Jako siłownik,silnik krokowyjest jednym z kluczowych produktów mechatroniki, szeroko stosowanym w różnych systemach automatyki. Wraz z rozwojem mikroelektroniki i technologii komputerowej, zapotrzebowanie na silniki krokowe rośnie z dnia na dzień i znajdują one zastosowanie w różnych sektorach gospodarki narodowej.
01 Co to jestsilnik krokowy
Silnik krokowy to urządzenie elektromechaniczne, które bezpośrednio przetwarza impulsy elektryczne na ruch mechaniczny. Kontrolując sekwencję, częstotliwość i liczbę impulsów elektrycznych przyłożonych do cewki silnika, można sterować układem kierowniczym, prędkością i kątem obrotu silnika krokowego. Bez stosowania układu sterowania ze sprzężeniem zwrotnym w pętli zamkniętej z czujnikiem położenia, precyzyjną kontrolę położenia i prędkości można uzyskać za pomocą prostego i taniego układu sterowania w pętli otwartej, składającego się z silnika krokowego i towarzyszącego mu sterownika.
02 silnik krokowypodstawowa struktura i zasada działania
Podstawowa struktura:
Zasada działania: sterownik silnika krokowego, zgodnie z zewnętrznym impulsem sterującym i sygnałem kierunkowym, poprzez swój wewnętrzny obwód logiczny, steruje uzwojeniami silnika krokowego w określonej sekwencji czasowej, do przodu lub do tyłu, tak aby silnik obracał się do przodu / do tyłu lub był zablokowany.
Weźmy na przykład dwufazowy silnik krokowy o kącie 1,8 stopnia: gdy oba uzwojenia są zasilane i wzbudzane, wał wyjściowy silnika pozostaje nieruchomy i zablokowany w pozycji. Maksymalny moment obrotowy, który utrzymuje silnik zablokowany przy prądzie znamionowym, to moment podtrzymujący. Jeśli prąd w jednym z uzwojeń zostanie przekierowany, silnik obróci się o jeden krok (1,8 stopnia) w danym kierunku.
Podobnie, jeśli prąd w drugim uzwojeniu zmieni kierunek, silnik obróci się o jeden krok (1,8 stopnia) w kierunku przeciwnym do poprzedniego. Gdy prądy płynące przez uzwojenia cewki są sekwencyjnie przekierowywane do wzbudzenia, silnik będzie obracał się w sposób ciągły w zadanym kierunku z bardzo dużą dokładnością. Dla 1,8 stopnia dwufazowego silnika krokowego obrót trwa tydzień i wymaga 200 kroków.
Dwufazowe silniki krokowe mają dwa rodzaje uzwojeń: bipolarne i unipolarne. Silniki bipolarne mają tylko jedną cewkę uzwojenia na fazę, a silnik zapewnia ciągły obrót prądu w tej samej cewce, co pozwala na sekwencyjne zmienne wzbudzenie. Konstrukcja układu napędowego wymaga ośmiu przełączników elektronicznych do sekwencyjnego przełączania.
Silniki unipolarne posiadają dwie cewki uzwojenia o przeciwnej polaryzacji na każdej fazie, a silnik
obraca się w sposób ciągły poprzez naprzemienne zasilanie dwóch cewek uzwojenia w tej samej fazie.
Układ napędowy zaprojektowano tak, aby wymagał tylko czterech przełączników elektronicznych. W układzie bipolarnym
tryb jazdy, moment wyjściowy silnika zwiększa się o około 40% w porównaniu do
tryb sterowania unipolarnego, ponieważ cewki uzwojeń każdej fazy są w 100% wzbudzone.
03, Obciążenie silnika krokowego
A. Obciążenie momentem (Tf)
Tf = G * r
G: Masa ładunku
r: promień
B. Obciążenie bezwładnościowe (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (kg * cm)
M: Masa ładunku
R1: Promień pierścienia zewnętrznego
R2: Promień pierścienia wewnętrznego
dω/dt: Przyspieszenie kątowe
04, krzywa momentu obrotowego i prędkości silnika krokowego
Krzywa prędkości i momentu obrotowego jest ważnym wyrazem charakterystyki wyjściowej silnika krokowego
silniki.
A. Punkt częstotliwości roboczej silnika krokowego
Wartość prędkości silnika krokowego w danym punkcie.
n = q * Hz / (360 * D)
n: obr./sek.
