Jako siłownik,silnik krokowyjest jednym z kluczowych produktów mechatroniki, który jest szeroko stosowany w różnych systemach sterowania automatyzacją. Wraz z rozwojem mikroelektroniki i technologii komputerowej, zapotrzebowanie na silniki krokowe rośnie z dnia na dzień i są one wykorzystywane w różnych krajowych dziedzinach gospodarczych.
01 Co to jestsilnik krokowy
Silnik krokowy to urządzenie elektromechaniczne, które bezpośrednio zamienia impulsy elektryczne na ruch mechaniczny. Poprzez kontrolowanie sekwencji, częstotliwości i liczby impulsów elektrycznych przyłożonych do cewki silnika, można kontrolować układ kierowniczy, prędkość i kąt obrotu silnika krokowego. Bez użycia zamkniętego układu sterowania sprzężeniem zwrotnym z wykrywaniem położenia, precyzyjną kontrolę położenia i prędkości można uzyskać za pomocą prostego, niedrogiego układu sterowania otwartego 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 kolejności czasowej, za pomocą napięcia do przodu lub do tyłu, tak aby silnik obracał się do przodu/do tyłu lub był zablokowany.
Weźmy na przykład dwufazowy silnik krokowy 1,8 stopnia: gdy oba uzwojenia są zasilane i wzbudzane, wał wyjściowy silnika będzie nieruchomy i zablokowany w pozycji. Maksymalny moment obrotowy, który utrzyma silnik zablokowany przy znamionowym prądzie, to moment trzymający. 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 ciągłym kroku w danym kierunku z bardzo dużą dokładnością. Dla 1,8 stopnia dwufazowego silnika krokowego obrót tygodnia zajmuje 200 kroków.
Dwufazowe silniki krokowe mają dwa rodzaje uzwojeń: bipolarne i unipolarne. Silniki bipolarne mają tylko jedną cewkę uzwojenia na fazę, silnik ciągły obrót prądu w tej samej cewce jest sekwencyjnie zmiennym wzbudzeniem, konstrukcja obwodu napędowego wymaga ośmiu przełączników elektronicznych do sekwencyjnego przełączania.
Silniki unipolarne mają dwie cewki uzwojenia o przeciwnej biegunowości na każdej fazie, a silnik
obraca się w sposób ciągły poprzez naprzemienne pobudzanie dwóch cewek uzwojenia w tej samej fazie.
Układ napędowy jest zaprojektowany tak, aby wymagał tylko czterech przełączników elektronicznych. W układzie bipolarnym
w trybie jazdy moment wyjściowy silnika zwiększa się o około 40% w porównaniu do
tryb napędu unipolarnego, ponieważ cewki uzwojenia 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 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 określonym 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 pochylenia 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 działania ciągłego
W tym obszarze nie można uruchomić ani zatrzymać silnika krokowego bezpośrednio. Silniki krokowe wobszar ten musi najpierw przejść przez obszar samodzielnego startu, a następnie zostać przyspieszony, aby dotrzeć doobszar operacyjny. Podobnie, silnik krokowy w tym obszarze nie może być bezpośrednio hamowany,w przeciwnym razie łatwo spowodować, że silnik krokowy wypadnie z rytmu, należy go najpierw zwolnić, abystrefy samodzielnego startu i następnie zahamował.
D. Maksymalna częstotliwość rozruchu silnika krokowego
Stan bez obciążenia silnika, aby zapewnić, że silnik krokowy nie utraci działania krokowegomaksymalna częstotliwość pulsu.
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, 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 ciągłejregion działania, jak skrócić rozruch silnika lub zatrzymanie przyspieszania lub zwalnianiaczas, dzięki czemu silnik pracuje dłużej w najlepszym stanie prędkości, zwiększając w ten sposóbefektywny czas pracy silnika jest bardzo istotny.
Jak pokazano na poniższym rysunku, krzywa charakterystyczna 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 zbliżona lub równa częstotliwości wirnika silnika, będzie rezonować, poważnewystąpić poza zjawiskiem.
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 zredukować drgania poprzez
podzielenie oryginalnego jednego kroku na kilka kroków w celu zwiększenia rozdzielczości każdego z nich
krok silnika. Można to osiągnąć poprzez dostosowanie stosunku fazy do prądu silnika.
Mikrokrok nie zwiększa dokładności kąta kroku, ale sprawia, że silnik pracuje dłużej
płynnie i z mniejszym hałasem. 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