Silniki krokowemoże być używany do sterowania prędkością i pozycjonowaniem bez użycia urządzeń sprzężenia zwrotnego (tj. sterowanie w pętli otwartej), więc to rozwiązanie napędowe jest zarówno ekonomiczne, jak i niezawodne. W sprzęcie automatyki, instrumentach, napęd krokowy jest bardzo szeroko stosowany. Ale wielu użytkowników personelu technicznego na temat tego, jak wybrać odpowiedni silnik krokowy, jak uzyskać najlepszą wydajność napędu krokowego lub ma więcej pytań. W tym artykule omówiono wybór silników krokowych, skupiając się na zastosowaniu pewnego doświadczenia inżynierii silników krokowych, mam nadzieję, że popularyzacja silników krokowych w sprzęcie automatyki odegra rolę w odniesieniu.
1. Wprowadzeniesilnik krokowy
Silnik krokowy jest również znany jako silnik impulsowy lub silnik krokowy. Przesuwa się o pewien kąt za każdym razem, gdy stan wzbudzenia jest zmieniany zgodnie z sygnałem impulsu wejściowego i pozostaje nieruchomy w określonej pozycji, gdy stan wzbudzenia pozostaje niezmieniony. Pozwala to silnikowi krokowemu na konwersję sygnału impulsu wejściowego na odpowiadające mu przesunięcie kątowe dla wyjścia. Kontrolując liczbę impulsów wejściowych można dokładnie określić przesunięcie kątowe wyjścia w celu uzyskania najlepszego pozycjonowania; a kontrolując częstotliwość impulsów wejściowych można dokładnie kontrolować prędkość kątową wyjścia i osiągnąć cel regulacji prędkości. Pod koniec lat 60. XX wieku powstało wiele praktycznych silników krokowych, a ostatnie 40 lat przyniosło szybki rozwój. Silniki krokowe były w stanie silniki prądu stałego, silniki asynchroniczne, a także silniki synchroniczne, stając się podstawowym typem silnika. Istnieją trzy typy silników krokowych: reaktywne (typ VR), z magnesami trwałymi (typ PM) i hybrydowe (typ HB). Hybrydowy silnik krokowy łączy zalety dwóch pierwszych form silnika krokowego. Silnik krokowy składa się z wirnika (rdzeń wirnika, magnesy trwałe, wał, łożyska kulkowe), stojana (uzwojenie, rdzeń stojana), przednich i tylnych zaślepek itp. Najbardziej typowy dwufazowy hybrydowy silnik krokowy ma stojan z 8 dużymi zębami, 40 małymi zębami i wirnik z 50 małymi zębami; silnik trójfazowy ma stojan z 9 dużymi zębami, 45 małymi zębami i wirnik z 50 małymi zębami
2. Zasada sterowania
Tensilnik krokowynie może być bezpośrednio podłączony do zasilania, ani nie może bezpośrednio odbierać sygnałów impulsów elektrycznych, musi być realizowany za pomocą specjalnego interfejsu - sterownika silnika krokowego, aby współdziałać z zasilaniem i sterownikiem. Sterownik silnika krokowego składa się zazwyczaj z rozdzielacza pierścieniowego i obwodu wzmacniacza mocy. Dzielnik pierścieniowy odbiera sygnały sterujące ze sterownika. Za każdym razem, gdy odbierany jest sygnał impulsowy, wyjście dzielnika pierścieniowego jest konwertowane raz, więc obecność lub brak oraz częstotliwość sygnału impulsowego może określić, czy prędkość silnika krokowego jest wysoka czy niska, przyspiesza lub zwalnia, aby rozpocząć lub zatrzymać. Rozdzielacz pierścieniowy musi również monitorować sygnał kierunkowy ze sterownika, aby określić, czy przejścia jego stanu wyjściowego są w kolejności dodatniej czy ujemnej, a tym samym określić sterowanie silnikiem krokowym.
3. Główne parametry
①Numer bloku: głównie 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 itd.
