Selectie van stappenmotoren in automatiseringsapparatuur

StappenmotorenKan worden gebruikt voor snelheidsregeling en positionering zonder gebruik van feedback (d.w.z. open-loopregeling), waardoor deze aandrijfoplossing zowel economisch als betrouwbaar is. Stappenmotoren worden veel gebruikt in automatiseringsapparatuur en -instrumenten. Veel gebruikers van technisch personeel hebben echter vragen over het kiezen van de juiste stappenmotor, hoe ze de beste prestaties uit de stappenmotor kunnen halen of andere problemen. Dit artikel bespreekt de selectie van stappenmotoren, met de nadruk op de toepassing van enige ervaring in de stappenmotortechniek. Ik hoop dat de populariteit van stappenmotoren in automatiseringsapparatuur een rol zal spelen in de referentie.

 

1. Introductie vanstappenmotor

De stappenmotor staat ook bekend als een pulsmotor of stappenmotor. Hij beweegt met een bepaalde hoek vooruit telkens wanneer de excitatietoestand verandert op basis van het ingangspulssignaal, en blijft stationair in een bepaalde positie wanneer de excitatietoestand ongewijzigd blijft. Dit stelt de stappenmotor in staat het ingangspulssignaal om te zetten in een corresponderende hoekverdraaiing voor de uitgang. Door het aantal ingangspulsen te regelen, kunt u de hoekverdraaiing van de uitgang nauwkeurig bepalen om de beste positionering te bereiken; en door de frequentie van de ingangspulsen te regelen, kunt u de hoeksnelheid van de uitgang nauwkeurig regelen en het doel van snelheidsregeling bereiken. Eind jaren 60 ontstonden diverse praktische stappenmotoren en de afgelopen 40 jaar hebben ze zich snel ontwikkeld. Stappenmotoren zijn in staat geweest om gelijkstroommotoren, asynchrone motoren en synchrone motoren te vervangen en een basistype motor te worden. Er zijn drie soorten stappenmotoren: reactief (VR-type), permanent magneet (PM-type) en hybride (HB-type). De hybride stappenmotor combineert de voordelen van de eerste twee vormen van stappenmotoren. De stappenmotor bestaat uit een rotor (rotorkern, permanente magneten, as, kogellagers), een stator (wikkeling, statorkern), voor- en achterdeksels, enz. De meest typische tweefase hybride stappenmotor heeft een stator met 8 grote tanden, 40 kleine tanden en een rotor met 50 kleine tanden; een driefase motor heeft een stator met 9 grote tanden, 45 kleine tanden en een rotor met 50 kleine tanden.

 

2. Controleprincipe

DestappenmotorKan niet rechtstreeks op de voeding worden aangesloten en kan ook geen elektrische pulssignalen ontvangen. Dit moet via een speciale interface - de stappenmotordriver - worden gerealiseerd, die communiceert met de voeding en de controller. De stappenmotordriver bestaat doorgaans uit een ringverdeler en een vermogensversterker. De ringverdeler ontvangt de stuursignalen van de controller. Elke keer dat een pulssignaal wordt ontvangen, wordt de uitgang van de ringverdeler één keer omgezet. De aanwezigheid of afwezigheid en de frequentie van het pulssignaal kunnen bepalen of de snelheid van de stappenmotor hoog of laag is, of dat de motor versnelt of vertraagt ​​om te starten of te stoppen. De ringverdeler moet ook het richtingssignaal van de controller bewaken om te bepalen of de uitgangsstatusovergangen positief of negatief zijn, en zo de besturing van de stappenmotor te bepalen.

 

3. Belangrijkste parameters

①Bloknummer: voornamelijk 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, enz.

② Fasenummer: het aantal spoelen in de stappenmotor. Het fasenummer van een stappenmotor is over het algemeen tweefasig, driefasig en vijffasig. China gebruikt voornamelijk tweefasige stappenmotoren, maar driefasige motoren hebben ook enkele toepassingen. Japan gebruikt vaker vijffasige stappenmotoren.

