Als actuator,stappenmotorStappenmotoren zijn een van de belangrijkste producten van mechatronica en worden veel gebruikt in diverse automatiseringssystemen. Met de ontwikkeling van micro-elektronica en computertechnologie neemt de vraag naar stappenmotoren met de dag toe. Ze worden gebruikt in diverse nationale economische sectoren.
01 Wat is eenstappenmotor
Een stappenmotor is een elektromechanisch apparaat dat elektrische pulsen direct omzet in mechanische beweging. Door de volgorde, frequentie en het aantal elektrische pulsen die op de motorspoel worden toegepast te regelen, kunnen de besturing, snelheid en rotatiehoek van de stappenmotor worden geregeld. Zonder gebruik van een gesloten regelsysteem met positiedetectie kan een nauwkeurige positie- en snelheidsregeling worden bereikt met een eenvoudig en goedkoop open regelsysteem, bestaande uit een stappenmotor en de bijbehorende driver.
02 stappenmotorbasisstructuur en werkingsprincipe
Basisstructuur:
Werkingsprincipe: De stappenmotordriver stuurt op basis van de externe stuurpuls en het richtingssignaal via het interne logische circuit de wikkelingen van de stappenmotor in een bepaalde tijdvolgorde aan, vooruit of achteruit, zodat de motor vooruit of achteruit draait of wordt vergrendeld.
Neem bijvoorbeeld een tweefasenstappenmotor met een hoek van 1,8 graden: wanneer beide wikkelingen bekrachtigd en aangestuurd worden, blijft de uitgaande as van de motor stilstaan en vergrendeld. Het maximale koppel dat de motor bij de nominale stroomsterkte vergrendeld houdt, is het houdkoppel. Als de stroom in een van de wikkelingen wordt omgeleid, draait de motor één stap (1,8 graden) in een bepaalde richting.
Evenzo, als de stroom in de andere wikkeling van richting verandert, zal de motor één stap (1,8 graden) in de tegenovergestelde richting van de eerste draaien. Wanneer de stromen door de spoelwikkelingen sequentieel worden omgeleid naar bekrachtiging, zal de motor met een zeer hoge nauwkeurigheid in een continue stap in de gegeven richting draaien. Voor 1,8 graden van een tweefasenstappenmotor zijn 200 stappen per week nodig.
Tweefasenstappenmotoren hebben twee soorten wikkelingen: bipolair en unipolair. Bipolaire motoren hebben slechts één wikkeling per fase. De motor draait continu met de stroom in dezelfde spoel om de bekrachtiging sequentieel te regelen. Het ontwerp van het aandrijfcircuit vereist acht elektronische schakelaars voor sequentieel schakelen.
Unipolaire motoren hebben twee wikkelingen met tegengestelde polariteit op elke fase, en de motor
draait continu door afwisselend de twee wikkelingen op dezelfde fase te bekrachtigen.
Het stuurcircuit is zo ontworpen dat er slechts vier elektronische schakelaars nodig zijn. In de bipolaire
In de aandrijfmodus wordt het uitgangskoppel van de motor met ongeveer 40% verhoogd in vergelijking met de
Unipolaire aandrijfmodus omdat de wikkelingen van elke fase voor 100% worden aangestuurd.
03, Stappenmotorbelasting
A. Momentbelasting (Tf)
Tf = G * r
G: Laadgewicht
r: straal
B. Traagheidsbelasting (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Laadmassa
R1: Straal van de buitenring
R2: Straal van de binnenste ring
dω/dt: Hoekversnelling
04, snelheid-koppelcurve van stappenmotor
De snelheid-koppelcurve is een belangrijke uitdrukking van de uitgangskarakteristieken van de stappenmotor
motoren.
A. Werkingsfrequentiepunt van de stappenmotor
De snelheidswaarde van de stappenmotor op een bepaald punt.
n = q * Hz / (360 * D)
n: omw/sec
Hz: Frequentiewaarde
D: Interpolatiewaarde van het aandrijfcircuit
q: staphoek van stappenmotor
Bijvoorbeeld een stappenmotor met een spoedhoek van 1,8°, met een 1/2 interpolatie-aandrijving(d.w.z. 0,9° per stap) heeft een snelheid van 1,25 t/s bij een werkfrequentie van 500 Hz.
