Као актуатор,корачни моторје један од кључних производа мехатронике, који се широко користи у различитим системима аутоматизације управљања. Са развојем микроелектронике и рачунарске технологије, потражња за корачним моторима расте из дана у дан, а они се користе у различитим областима националне економије.
01 Шта јекорачни мотор
Корачни мотор је електромеханички уређај који директно претвара електричне импулсе у механичко кретање. Контролисањем секвенце, фреквенције и броја електричних импулса који се примењују на калем мотора, могу се контролисати управљање, брзина и угао ротације корачног мотора. Без употребе система управљања са повратном спрегом у затвореној петљи са сензором положаја, прецизна контрола положаја и брзине може се постићи коришћењем једноставног, јефтиног система управљања са отвореном петљом који се састоји од корачног мотора и његовог пратећег драјвера.
02 корачни моторосновна структура и принцип рада
Основна структура：
Принцип рада: драјвер степер мотора, према спољном контролном импулсу и сигналу смера, путем свог унутрашњег логичког кола, контролише намотаје степер мотора у одређеном временском редоследу под напоном напред или назад, тако да се мотор окреће напред/назад или блокира.
Узмимо за пример двофазни степер мотор од 1,8 степени: када су оба намотаја под напоном и побуђена, излазна осовина мотора ће бити непокретна и закључана у положају. Максимални обртни момент који ће држати мотор закључаним на номиналној струји је обртни момент задржавања. Ако се струја у једном од намотаја преусмери, мотор ће се ротирати за један корак (1,8 степени) у датом смеру.
Слично томе, ако струја у другом намотају промени смер, мотор ће се ротирати за један корак (1,8 степени) у супротном смеру од претходног. Када се струје кроз намотаје калема секвенцијално преусмере на побуду, мотор ће се ротирати у континуираном кораку у датом смеру са веома високом тачношћу. За 1,8 степени двофазног корачног мотора, ротација од недељу дана захтева 200 корака.
Двофазни степер мотори имају две врсте намотаја: биполарне и униполарне. Биполарни мотори имају само један намотај по фази, мотор континуирано ротира струју у истом намотају да би се побудила секвенцијално променљива, дизајн погонског кола захтева осам електронских прекидача за секвенцијално пребацивање.
Униполарни мотори имају два намотаја супротног поларитета на свакој фази, а мотор
ротира континуирано наизменичним напајањем два намотаја на истој фази.
Погонско коло је пројектовано тако да захтева само четири електронска прекидача. У биполарном
режиму погона, излазни обртни момент мотора се повећава за око 40% у поређењу са
униполарни режим погона јер су калемови намотаја сваке фазе 100% побуђени.
03, Оптерећење корачног мотора
А. Момент оптерећења (Tf)
Тф = Г * р
G: Тежина терета
r: радијус
Б. Инерцијално оптерећење (ТЈ)
ТЈ = Ј * дв/дт
J = M * (R12+R22) / 2 (кг * цм)
M: Маса терета
R1: Полупречник спољашњег прстена
R2: Полупречник унутрашњег прстена
dω/dt: Угаоно убрзање
04, крива брзине и обртног момента корачног мотора
Крива брзине и обртног момента је важан израз излазних карактеристика степера
мотори.
A. Тачка радне фреквенције степер мотора
Вредност брзине корачног мотора у одређеном тренутку.
n = q * Hz / (360 * D)
n: обртаји/сек
Hz: Вредност фреквенције
D: Вредност интерполације погонског кола
q: угао корака степ мотора
На пример, корачни мотор са углом нагиба од 1,8°, са погоном интерполације 1/2(тј. 0,9° по кораку), има брзину од 1,25 r/s на радној фреквенцији од 500 Hz.
Б. Подручје самосталног покретања степер мотора
Област где се корачни мотор може директно покренути и зауставити.
C. Подручје континуираног рада
У овој области, корачни мотор се не може директно покренути или зауставити. Корачни мотори уОва област мора прво проћи кроз област самосталног покретања, а затим се убрзати да би се достигларадно подручје. Слично томе, корачни мотор у овом подручју не може се директно кочити,у супротном је лако изазвати вантактни рад корачног мотора, прво се мора успорити да би сеподручје самосталног покретања, а затим закочио.
D. Максимална фреквенција покретања степер мотора
Стање мотора без оптерећења, како би се осигурало да корачни мотор не губи корак у радумаксимална фреквенција импулса.
E. Максимална радна фреквенција степер мотора
Максимална фреквенција импулса на којој је мотор побуђен да ради без губитка коракабез оптерећења.
F. Покретни обртни момент / обртни момент увлачења корачног мотора
Да би се степер мотор покренуо и почео са радом у одређеној фреквенцији импулса, безгубљење корака максималног обртног момента оптерећења.
Г. Обртни момент/обртни момент при увлачењу корачног мотора
Максимални обртни момент оптерећења који задовољава стабилан рад корачног мотора приодређена фреквенција импулса без губитка корака.
05 Управљање убрзањем/успоравањем кретања помоћу корачног мотора
Када се радна фреквенција корачног мотора налази у кривој брзине и обртног момента континуираногрегион рада, како скратити убрзање или успоравање при покретању или заустављању моторавреме, тако да мотор ради дуже у најбољем стању брзине, чиме се повећаваЕфективно време рада мотора је веома критично.
Као што је приказано на слици испод, крива динамичког обртног момента корачног мотора јехоризонтална права линија при малој брзини; при великој брзини, крива се експоненцијално смањујезбог утицаја индуктивности.
Знамо да је оптерећење степер мотора TL, претпоставимо да желимо да убрзамо од F0 до F1 занајкраће време (tr), како израчунати најкраће време tr?
(1) Нормално, TJ = 70% Tm
(2) tr = 1,8 * 10⁻⁶ * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) Ф (т) = (Ф1-Ф0) * т/тр + Ф0, 0
Б. Експоненцијално убрзање при великој брзини
(1) Нормално
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
ТЛ = 60%Тм1
(2)
tr = F4 * In [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]
(3)
Ф (т) = Ф2 * [1 - е^(-т/Ф4)] + Ф0, 0
Ф2 = (ТЛ-ТЈ 0) * (Ф1-Ф0)/ТЈ 1-ТЈ 0)
Ф4 = 1,8 * 10-5 * Ј * к * Ф2/(ТЈ 0-ТЛ)
Белешке.
J означава ротациону инерцију ротора мотора под оптерећењем.
q је угао ротације сваког корака, што је угао корака корачног мотора у
случај целог погона.
У операцији успоравања, само обрните горе наведену фреквенцију импулса убрзања
израчунато.
06 вибрације и бука корачног мотора
Генерално говорећи, корачни мотор у раду без оптерећења, када је радна фреквенција мотораје близу или једнака инхерентној фреквенцији ротора мотора, резоноваће, озбиљна ћејавља се феномен ван корака.
Неколико решења за резонанцију:
A. Избегавајте зону вибрација: тако да радна фреквенција мотора не буде унутаропсег вибрација
Б. Усвојите режим погона са подељењем: Користите режим погона са микро-корацима да бисте смањили вибрације
подела оригиналног једног корака на више корака како би се повећала резолуција сваког од њих
корак мотора. Ово се може постићи подешавањем односа фазе и струје мотора.
Микрокораци не повећавају тачност угла корака, али убрзавају рад мотора.
глатко и са мање буке. Обртни момент је генерално 15% мањи за рад у полукораку
него за рад са пуним кораком, и 30% ниже за контролу струје синусног таласа.
Време објаве: 09. новембар 2022.