Bir aktüatör olarak,kademeli motorMekatronik alanının temel ürünlerinden biri olan step motorlar, çeşitli otomasyon kontrol sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Mikroelektronik ve bilgisayar teknolojisinin gelişmesiyle birlikte step motorlara olan talep gün geçtikçe artmakta ve çeşitli ulusal ekonomi alanlarında kullanılmaktadır.
01 Nedir?kademeli motor
Step motor, elektrik darbelerini doğrudan mekanik harekete dönüştüren bir elektromekanik cihazdır. Motor bobinine uygulanan elektrik darbelerinin sırası, frekansı ve sayısı kontrol edilerek, step motorun yönü, hızı ve dönüş açısı kontrol edilebilir. Konum algılamalı kapalı döngü geri besleme kontrol sistemi kullanılmadan, step motor ve ona eşlik eden sürücüden oluşan basit, düşük maliyetli açık döngü kontrol sistemi kullanılarak hassas konum ve hız kontrolü sağlanabilir.
02 kademeli motortemel yapı ve çalışma prensibi
Temel yapı:
Çalışma prensibi: Step motor sürücüsü, harici kontrol darbesi ve yön sinyaline göre, dahili mantık devresi aracılığıyla, belirli bir zamanlama sırasına göre step motor sargılarını ileri veya geri yönde enerjilendirerek motorun ileri/geri dönmesini veya kilitlenmesini sağlar.
1,8 derecelik iki fazlı step motoru örnek olarak ele alalım: Her iki sargı da enerjilendiğinde ve uyarıldığında, motor çıkış mili sabit kalır ve konumunda kilitlenir. Motoru nominal akımda kilitli tutacak maksimum tork, tutma torkudur. Sargılardan birindeki akım yeniden yönlendirilirse, motor belirli bir yönde bir adım (1,8 derece) döner.
Benzer şekilde, diğer sargıdaki akımın yönü değişirse, motor bir öncekine göre ters yönde bir adım (1,8 derece) dönecektir. Bobin sargılarından geçen akımlar sırayla uyarmaya yönlendirildiğinde, motor verilen yönde çok yüksek bir doğrulukla sürekli bir adımda dönecektir. İki fazlı bir step motorun 1,8 derecelik bir dönüşü bir haftada 200 adımda tamamlanır.
İki fazlı step motorların iki tip sargısı vardır: bipolar ve unipolar. Bipolar motorlarda faz başına yalnızca bir sargı bobini bulunur; motorun sürekli dönüşü, aynı bobindeki akımın ardışık olarak değişken uyarılmasıyla sağlanır; bu nedenle sürücü devresinin tasarımı, ardışık anahtarlama için sekiz elektronik anahtar gerektirir.
Tek kutuplu motorlarda her fazda zıt kutuplu iki sargı bulunur ve motor
Aynı fazdaki iki sargı bobinine sırayla enerji verilerek sürekli olarak döner.
Sürücü devresi yalnızca dört elektronik anahtar gerektirecek şekilde tasarlanmıştır. Bipolar sistemde
Sürüş modunda, motorun çıkış torku, bir önceki sürüş moduna kıyasla yaklaşık %40 oranında artar.
Tek kutuplu tahrik modu, her fazın sargı bobinlerinin %100 oranında uyarılmasından kaynaklanır.
03, Step motor yükü
A. Moment yükü (Tf)
Tf = G * r
G: Yük ağırlığı
r: yarıçap
B. Atalet yükü (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Yük kütlesi
R1: Dış halkanın yarıçapı
R2: İç halkanın yarıçapı
dω/dt: Açısal ivme
04, kademeli motor hız-tork eğrisi
Hız-tork eğrisi, kademeli motorun çıkış özelliklerinin önemli bir ifadesidir.
motorlar.
A. Step motorun çalışma frekans noktası
Step motorun belirli bir noktadaki hız değeri.
n = q * Hz / (360 * D)
n: devir/saniye
Hz: Frekans değeri
D: Sürücü devresi interpolasyon değeri
Soru: Step motorun adım açısı
Örneğin, 1,8° eğim açısına sahip ve 1/2 interpolasyon sürücüsüne sahip bir step motor.(yani, adım başına 0,9°), 500 Hz çalışma frekansında 1,25 devir/s hıza sahiptir.