B. Zelfstartgebied van de stappenmotor
Het gebied waar de stappenmotor direct gestart en gestopt kan worden.
C. Doorlopend werkgebied
In dit gebied kan de stappenmotor niet direct worden gestart of gestopt. Stappenmotoren indit gebied moet eerst door het zelfstartgebied gaan en vervolgens worden versneld om dewerkgebied. Evenzo kan de stappenmotor in dit gebied niet direct worden afgeremd,anders kan het gemakkelijk gebeuren dat de stappenmotor uit de pas loopt, moet eerst worden afgeremd omhet zelfstartgebied en vervolgens geremd.
D. Maximale startfrequentie van stappenmotor
Motor in onbelaste toestand, om ervoor te zorgen dat de stappenmotor de stapwerking van de motor niet verliest.maximale pulsfrequentie.
E. Maximale werkfrequentie van de stappenmotor
De maximale pulsfrequentie waarbij de motor wordt aangezet om te draaien zonder een stap te verliezenzonder belasting.
F. Startkoppel / intrekkoppel van stappenmotor
Om de stappenmotor in een bepaalde pulsfrequentie te laten starten en draaien, zonderverliezende stappen van het maximale belastingskoppel.
G. Draaimoment/intrekmoment van stappenmotor
Het maximale belastingskoppel dat voldoet aan de stabiele werking van de stappenmotor bij eenbepaalde pulsfrequentie zonder stapverlies.
05 Stappenmotor acceleratie/deceleratie bewegingsregeling
Wanneer het werkfrequentiepunt van de stappenmotor in de snelheid-koppelcurve van continueWerkingsgebied, hoe de start- of stopversnelling of -vertraging van de motor te verkortentijd, zodat de motor langer op de beste snelheid draait, waardoor deDe effectieve looptijd van de motor is van cruciaal belang.
Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding is de dynamische koppelkarakteristiek van de stappenmotor:een horizontale rechte lijn bij lage snelheid; bij hoge snelheid neemt de curve exponentieel afdoor de invloed van inductie.
We weten dat de belasting van de stappenmotor TL is, stel dat we willen versnellen van F0 naar F1 inde kortste tijd (tr), hoe bereken je de kortste tijd tr?
(1) Normaal gesproken is TJ = 70% Tm
(2) tr = 1,8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Exponentiële versnelling bij hoge snelheid
(1) Normaal gesproken
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)
Notities.
J geeft de rotatietraagheid van de motorrotor onder belasting aan.
q is de rotatiehoek van elke stap, wat de staphoek is van de stappenmotor in de
geval van de gehele schijf.
Bij de vertragingsoperatie kan de bovenstaande versnellingspulsfrequentie eenvoudig worden omgedraaid
berekend.
06 Stappenmotor trillingen en geluid
Over het algemeen geldt dat een stappenmotor in onbelaste toestand werkt, wanneer de werkfrequentie van de motoris dichtbij of gelijk aan de eigen frequentie van de motorrotor zal resoneren, ernstig zaleen verschijnsel dat niet in de pas loopt.
Verschillende oplossingen voor resonantie:
A. Vermijd de trillingszone: zodat de werkfrequentie van de motor niet binnen dehet trillingsbereik
B. Gebruik de onderverdelingsaandrijfmodus: Gebruik de microstap-aandrijfmodus om trillingen te verminderen door
het opsplitsen van de originele stap in meerdere stappen om de resolutie van elke stap te vergroten
motorstap. Dit kan worden bereikt door de fase-stroomverhouding van de motor aan te passen.
Microstepping verhoogt de nauwkeurigheid van de staphoek niet, maar zorgt ervoor dat de motor sneller draait.
soepel en met minder geluid. Het koppel is over het algemeen 15% lager bij halve-stapsbediening.
dan bij volledige stapbediening en 30% lager bij sinusgolfstroomregeling.
Plaatsingstijd: 09-11-2022