③ Staphoek: corresponderend met een pulssignaal, de hoekverdraaiing van de motorrotorrotatie. De formule voor de berekening van de staphoek van een stappenmotor is als volgt.

Staphoek = 360° ÷ (2mz)

m het aantal fasen van een stappenmotor

Z is het aantal tanden van de rotor van een stappenmotor.

Volgens de bovenstaande formule bedraagt ​​de staphoek van twee-, drie- en vijffasen stappenmotoren respectievelijk 1,8°, 1,2° en 0,72°

④ Houdkoppel: is het koppel van de statorwikkeling van de motor ten opzichte van de nominale stroom. De rotor draait echter niet, de stator blokkeert de rotor. Houdkoppel is de belangrijkste parameter van stappenmotoren en vormt de belangrijkste basis voor motorselectie.

5 Positioneringskoppel: is het koppel dat nodig is om de rotor met een externe kracht te laten draaien wanneer de motor geen stroom doorlaat. Het koppel is een van de prestatie-indicatoren voor de evaluatie van de motor. Bij gelijke andere parameters geldt: hoe kleiner het positioneringskoppel, hoe kleiner het "sleufeffect", hoe gunstiger voor de soepelheid van de motor bij lage snelheid. Koppelfrequentiekarakteristieken: verwijst voornamelijk naar de gedetailleerde koppelfrequentiekarakteristieken. De stabiele werking van de motor bij een bepaald toerental kan het maximale koppel aan zonder stapverlies. De moment-frequentiecurve wordt gebruikt om de relatie tussen het maximale koppel en het toerental (frequentie) te beschrijven zonder stapverlies. De koppelfrequentiecurve is een belangrijke parameter van de stappenmotor en vormt de belangrijkste basis voor motorselectie.

⑥ Nominale stroom: de motorwikkelstroom die nodig is om het nominale koppel te behouden, de effectieve waarde

 

4. Punten selecteren

Bij industriële toepassingen worden stappenmotoren gebruikt met een snelheid van maximaal 600 ~ 1500 rpm. Bij hogere snelheden kunt u een gesloten-lus stappenmotor-aandrijving overwegen of een geschikter servo-aandrijfprogramma voor de selectiestappen van de stappenmotor kiezen (zie de onderstaande afbeelding).

 

(1) Keuze van de staphoek

Afhankelijk van het aantal fasen van de motor zijn er drie soorten staphoeken: 1,8° (twee fasen), 1,2° (drie fasen) en 0,72° (vijf fasen). De vijffasenstaphoek heeft uiteraard de hoogste nauwkeurigheid, maar de motor en driver zijn duurder, waardoor deze in China zelden wordt gebruikt. Bovendien maken de gangbare stappenmotordrivers tegenwoordig gebruik van subdivisie-aandrijftechnologie. In de vierde subdivisie hieronder kan de nauwkeurigheid van de staphoek nog steeds worden gegarandeerd. Als u alleen de staphoeknauwkeurigheidsindicatoren in overweging neemt, kan een vijffasenstappenmotor worden vervangen door een twee- of driefasenstappenmotor. Bijvoorbeeld, bij het gebruik van een soort aansluiting voor een schroefbelasting van 5 mm, als een tweefasige stappenmotor wordt gebruikt en de aandrijving is ingesteld op 4 onderverdelingen, is het aantal pulsen per omwenteling van de motor 200 x 4 = 800 en is het pulsequivalent 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, dan voldoet deze nauwkeurigheid aan de meeste toepassingsvereisten.

