Als actuator,stappenmotorStappenmotoren behoren tot de belangrijkste producten van de mechatronica en worden veelvuldig gebruikt in diverse automatiseringssystemen. Door de ontwikkeling van micro-elektronica en computertechnologie neemt de vraag naar stappenmotoren dagelijks toe en worden ze in diverse economische sectoren ingezet.
01 Wat is eenstappenmotor
Een stappenmotor is een elektromechanisch apparaat dat elektrische pulsen rechtstreeks omzet in mechanische beweging. Door de volgorde, frequentie en het aantal elektrische pulsen dat op de motorspoel wordt toegevoerd te regelen, kunnen de richting, snelheid en rotatiehoek van de stappenmotor worden geregeld. Zonder gebruik te maken van een gesloten-lus-terugkoppelingssysteem met positiedetectie, kan nauwkeurige positie- en snelheidsregeling worden bereikt met een eenvoudig, goedkoop open-lus-besturingssysteem dat bestaat uit een stappenmotor en de bijbehorende driver.
02 stappenmotorbasisstructuur en werkingsprincipe
Basisstructuur:
Werkingsprincipe: de stappenmotordriver stuurt, op basis van een externe stuurpuls en een richtingssignaal, via een intern logisch circuit de wikkelingen van de stappenmotor in een bepaalde timingvolgorde aan, waardoor de motor voorwaarts/achterwaarts draait of wordt vergrendeld.
Neem bijvoorbeeld een tweefasige stappenmotor met een draaihoek van 1,8 graden: wanneer beide wikkelingen bekrachtigd zijn, staat de uitgaande as van de motor stil en is deze 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 de betreffende richting.
Als de stroom in de andere wikkeling van richting verandert, zal de motor één stap (1,8 graden) in de tegenovergestelde richting draaien. Wanneer de stromen door de spoelwikkelingen achtereenvolgens naar de bekrachtiging worden omgeleid, zal de motor met zeer hoge nauwkeurigheid in een continue stap in de gewenste richting draaien. Een tweefasige stappenmotor heeft voor een rotatie van 1,8 graden 200 stappen nodig.
Tweefasige stappenmotoren hebben twee soorten wikkelingen: bipolair en unipolair. Bipolaire motoren hebben slechts één wikkelspoel per fase. De continue rotatie van de motor zorgt voor een sequentieel variabele bekrachtiging van dezelfde spoel. Het ontwerp van het aansturingscircuit vereist acht elektronische schakelaars voor deze sequentiële schakeling.
Unipolaire motoren hebben twee wikkelspoelen met tegengestelde polariteit op elke fase, en de motor
Het draait continu door afwisselend de twee wikkelspoelen op dezelfde fase van stroom te voorzien.
Het aansturingscircuit is zo ontworpen dat er slechts vier elektronische schakelaars nodig zijn. In de bipolaire schakeling
In de aandrijfmodus wordt het uitgangskoppel van de motor met ongeveer 40% verhoogd ten opzichte van de normale modus.
Unipolaire aandrijfmodus, omdat de wikkelspoelen van elke fase voor 100% bekrachtigd zijn.
03, Belasting van de stappenmotor
A. Momentbelasting (Tf)
Tf = G * r
G: Belastingsgewicht
r: straal
B. Traagheidsbelasting (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Belastingsmassa
R1: Straal van de buitenste ring
R2: Straal van de binnenring
dω/dt: Hoekversnelling
04, snelheids-koppelcurve van een stappenmotor
De snelheids-koppelcurve is een belangrijke indicator van de uitgangskarakteristieken van een stappenmotor.
motoren.
A. Werkfrequentiepunt van de stappenmotor
De snelheidswaarde van de stappenmotor op een bepaald punt.
n = q * Hz / (360 * D)
n: omwentelingen/sec
Hz: Frequentiewaarde
D: Interpolatiewaarde van het aandrijfcircuit
Vraag: staphoek van een stappenmotor
Bijvoorbeeld een stappenmotor met een spoedhoek van 1,8°, met een 1/2 interpolatieaandrijving.(d.w.z. 0,9° per stap), heeft een snelheid van 1,25 omwentelingen per seconde bij een werkfrequentie van 500 Hz.
