Step motorlarGeri besleme cihazları kullanılmadan (yani açık döngü kontrolü) hız kontrolü ve konumlandırma kontrolü için kullanılabildiğinden, bu sürücü çözümü hem ekonomik hem de güvenilirdir. Otomasyon ekipmanlarında ve cihazlarında step motor sürücüleri çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak birçok teknik personel, uygun step motorun nasıl seçileceği, step motor sürücüsünün en iyi performansının nasıl elde edileceği veya daha birçok konuda sorular sormaktadır. Bu makale, step motor seçimini ele almakta ve bazı step motor mühendisliği deneyimlerinin uygulamasına odaklanmaktadır; otomasyon ekipmanlarında step motorların yaygınlaşmasında referans rol oynamasını umuyoruz.
1. Girişkademeli motor
Step motor, darbe motoru veya adım motoru olarak da bilinir. Giriş darbe sinyaline göre uyarı durumu her değiştiğinde belirli bir açıyla ilerler ve uyarı durumu değişmediğinde belirli bir konumda sabit kalır. Bu, step motorun giriş darbe sinyalini çıkış için karşılık gelen açısal yer değiştirmeye dönüştürmesini sağlar. Giriş darbelerinin sayısını kontrol ederek, en iyi konumlandırmayı elde etmek için çıkışın açısal yer değiştirmesini doğru bir şekilde belirleyebilirsiniz; ve giriş darbelerinin frekansını kontrol ederek, çıkışın açısal hızını doğru bir şekilde kontrol edebilir ve hız düzenleme amacına ulaşabilirsiniz. 1960'ların sonlarında çeşitli pratik step motorlar ortaya çıktı ve son 40 yılda hızlı bir gelişme gösterdi. Step motorlar, DC motorlar, asenkron motorlar ve senkron motorların yanında yer alarak temel bir motor türü haline geldi. Üç tip step motor vardır: reaktif (VR tipi), kalıcı mıknatıslı (PM tipi) ve hibrit (HB tipi). Hibrit kademeli motor, kademeli motorun ilk iki türünün avantajlarını bir araya getirir. Kademeli motor, bir rotor (rotor çekirdeği, kalıcı mıknatıslar, şaft, bilyalı rulmanlar), bir stator (sargı, stator çekirdeği), ön ve arka uç kapakları vb. bileşenlerden oluşur. En tipik iki fazlı hibrit kademeli motor, 8 büyük dişli, 40 küçük dişli bir statora ve 50 küçük dişli bir rotora sahiptir; üç fazlı bir motor ise 9 büyük dişli, 45 küçük dişli bir statora ve 50 küçük dişli bir rotora sahiptir.
2. Kontrol prensibi
Okademeli motorDoğrudan güç kaynağına bağlanamaz veya doğrudan elektrik darbe sinyalleri alamaz; bu nedenle, güç kaynağı ve kontrol ünitesiyle etkileşim kurmak için özel bir arayüz olan step motor sürücüsü aracılığıyla gerçekleştirilmelidir. Step motor sürücüsü genellikle bir halka dağıtıcı ve bir güç yükseltici devresinden oluşur. Halka dağıtıcı, kontrol ünitesinden kontrol sinyallerini alır. Her darbe sinyali alındığında, halka dağıtıcının çıkışı bir kez dönüştürülür; böylece darbe sinyalinin varlığı veya yokluğu ve frekansı, step motor hızının yüksek veya düşük olup olmadığını, hızlanıp yavaşlayarak başlayıp durmasını belirleyebilir. Halka dağıtıcı ayrıca, çıkış durum geçişlerinin pozitif veya negatif sırada olup olmadığını belirlemek ve böylece step motorun yönünü belirlemek için kontrol ünitesinden gelen yön sinyalini de izlemelidir.
3. Ana parametreler
① Blok numaraları: çoğunlukla 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, vb.