B. Step motorun kendiliğinden başlatma alanı
Step motorun doğrudan başlatılıp durdurulabildiği alan.
C. Sürekli çalışma alanı
Bu alanda, step motor doğrudan çalıştırılamaz veya durdurulamaz. Step motorlarBu alan öncelikle otomatik başlatma bölgesinden geçmeli ve ardından hızlanarak hedefe ulaşmalıdır.Çalışma alanı. Benzer şekilde, bu alandaki step motor doğrudan frenlenemez.Aksi takdirde step motorun senkronizasyonunun bozulması kolaydır, önce yavaşlatılması gerekir.Önce otomatik çalıştırma bölgesine girdi, sonra fren yaptı.
D. Step motorun maksimum başlangıç frekansı
Motorun yüksüz durumu, step motorun adım hareketini kaybetmemesini sağlamak içindir.maksimum darbe frekansı.
E. Step motorun maksimum çalışma frekansı
Motorun adım kaybetmeden çalışması için uyarıldığı maksimum darbe frekansı.Yük altında değilken.
F. Step motorun başlangıç torku / çekme torku
Belirli bir darbe frekansında kademeli motorun çalışmaya başlaması ve çalışmaya devam etmesi için,Maksimum yük torkunun kademelerini kaybetmek.
G. Step motor çalışma torku/çekme torku
Step motorun kararlı çalışmasını sağlayan maksimum yük torku.Adım kaybı olmaksızın belirli bir darbe frekansı.
05 Step motor hızlanma/yavaşlama hareket kontrolü
Sürekli hız-tork eğrisinde kademeli motorun çalışma frekansı noktasıÇalışma bölgesinde, motorun çalıştırılması veya durdurulması, hızlanması veya yavaşlaması nasıl kısaltılır?Bu sayede motor en iyi hız durumunda daha uzun süre çalışır ve bu da verimliliği artırır.Motorun etkili çalışma süresi çok kritiktir.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, kademeli motorun dinamik tork karakteristik eğrisi şöyledir:Düşük hızda yatay, düz bir çizgi; yüksek hızda ise eğri üstel olarak azalır.İndüktansın etkisi nedeniyle.
Step motorun yükünün TL olduğunu biliyoruz, diyelim ki F0'dan F1'e ivmelenmek istiyoruz.En kısa süre (tr), en kısa süre tr nasıl hesaplanır?
(1) Normalde, 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. Yüksek hız koşullarında üstel ivme
(1) Normalde
TJ0 = %70Tm0
TJ1 = %70Tm1
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)
Notlar.
J, yük altında motor rotorunun dönme ataletini gösterir.
q, her bir adımın dönüş açısıdır ve bu da kademeli motorun adım açısıdır.
Tüm sürüşün durumu.
Yavaşlama işleminde, yukarıdaki hızlanma darbesinin frekansını tersine çevirmek yeterlidir.
hesaplandı.
06 kademeli motor titreşimi ve gürültüsü
Genel olarak, step motor yüksüz çalışma durumunda, motorun çalışma frekansı şu şekildedir:Motor rotorunun doğal frekansına yakın veya eşitse rezonansa girer, ciddi sonuçlar doğurabilir.Senkronizasyon dışı bir olgu olarak ortaya çıkar.
Rezonans için çeşitli çözümler:
A. Titreşim bölgesinden kaçının: motorun çalışma frekansının titreşim bölgesinin altına düşmemesini sağlayın.titreşim aralığı
B. Alt bölümlü tahrik modunu benimseyin: Titreşimi azaltmak için mikro adımlı tahrik modunu kullanın.
Orijinal tek adımı birden fazla adıma bölerek her birinin çözünürlüğünü artırmak.
Motor adımı. Bu, motorun faz-akım oranının ayarlanmasıyla sağlanabilir.
Mikro adımlama, adım açısı doğruluğunu artırmaz, ancak motorun daha fazla çalışmasını sağlar.
Daha az gürültüyle ve daha sorunsuz çalışır. Yarım kademeli çalışma için tork genellikle %15 daha düşüktür.
Tam adımlı çalışma için olduğundan daha düşük ve sinüs dalgası akım kontrolü için %30 daha düşük.
Yayın tarihi: 09.11.2022