Hz: wartość częstotliwości
D: Wartość interpolacji obwodu napędowego
q: kąt kroku silnika krokowego
Na przykład silnik krokowy o kącie skoku 1,8° z napędem interpolacyjnym 1/2(tj. 0,9° na krok) ma prędkość 1,25 obr./s przy częstotliwości roboczej 500 Hz.
B. Obszar samoczynnego rozruchu silnika krokowego
Obszar, w którym można bezpośrednio uruchomić i zatrzymać silnik krokowy.
C. Obszar pracy ciągłej
W tym obszarze nie można bezpośrednio uruchomić ani zatrzymać silnika krokowego. Silniki krokowe wobszar ten musi najpierw przejść przez strefę startu własnego, a następnie zostać przyspieszony, aby dotrzeć doObszar roboczy. Podobnie, silnika krokowego w tym obszarze nie można bezpośrednio zahamować,w przeciwnym razie łatwo spowodować, że silnik krokowy wypadnie z rytmu, należy go najpierw spowolnićstrefy samodzielnego startu i następnie hamowanie.
D. Maksymalna częstotliwość początkowa silnika krokowego
Stan bez obciążenia silnika, aby zapewnić, że silnik krokowy nie utraci działania krokowegomaksymalna częstotliwość tętna.
E. Maksymalna częstotliwość pracy silnika krokowego
Maksymalna częstotliwość impulsów, przy której silnik jest pobudzany do pracy bez utraty krokubez obciążenia.
F. Moment rozruchowy silnika krokowego / moment wciągający
Aby silnik krokowy mógł rozpocząć pracę przy określonej częstotliwości impulsów, należy go uruchomić i rozpocząć pracę beztracąc kroki maksymalnego momentu obciążenia.
G. Moment obrotowy silnika krokowego/moment wciągania
Maksymalny moment obciążenia zapewniający stabilną pracę silnika krokowego przyokreślona częstotliwość pulsu bez utraty kroku.
05 Sterowanie ruchem przyspieszania/zwalniania silnika krokowego
Gdy częstotliwość pracy silnika krokowego znajduje się na krzywej prędkości i momentu obrotowego w trybie ciągłym,region działania, jak skrócić rozruch lub zatrzymanie silnika, przyspieszenie lub zwolnienieczas, dzięki czemu silnik pracuje dłużej w stanie najlepszej prędkości, zwiększając w ten sposóbefektywny czas pracy silnika jest bardzo krytyczny.
Jak pokazano na poniższym rysunku, krzywa charakterystyki momentu dynamicznego silnika krokowego jestpozioma linia prosta przy niskiej prędkości; przy dużej prędkości krzywa maleje wykładniczoze względu na wpływ indukcyjności.
Wiemy, że obciążenie silnika krokowego wynosi TL, załóżmy, że chcemy przyspieszyć od F0 do F1 wnajkrótszy czas (tr), jak obliczyć najkrótszy czas tr?
(1) Normalnie 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. Przyspieszenie wykładnicze w warunkach dużej prędkości
(1) Normalnie
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * W [(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)
Notatki.
J oznacza moment bezwładności obrotowej wirnika silnika pod obciążeniem.
q to kąt obrotu każdego kroku, który jest kątem kroku silnika krokowego w
przypadku całego napędu.
W przypadku operacji zwalniania wystarczy odwrócić powyższą częstotliwość impulsów przyspieszania.
obliczony.
06 Wibracje i hałas silnika krokowego
Mówiąc ogólnie, silnik krokowy pracuje bez obciążenia, gdy częstotliwość pracy silnikajest bliska lub równa częstotliwości wewnętrznej wirnika silnika, będzie rezonować, poważnewystąpić zjawisko poza krokiem.
Kilka rozwiązań dla rezonansu:
A. Unikaj strefy drgań: tak, aby częstotliwość pracy silnika nie mieściła się wzakres wibracji
B. Zastosuj tryb napędu podziału: Użyj trybu napędu mikrokrokowego, aby zmniejszyć wibracje poprzez
podzielenie oryginalnego jednego kroku na kilka kroków w celu zwiększenia rozdzielczości każdego z nich
krok silnika. Można to osiągnąć poprzez regulację stosunku fazy do prądu silnika.
Mikrokrok nie zwiększa dokładności kąta kroku, ale powoduje, że silnik pracuje dłużej
Płynnie i ciszej. Moment obrotowy jest zazwyczaj o 15% niższy w przypadku pracy w trybie półkrokowym.
niż w przypadku pracy w trybie pełnokrokowym i o 30% niższa w przypadku sterowania prądem sinusoidalnym.
Czas publikacji: 09-11-2022