(2) Selectie van statisch koppel (houdkoppel)

Veelgebruikte lastoverdrachtmechanismen zijn onder andere synchrone riemen, filamentstaven, tandheugels en rondsels. Klanten berekenen eerst de machinebelasting (voornamelijk acceleratiekoppel plus wrijvingskoppel) omgerekend naar het benodigde belastingkoppel op de motoras. Vervolgens, afhankelijk van de maximale loopsnelheid die de elektrische bloemen nodig hebben, worden de volgende twee verschillende gebruiksgevallen gebruikt om het juiste houdkoppel van de stappenmotor ① te kiezen voor de toepassing van het vereiste motortoerental van 300 pm of minder: als de machinebelasting wordt omgezet naar het vereiste belastingkoppel T1 van de motoras, dan wordt dit belastingkoppel vermenigvuldigd met een veiligheidsfactor SF (meestal genomen als 1,5-2,0), dat wil zeggen het vereiste houdkoppel Tn van de stappenmotor ②2 voor Voor toepassingen die een motortoerental van 300 pm of meer vereisen: stel de maximale snelheid Nmax in, als de machinebelasting wordt omgezet naar het vereiste belastingkoppel T1 van de motoras, dan wordt dit belastingkoppel vermenigvuldigd met een veiligheidsfactor SF (meestal 2,5-3,5), wat het houdkoppel Tn oplevert. Raadpleeg Afbeelding 4 en selecteer een geschikt model. Gebruik vervolgens de moment-frequentiecurve om te controleren en te vergelijken: op de moment-frequentiecurve komt het door de gebruiker gewenste maximumtoerental Nmax overeen met het maximale verloren stapkoppel van T2. ​​Het maximale verloren stapkoppel T2 moet dan meer dan 20% groter zijn dan T1. Anders is het noodzakelijk om een ​​nieuwe motor met een hoger koppel te selecteren en opnieuw te controleren en te vergelijken op basis van de koppel-frequentiecurve van de nieuw geselecteerde motor.

(3) Hoe groter het basisgetal van de motor, hoe groter het houdkoppel.

(4) Afhankelijk van de nominale stroom, de bijpassende stappenmotordriver selecteren.

Als de nominale stroomsterkte van een 57CM23-motor bijvoorbeeld 5A is, moet u de maximaal toegestane stroomsterkte van de aandrijving aanpassen naar meer dan 5A (let op: dit is de effectieve waarde en niet de piekwaarde). Als u echter een maximale stroomsterkte van slechts 3A voor de aandrijving kiest, kan het maximale uitgangskoppel van de motor slechts ongeveer 60% bedragen!

5. Toepassingservaring

(1) Probleem met lage frequentieresonantie van stappenmotoren

Een subdivisie-stappenmotoraandrijving is een effectieve manier om de laagfrequente resonantie van stappenmotoren te verminderen. Onder 150 tpm is de subdivisie-aandrijving zeer effectief in het verminderen van trillingen van de motor. Theoretisch geldt: hoe groter de subdivisie, hoe beter het effect op het verminderen van trillingen van stappenmotoren, maar in de praktijk neemt de subdivisie toe tot 8 of 16 nadat het verbeterende effect op het verminderen van trillingen van stappenmotoren het uiterste heeft bereikt.

De afgelopen jaren zijn er in binnen- en buitenland anti-laagfrequente resonantie stappenmotordrivers op de markt gebracht, waaronder de DM- en DM-S-serie van Leisai, die anti-laagfrequente resonantietechnologie gebruiken. Deze serie drivers maakt gebruik van harmonische compensatie. Door middel van amplitude- en fasecompensatie kunnen ze de laagfrequente trillingen van de stappenmotor aanzienlijk verminderen, wat resulteert in een trillingsarme en geluidsarme werking.

(2) De impact van de onderverdeling van stappenmotoren op de positioneringsnauwkeurigheid

Het stappenmotor-onderverdelingscircuit kan niet alleen de soepelheid van de apparaatbeweging verbeteren, maar ook de positioneringsnauwkeurigheid van de apparatuur effectief verbeteren. Tests tonen aan dat: in het synchrone riemaandrijfplatform, stappenmotor-onderverdeling 4, de motor bij elke stap nauwkeurig kan worden gepositioneerd.