Sebagai penggerak,motor steppermerupakan salah satu produk utama mekatronik, yang digunakan secara meluas dalam pelbagai sistem kawalan automasi. Dengan perkembangan mikroelektronik dan teknologi komputer, permintaan untuk motor stepper semakin meningkat dari hari ke hari, dan ia digunakan dalam pelbagai bidang ekonomi negara.
01 Apakah itumotor stepper
Motor stepper ialah peranti elektromekanikal yang menukarkan denyutan elektrik secara langsung kepada gerakan mekanikal. Dengan mengawal jujukan, frekuensi dan bilangan denyutan elektrik yang dikenakan pada gegelung motor, stereng, kelajuan dan sudut putaran motor stepper boleh dikawal. Tanpa penggunaan sistem kawalan maklum balas gelung tertutup dengan pengesanan kedudukan, kawalan kedudukan dan kelajuan yang tepat boleh dicapai menggunakan sistem kawalan gelung terbuka yang mudah dan berkos rendah yang terdiri daripada motor stepper dan pemacu yang disertakan.
02 motor stepperstruktur asas dan prinsip kerja
Struktur asas：
Prinsip kerja: pemacu motor stepper mengikut denyut kawalan luaran dan isyarat arah, melalui litar logik dalamannya, mengawal lilitan motor stepper dalam urutan masa tertentu ke hadapan atau ke belakang bertenaga, supaya motor ke hadapan/ke belakang berputar, atau terkunci.
Ambil motor stepper dua fasa 1.8 darjah sebagai contoh: apabila kedua-dua belitan ditenagakan dan diujakan, aci keluaran motor akan pegun dan terkunci pada kedudukannya. Tork maksimum yang akan memastikan motor terkunci pada arus undian ialah tork penahan. Jika arus dalam salah satu belitan dialihkan, motor akan berputar satu langkah (1.8 darjah) dalam arah yang diberikan.
Begitu juga, jika arus dalam belitan yang lain berubah arah, motor akan berputar satu langkah (1.8 darjah) ke arah yang bertentangan dengan yang sebelumnya. Apabila arus melalui belitan gegelung dialihkan secara berurutan ke pengujaan, motor akan berputar dalam langkah berterusan dalam arah yang diberikan dengan ketepatan yang sangat tinggi. Untuk 1.8 darjah putaran motor stepper dua fasa seminggu mengambil masa 200 langkah.
Motor stepper dua fasa mempunyai dua jenis belitan: bipolar dan unipolar. Motor bipolar hanya mempunyai satu gegelung belitan setiap fasa, putaran berterusan motor arus dalam gegelung yang sama untuk pengujaan berubah-ubah berjujukan, reka bentuk litar pemacu memerlukan lapan suis elektronik untuk pensuisan berjujukan.
Motor unipolar mempunyai dua gegelung penggulungan yang berkutat bertentangan pada setiap fasa, dan motor
berputar secara berterusan dengan memberi tenaga secara berselang-seli kepada dua gegelung penggulungan pada fasa yang sama.
Litar pemacu direka bentuk untuk hanya memerlukan empat suis elektronik. Dalam dwikutub
mod pemacu, tork output motor meningkat kira-kira 40% berbanding dengan
mod pemacu unipolar kerana gegelung penggulungan setiap fasa adalah 100% teruja.
03, Beban motor stepper
A. Beban momen (Tf)
Tf = G * r
G: Berat beban
r: jejari
B. Beban inersia (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Jisim beban
R1: Jejari cincin luar
R2: Jejari cincin dalam
dω/dt: Pecutan sudut
04, lengkung tork kelajuan motor stepper
Lengkung kelajuan-tork merupakan ungkapan penting bagi ciri-ciri output stepper
motor.
A. Titik frekuensi operasi motor stepper
Nilai kelajuan motor stepper pada titik tertentu.
n = q * Hz / (360 * D)
n: pusingan/saat
Hz: Nilai frekuensi
D: Nilai interpolasi litar pemacu
q: sudut langkah motor stepper
Contohnya, motor stepper dengan sudut pic 1.8°, dengan pemacu interpolasi 1/2(iaitu, 0.9° setiap langkah), mempunyai kelajuan 1.25 r/s pada frekuensi operasi 500 Hz.