②Faz sayısı: Step motorun içindeki bobin sayısıdır. Step motorların faz sayısı genellikle iki fazlı, üç fazlı ve beş fazlıdır. Çin'de ağırlıklı olarak iki fazlı step motorlar kullanılırken, üç fazlı olanlar da bazı uygulamalarda yer almaktadır. Japonya'da ise daha çok beş fazlı step motorlar kullanılmaktadır.
③ Adım açısı: Bir darbe sinyaline karşılık gelen, motor rotorunun dönüşünün açısal yer değiştirmesi. Step motorun adım açısı hesaplama formülü aşağıdaki gibidir.
Basamak açısı = 360° ÷ (2mz)
m, bir step motorun faz sayısıdır.
Z, bir step motorun rotorunun diş sayısıdır.
Yukarıdaki formüle göre, iki fazlı, üç fazlı ve beş fazlı step motorların adım açıları sırasıyla 1,8°, 1,2° ve 0,72°'dir.
④ Tutma torku: Motorun stator sargısının nominal akım altında rotor dönmeden önce uyguladığı torktur; bu durumda stator rotoru kilitler. Tutma torku, step motorların en önemli parametresidir ve motor seçiminin temelini oluşturur.
⑤ Konumlandırma torku: Motor akım geçirmediğinde rotorun dış kuvvetle dönmesi için gereken torktur. Tork, motorun performansını değerlendirmek için kullanılan göstergelerden biridir; diğer parametreler aynı olduğunda, konumlandırma torku ne kadar küçükse "yuva etkisi" o kadar küçüktür ve motorun düşük hızda çalışmasının düzgünlüğüne o kadar faydalıdır. Tork frekans karakteristikleri: Esas olarak çizilmiş tork frekans karakteristiklerini ifade eder; motorun belirli bir hızda kararlı çalışması, adım kaybı olmadan maksimum torka dayanabilmesini sağlar. Maksimum tork ile hız (frekans) arasındaki ilişkiyi adım kaybı olmadan tanımlamak için tork-frekans eğrisi kullanılır. Tork frekans eğrisi, step motorun önemli bir parametresidir ve motor seçiminin temelini oluşturur.
⑥ Nominal akım: Nominal torku korumak için gereken motor sargı akımı, etkin değer.
4. Puan seçimi
Endüstriyel uygulamalarda kullanılan step motorların hızı 600 ~ 1500 rpm'ye kadar çıkabilir; daha yüksek hızlar için kapalı devre step motor sürücüsü düşünülebilir veya daha uygun bir servo sürücü programı kullanılarak step motor seçim adımları belirlenebilir (aşağıdaki şekle bakınız).
(1) Basamak açısının seçimi
Motorun faz sayısına göre üç çeşit adım açısı vardır: 1,8° (iki fazlı), 1,2° (üç fazlı), 0,72° (beş fazlı). Elbette, beş fazlı adım açısı en yüksek doğruluğa sahiptir, ancak motoru ve sürücüsü daha pahalıdır, bu nedenle Çin'de nadiren kullanılır. Ayrıca, ana akım step motor sürücüleri artık alt bölmeli sürücü teknolojisini kullanmaktadır; 4 alt bölmenin altında bile alt bölmeli adım açısı doğruluğu garanti edilebilir, bu nedenle yalnızca adım açısı doğruluğu göstergeleri dikkate alınırsa, beş fazlı step motor, iki fazlı veya üç fazlı step motorla değiştirilebilir. Örneğin, 5 mm'lik vida yükü için bir tür kılavuz uygulamasında, iki fazlı bir kademeli motor kullanılıyorsa ve sürücü 4 alt bölüme ayarlanmışsa, motorun devir başına darbe sayısı 200 x 4 = 800 olur ve darbe eşdeğeri 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm'dir; bu doğruluk çoğu uygulama gereksinimini karşılayabilir.