②Liczba faz: liczba cewek wewnątrz silnika krokowego, liczba faz silnika krokowego ma zazwyczaj dwie fazy, trzy fazy, pięć faz. Chiny używają głównie dwufazowych silników krokowych, trójfazowe mają również pewne zastosowania. Japonia częściej używa pięciofazowych silników krokowych
③Kąt kroku: odpowiadający sygnałowi impulsowemu, kątowemu przemieszczeniu obrotu wirnika silnika. Wzór na obliczenie kąta kroku silnika krokowego jest następujący
Kąt kroku = 360° ÷ (2mz)
m liczba faz silnika krokowego
Z – liczba zębów wirnika silnika krokowego.
Zgodnie z powyższym wzorem kąt kroku silników krokowych dwufazowych, trójfazowych i pięciofazowych wynosi odpowiednio 1,8°, 1,2° i 0,72°
④ Moment trzymania: jest momentem obrotowym uzwojenia stojana silnika przez prąd znamionowy, ale wirnik się nie obraca, stojan blokuje wirnik. Moment trzymania jest najważniejszym parametrem silników krokowych i stanowi główną podstawę doboru silnika.
⑤ Moment pozycjonujący: jest momentem obrotowym wymaganym do obrócenia wirnika siłą zewnętrzną, gdy silnik nie przepuszcza prądu. Moment obrotowy jest jednym ze wskaźników wydajności służących do oceny silnika, w przypadku gdy inne parametry są takie same, im mniejszy moment pozycjonujący oznacza, że „efekt szczeliny” jest mniejszy, tym bardziej korzystny dla płynności pracy silnika przy niskiej prędkości charakterystyki częstotliwości momentu obrotowego: odnosi się głównie do wydłużonych charakterystyk częstotliwości momentu obrotowego, stabilna praca silnika przy określonej prędkości może wytrzymać maksymalny moment obrotowy bez utraty kroku. Krzywa moment-częstotliwość służy do opisu zależności między maksymalnym momentem obrotowym a prędkością (częstotliwością) bez utraty kroku. Krzywa częstotliwości momentu obrotowego jest ważnym parametrem silnika krokowego i stanowi główną podstawę doboru silnika.
⑥ Prąd znamionowy: prąd uzwojenia silnika wymagany do utrzymania momentu znamionowego, wartość skuteczna
4、Wybieranie punktów
W zastosowaniach przemysłowych wykorzystuje się silniki krokowe o prędkości do 600 ~ 1500 obr./min. W przypadku wyższych prędkości można rozważyć napęd silnika krokowego w pętli zamkniętej lub wybrać bardziej odpowiedni program serwonapędu, wykonując kroki wyboru silnika krokowego (patrz rysunek poniżej).
(1) Wybór kąta kroku
W zależności od liczby faz silnika istnieją trzy rodzaje kąta kroku: 1,8° (dwufazowy), 1,2° (trójfazowy), 0,72° (pięciofazowy). Oczywiście, pięciofazowy kąt kroku ma najwyższą dokładność, ale jego silnik i sterownik są droższe, więc jest rzadko używany w Chinach. Ponadto, główne sterowniki krokowe wykorzystują teraz technologię napędu podziału, w 4 poniższych podziałach dokładność kąta kroku podziału może być nadal gwarantowana, więc jeśli wskaźniki dokładności kąta kroku same w sobie są brane pod uwagę, pięciofazowy silnik krokowy można zastąpić dwufazowym lub trójfazowym silnikiem krokowym. Na przykład, w zastosowaniu pewnego rodzaju przewodu do obciążenia śruby 5 mm, jeżeli używany jest dwufazowy silnik krokowy, a sterownik jest ustawiony na 4 podziałki, liczba impulsów na obrót silnika wynosi 200 x 4 = 800, a ekwiwalent impulsu wynosi 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, ta dokładność może spełnić większość wymagań aplikacji.