B. Kawasan penghidupan kendiri motor stepper
Kawasan di mana motor stepper boleh dihidupkan dan dihentikan secara langsung.
C. Kawasan operasi berterusan
Di kawasan ini, motor stepper tidak boleh dihidupkan atau dihentikan secara langsung. Motor stepper dalamkawasan ini mesti melalui kawasan permulaan kendiri terlebih dahulu dan kemudian dipecutkan untuk mencapaikawasan operasi. Begitu juga, motor stepper di kawasan ini tidak boleh dibrek terus,jika tidak, mudah untuk menyebabkan motor stepper terkeluar dari langkah, mesti dilambatkan terlebih dahulu untukkawasan penghidupan sendiri dan kemudian membrek.
D. Frekuensi permulaan maksimum motor stepper
Keadaan motor tanpa beban, untuk memastikan motor stepper tidak kehilangan operasi langkahfrekuensi denyutan maksimum.
E. Frekuensi operasi maksimum motor stepper
Frekuensi denyut maksimum di mana motor teruja untuk berjalan tanpa kehilangan satu langkah puntanpa beban.
F. Tork permulaan motor stepper / tork tarik masuk
Untuk memenuhi motor stepper dalam frekuensi denyut tertentu untuk memulakan dan mula berjalan, tanpakehilangan langkah tork beban maksimum.
G. Motor stepper yang menjalankan tork/tork sedutan masuk
Tork beban maksimum yang memenuhi operasi stabil motor stepper padafrekuensi denyutan tertentu tanpa kehilangan langkah.
05 Kawalan gerakan pecutan/nyahpecutan motor stepper
Apabila frekuensi operasi motor stepper menunjukkan titik dalam lengkung tork laju berterusankawasan operasi, cara memendekkan permulaan motor atau menghentikan pecutan atau nyahpecutanmasa, supaya motor berjalan lebih lama dalam keadaan kelajuan terbaik, sekali gus meningkatkanmasa operasi motor yang berkesan adalah sangat kritikal.
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah, lengkung ciri tork dinamik motor stepper ialahgaris lurus mendatar pada kelajuan rendah; pada kelajuan tinggi, lengkungan berkurangan secara eksponendisebabkan oleh pengaruh induktans.
Kita tahu bahawa beban motor stepper ialah TL, katakan kita ingin memecut dari F0 ke F1 dalammasa terpendek (tr), bagaimana untuk mengira masa terpendek tr?
(1) Biasanya, 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. Pecutan eksponen dalam keadaan kelajuan tinggi
(1) Biasanya
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * Dalam [(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)
Nota.
J menunjukkan inersia putaran rotor motor di bawah beban.
q ialah sudut putaran setiap langkah, iaitu sudut langkah motor stepper dalam
kes keseluruhan pemacu.
Dalam operasi nyahpecutan, hanya undurkan frekuensi denyut pecutan di atas boleh
dikira.
06 getaran dan bunyi motor stepper
Secara amnya, motor stepper dalam operasi tanpa beban, apabila frekuensi operasi motorhampir atau sama dengan frekuensi semula jadi rotor motor akan bergema, akan berlaku dengan seriusberlaku fenomena di luar langkah.
Beberapa penyelesaian untuk resonans:
A. Elakkan zon getaran: supaya frekuensi operasi motor tidak berada dalam lingkunganjulat getaran
B. Gunakan mod pemacu subbahagian: Gunakan mod pemacu mikro-langkah untuk mengurangkan getaran dengan
membahagikan satu langkah asal kepada beberapa langkah untuk meningkatkan resolusi setiap satu
langkah motor. Ini boleh dicapai dengan melaraskan nisbah fasa kepada arus motor.
Mikrostepping tidak meningkatkan ketepatan sudut langkah, tetapi menjadikan motor berjalan lebih lancar
lancar dan kurang hingar. Tork pada amnya 15% lebih rendah untuk operasi separuh langkah
berbanding operasi langkah penuh, dan 30% lebih rendah untuk kawalan arus gelombang sinus.
Masa siaran: 9 Nov-2022