(2) Statik tork (tutma torku) seçimi
Yaygın olarak kullanılan yük aktarım mekanizmaları arasında senkron kayışlar, filament çubuklar, kremayer ve pinyon dişliler vb. bulunur. Müşteriler öncelikle makine yüklerini (esas olarak ivme torku artı sürtünme torku) motor miline uygulanması gereken yük torkuna dönüştürerek hesaplarlar. Ardından, elektrikli çiçeklerin gerektirdiği maksimum çalışma hızına göre, uygun step motor tutma torkunu seçmek için aşağıdaki iki farklı kullanım senaryosu geçerlidir: ① Gerekli motor hızı 300 rpm veya daha az olan uygulamalar için: Makine yükü, motor şaftının gerektirdiği yük torku T1'e dönüştürülürse, bu yük torku bir güvenlik faktörü SF (genellikle 1,5-2,0 olarak alınır) ile çarpılır, yani gerekli step motor tutma torku Tn elde edilir. ②2 Motor hızı 300 rpm veya daha fazla olan uygulamalar için: Maksimum hız Nmax ayarlanırsa, makine yükü motor şaftının gerektirdiği yük torku T1 olur, ardından bu yük torku bir güvenlik faktörü SF (genellikle 2,5-3,5) ile çarpılır, bu da tutma torku Tn'yi verir. Şekil 4'e bakınız ve uygun bir model seçiniz. Ardından, moment-frekans eğrisini kullanarak kontrol edin ve karşılaştırın: Moment-frekans eğrisinde, kullanıcının talep ettiği maksimum hız Nmax, maksimum kayıp adım torku T2'ye karşılık geliyorsa, maksimum kayıp adım torku T2, T1'den %20'den fazla büyük olmalıdır. Aksi takdirde, daha büyük torklu yeni bir motor seçmek ve yeni seçilen motorun tork-frekans eğrisine göre tekrar kontrol edip karşılaştırmak gerekir.
(3) Motor taban numarası ne kadar büyükse, tutma torku da o kadar büyük olur.
(4) nominal akıma göre uygun step motor sürücüsünü seçin.
Örneğin, 57CM23 motorunun nominal akımı 5A ise, sürücünün izin verilen maksimum akımının 5A'den fazla olması gerekir (lütfen bunun tepe değer değil, etkin değer olduğunu unutmayın). Aksi takdirde, yalnızca 3A'lik maksimum akıma sahip bir sürücü seçerseniz, motorun maksimum çıkış torku yalnızca yaklaşık %60 olabilir!
5. Başvuru deneyimi
(1) kademeli motor düşük frekanslı rezonans problemi
Alt bölümlü step motor sürücüsü, step motorların düşük frekanslı rezonansını azaltmanın etkili bir yoludur. 150 rpm'nin altında, alt bölümlü sürücü motor titreşimini azaltmada çok etkilidir. Teorik olarak, alt bölüm sayısı ne kadar büyük olursa, step motor titreşimini azaltma etkisi o kadar iyi olur, ancak gerçek durum, alt bölüm sayısı 8 veya 16'ya çıktıktan sonra step motor titreşimini azaltma etkisinin en üst noktaya ulaşmasıdır.
Son yıllarda, yurt içinde ve yurt dışında düşük frekanslı rezonans önleyici step motor sürücüleri piyasaya sürüldü; Leisai'nin DM ve DM-S serisi ürünleri de bu düşük frekanslı rezonans önleyici teknolojiye sahip. Bu sürücü serisi, harmonik kompanzasyon kullanarak, genlik ve faz eşleştirme kompanzasyonu yoluyla step motorun düşük frekanslı titreşimini büyük ölçüde azaltarak, motorun düşük titreşimli ve düşük gürültülü çalışmasını sağlar.
(2) Step motor alt bölümlemesinin konumlandırma doğruluğu üzerindeki etkisi
Step motor alt bölümlü tahrik devresi, cihazın hareketinin düzgünlüğünü iyileştirmenin yanı sıra, ekipmanın konumlandırma doğruluğunu da etkili bir şekilde artırabilir. Testler şunu göstermektedir: Senkron kayış tahrikli hareket platformunda, step motorun 4 alt bölümü sayesinde, motor her adımda doğru bir şekilde konumlandırılabilir.
Yayın tarihi: 11 Haz-2023