(2) Wybór momentu statycznego (momentu trzymającego)
Do powszechnie stosowanych mechanizmów przenoszenia obciążenia należą pasy synchroniczne, pręty z włókna szklanego, mechanizmy zębate itp. Klienci najpierw obliczają obciążenie swojej maszyny (głównie moment przyspieszenia i moment tarcia) przeliczane na wymagany moment obciążenia na wale silnika. Następnie, zgodnie z maksymalną prędkością obrotową wymaganą przez kwiaty elektryczne, następujące dwa różne przypadki użycia służą do wyboru odpowiedniego momentu trzymającego silnika krokowego ① do zastosowania wymaganej prędkości silnika wynoszącej 300pm lub mniej: jeśli obciążenie maszyny jest przeliczane na wymagany moment obciążenia wału silnika T1, wówczas ten moment obciążenia jest mnożony przez współczynnik bezpieczeństwa SF (zwykle przyjmowany jako 1,5-2,0), czyli wymagany moment trzymający silnika krokowego Tn ②2 dla W przypadku zastosowań wymagających prędkości silnika wynoszącej 300pm lub więcej: ustaw maksymalną prędkość Nmax, jeśli obciążenie maszyny jest przeliczane na wał silnika, wymagany moment obciążenia wynosi T1, wówczas ten moment obciążenia jest mnożony przez współczynnik bezpieczeństwa SF (zwykle 2,5-3,5), co daje moment trzymający Tn. Zapoznaj się z rysunkiem 4 i wybierz odpowiedni model. Następnie użyj krzywej moment-częstotliwość, aby sprawdzić i porównać: na krzywej moment-częstotliwość, maksymalna prędkość Nmax wymagana przez użytkownika odpowiada maksymalnemu utraconemu momentowi kroku T2, wówczas maksymalny utracony moment kroku T2 powinien być o ponad 20% większy niż T1. W przeciwnym razie konieczne jest wybranie nowego silnika o większym momencie obrotowym i ponowne sprawdzenie i porównanie zgodnie z krzywą momentu obrotowego-częstotliwości nowo wybranego silnika.
(3) Im większy numer bazowy silnika, tym większy moment trzymający.
(4) w zależności od prądu znamionowego należy wybrać odpowiedni sterownik silnika krokowego.
Na przykład, prąd znamionowy silnika 57CM23 wynosi 5 A, wówczas należy dopasować maksymalny dopuszczalny prąd napędu do wartości większej niż 5 A (należy pamiętać, że jest to wartość skuteczna, a nie szczytowa). W przeciwnym razie, jeśli wybierzesz maksymalny prąd napędu o wartości tylko 3 A, maksymalny moment wyjściowy silnika może wynosić tylko około 60%!
5, doświadczenie aplikacyjne
(1) problem z rezonansem niskiej częstotliwości silnika krokowego
Napęd krokowy z podziałem jest skutecznym sposobem na zmniejszenie rezonansu niskiej częstotliwości silników krokowych. Poniżej 150 obr./min napęd z podziałem jest bardzo skuteczny w redukcji drgań silnika. Teoretycznie, im większy podział, tym lepszy efekt redukcji drgań silnika krokowego, ale w rzeczywistości podział wzrasta do 8 lub 16, gdy efekt poprawy redukcji drgań silnika krokowego osiągnie wartość ekstremalną.
W ostatnich latach w kraju i za granicą pojawiły się sterowniki krokowe z rezonansem antyniskoczęstotliwościowym, seria produktów DM, DM-S firmy Leisai, technologia rezonansu antyniskoczęstotliwościowego. Ta seria sterowników wykorzystuje kompensację harmoniczną, poprzez kompensację dopasowania amplitudy i fazy, co pozwala znacznie zmniejszyć drgania niskiej częstotliwości silnika krokowego, aby uzyskać niskie drgania i cichą pracę silnika.
(2) Wpływ podziału silnika krokowego na dokładność pozycjonowania
Obwód napędu podziału silnika krokowego może nie tylko poprawić płynność ruchu urządzenia, ale także skutecznie poprawić dokładność pozycjonowania sprzętu. Testy pokazują, że: W platformie ruchu napędu paska synchronicznego, silnik krokowy 4 podział, silnik może być dokładnie pozycjonowany na każdym kroku.
Czas publikacji: 11-06-2023