovati krmiljenje, hitrost in kot vrtenja koračnega motorja. Brez uporabe zaprtozančnega sistema za krmiljenje z zaznavanjem položaja je mogoče doseči natančen nadzor položaja in hitrosti z uporabo preprostega in cenovno ugodnega odprtozančnega sistema za krmiljenje, ki ga sestavljata koračni motor in njegov gonilnik.
02 koračni motorosnovna struktura in načelo delovanja
Osnovna struktura:
Načelo delovanja: Gonilnik koračnega motorja na podlagi zunanjega krmilnega impulza in smernega signala prek notranjega logičnega vezja krmili navitja koračnega motorja v določenem časovnem zaporedju, pri čemer se napaja naprej ali nazaj, tako da se motor vrti naprej/nazaj ali zaklene.
Vzemimo za primer 1,8-stopinjski dvofazni koračni motor: ko sta obe navitji pod napetostjo in vzbujeni, bo izhodna gred motorja mirovala in blokirana v svojem položaju. Največji navor, ki bo motor zadržal blokiran pri nazivnem toku, je zadrževalni navor. Če se tok v enem od navitij preusmeri, se bo motor zavrtel za en korak (1,8 stopinje) v dano smer.
Podobno, če tok v drugem navitju spremeni smer, se bo motor zavrtel za en korak (1,8 stopinje) v nasprotni smeri od prvega. Ko se tokovi skozi navitja tuljave zaporedno preusmerijo v vzbujanje, se bo motor vrtel v neprekinjenem koraku v dani smeri z zelo visoko natančnostjo. Za 1,8 stopinje dvofaznega koračnega motorja je potrebnih 200 korakov v enem tednu.
Dvofazni koračni motorji imajo dve vrsti navitij: bipolarno in unipolarno. Bipolarni motorji imajo samo eno navitje na fazo, kar pomeni, da motor neprekinjeno vrti tok v isti tuljavi, kar omogoča zaporedno spremenljivo vzbujanje. Zasnova pogonskega vezja zahteva osem elektronskih stikal za zaporedno preklapljanje.
Unipolarni motorji imajo na vsaki fazi dve navitji z nasprotno polarnostjo, motor pa
se neprekinjeno vrti tako, da izmenično napaja obe tuljavi na isti fazi.
Pogonsko vezje je zasnovano tako, da zahteva le štiri elektronska stikala. V bipolarnem
V načinu pogona se izhodni navor motorja poveča za približno 40 % v primerjavi z
unipolarni način pogona, ker so tuljave navitja vsake faze 100 % vzbujene.
03, Obremenitev koračnega motorja
A. Momentna obremenitev (Tf)
Tf = G * r
G: Teža obremenitve
r: polmer
B. Vztrajnostna obremenitev (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12 + R22) / 2 (kg * cm)
M: Masa tovora
R1: Polmer zunanjega obroča
R2: Polmer notranjega obroča
dω/dt: Kotni pospešek
04, krivulja hitrosti in navora koračnega motorja
Krivulja hitrosti in navora je pomemben izraz izhodnih značilnosti koračnega motorja
motorji.
A. Točka delovne frekvence koračnega motorja
Vrednost hitrosti koračnega motorja na določeni točki.
n = q * Hz / (360 * D)
n: vrt/s
Hz: Frekvenčna vrednost
D: Vrednost interpolacije pogonskega vezja
q: kot koraka koračnega motorja
Na primer, koračni motor s kotom nagiba 1,8°, z interpolacijskim pogonom 1/2(tj. 0,9° na korak), ima hitrost 1,25 r/s pri delovni frekvenci 500 Hz.
B. Območje samodejnega zagona koračnega motorja
Območje, kjer je mogoče koračni motor neposredno zagnati in ustaviti.
C. Območje neprekinjenega delovanja
Na tem območju koračnega motorja ni mogoče neposredno zagnati ali ustaviti. Koračni motorji vto območje mora najprej preiti skozi območje samozagona in nato pospešiti, da dosežedelovno območje. Podobno koračnega motorja na tem območju ni mogoče neposredno zavirati,sicer je enostavno povzročiti, da koračni motor ne deluje pravilno, zato ga je treba najprej upočasniti, daobmočje samodejnega zagona in nato zaviral.
D. Največja zagonska frekvenca koračnega motorja
Stanje motorja v prostem teku, da se zagotovi, da koračni motor ne izgubi koraknega delovanjanajvečja frekvenca impulzov.
E. Največja delovna frekvenca koračnega motorja
Največja frekvenca impulzov, pri kateri se motor vzbuja za delovanje brez izgube korakabrez obremenitve.
F. Zagonski navor / vlečni navor koračnega motorja
Za dosego določene frekvence impulzov koračnega motorja za zagon in zagon, brezizguba korakov maksimalnega navora obremenitve.
G. Navor delovanja/navor vlečenja koračnega motorja
Največji navor obremenitve, ki zagotavlja stabilno delovanje koračnega motorja pridoločena frekvenca impulzov brez izgube koraka.
05 Krmiljenje pospeševanja/zaviranja s koračnim motorjem
Ko je delovna frekvenca koračnega motorja v krivulji hitrosti in navora neprekinjenegaobmočje delovanja, kako skrajšati pospeševanje ali zaviranje pri zagonu ali zaustavitvi motorjačas, tako da motor deluje dlje v najboljšem stanju hitrosti, s čimer se povečaUčinkovit čas delovanja motorja je zelo pomemben.
Kot je prikazano na spodnji sliki, je krivulja dinamičnega navora koračnega motorjavodoravna premica pri nizki hitrosti; pri visoki hitrosti se krivulja eksponentno zmanjšujezaradi vpliva induktivnosti.
Vemo, da je obremenitev koračnega motorja TL, recimo, da želimo pospešiti od F0 do F1 vnajkrajši čas (tr), kako izračunati najkrajši čas tr?
(1) Običajno je 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. Eksponentni pospešek pri visoki hitrosti
(1) Običajno
TJ0 = 70 % Tm0
TJ1 = 70 % Tm1
TL = 60 % Tm1
(2)
tr = F4 * V [(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)
Opombe.
J označuje vrtilno vztrajnost rotorja motorja pod obremenitvijo.
q je kot vrtenja vsakega koraka, ki je kot koraka koračnega motorja v
primer celotnega pogona.
Pri zaviranju lahko preprosto obrnete zgornjo frekvenco impulzov pospeševanja
izračunano.
06 vibracije in hrup koračnega motorja
Na splošno velja, da koračni motor deluje brez obremenitve, ko je delovna frekvenca motorjaje blizu ali enaka lastni frekvenci rotorja motorja, bo prišlo do resonance, resnepride do pojava neusklajenosti.
Več rešitev za resonanco:
A. Izogibajte se območju vibracij: da delovna frekvenca motorja ne pade vobseg vibracij
B. Uporabite način pogona z razdelitvijo: Uporabite način pogona z mikro koraki za zmanjšanje vibracij z
razdelitev prvotnega koraka na več korakov za povečanje ločljivosti vsakega
korak motorja. To je mogoče doseči s prilagoditvijo razmerja med fazo in tokom motorja.
Mikrokoračenje ne poveča natančnosti kota koraka, ampak povzroči, da motor deluje hitreje.
gladko in z manj hrupa. Navor je pri polstopenjskem delovanju običajno 15 % manjši.
kot pri delovanju s polnim korakom in 30 % nižje pri krmiljenju sinusnega toka.
Čas objave: 9. november 2022