B. Zelfstartgebied van de stappenmotor
Het gebied waar de stappenmotor direct kan worden gestart en gestopt.
C. Gebied voor continue werking
In dit gebied kan de stappenmotor niet direct worden gestart of gestopt. Stappenmotoren inDit gebied moet eerst door het zelfstartgebied en vervolgens versneld worden om de bestemming te bereiken.werkgebied. Evenzo kan de stappenmotor in dit gebied niet direct worden afgeremd.Anders kan de stappenmotor gemakkelijk uit de pas lopen; hij moet eerst worden afgeremd.het zelfstartgebied en vervolgens remmen.
D. Maximale startfrequentie van de stappenmotor
Motor in onbelaste toestand, om ervoor te zorgen dat de stappenmotor zijn stapwerking niet verliest.maximale puls frequentie.
E. Maximale werkfrequentie van de stappenmotor
De maximale puls frequentie waarmee de motor wordt aangestuurd om te draaien zonder een stap te missenzonder belasting.
F. Aanloopkoppel / intrekkoppel van de stappenmotor
Om de stappenmotor met een bepaalde puls frequentie te laten starten en te laten draaien, zonderhet verliezen van stappen van het maximale belastingkoppel.
G. Loopkoppel/aanzuigkoppel van de stappenmotor
Het maximale belastingskoppel dat de stabiele werking van de stappenmotor garandeert bij eeneen bepaalde puls frequentie zonder stapverlies.
05 Stappenmotor acceleratie/deceleratie bewegingsregeling
Wanneer het werkfrequentiepunt van de stappenmotor zich in de snelheids-koppelcurve van een continue motor bevindtwerkingsgebied, hoe de acceleratie of deceleratie bij het starten of stoppen van de motor te verkortentijd, zodat de motor langer in de optimale snelheidsstand draait, waardoor deDe effectieve looptijd van de motor is van cruciaal belang.
Zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding, is de dynamische koppelkarakteristiek van een stappenmotor als volgt:Een horizontale rechte lijn bij lage snelheid; bij hoge snelheid neemt de curve exponentieel af.vanwege de invloed van inductantie.
We weten dat de belasting van de stappenmotor TL is. Stel dat we willen accelereren van F0 naar F1 inHoe 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 snelheden
(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 het rotatietraagheidsmoment van de motorrotor onder belasting aan.
q is de rotatiehoek van elke stap, oftewel de staphoek van de stappenmotor in de
geval van de hele schijf.
Bij het afremmen hoeft u alleen de bovenstaande acceleratiepulsfrequentie om te keren.
berekend.
06 Trillingen en geluid van stappenmotoren
Over het algemeen geldt dat een stappenmotor bij onbelaste werking de volgende werkfrequentie heeft:Als de eigenfrequentie van de motorrotor dicht bij of gelijk is aan de eigenfrequentie, zal er resonantie optreden; ernstige gevolgen kunnen zich voordoen.Er treedt een fenomeen op waarbij er sprake is van een afwijking van de pas.
Verschillende oplossingen voor resonantie:
A. Vermijd de trillingszone: zodat de werkfrequentie van de motor niet binnen het trillingsgebied valt.het trillingsbereik
B. Schakel over naar de modus voor onderverdeling van de aandrijving: Gebruik de microstap-aandrijvingsmodus om trillingen te verminderen door
Het oorspronkelijke proces wordt onderverdeeld in meerdere stappen om de resolutie van elke stap te verhogen.
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 lawaai. Het koppel is over het algemeen 15% lager bij halfstapwerking.
dan bij volledige stapwerking, en 30% lager bij sinusgolfstroomregeling.
Geplaatst op: 09-11-2022