Motores paso a pasoPódese usar para o control de velocidade e o control de posicionamento sen o uso de dispositivos de retroalimentación (é dicir, control en bucle aberto), polo que esta solución de accionamento é económica e fiable. Nos equipos de automatización e nos instrumentos, o accionamento paso a paso utilizouse amplamente. Pero moitos usuarios teñen persoal técnico sobre como elixir o motor paso a paso axeitado, como obter o mellor rendemento do accionamento paso a paso ou máis preguntas. Este artigo trata a selección de motores paso a paso, centrándose na aplicación dalgunha experiencia en enxeñaría de motores paso a paso, espero que a popularización dos motores paso a paso nos equipos de automatización desempeñe un papel de referencia.
1. Introdución demotor paso a paso
O motor paso a paso tamén se coñece como motor de pulsos ou motor paso a paso. Avanza un certo ángulo cada vez que o estado de excitación cambia segundo o sinal de pulso de entrada e permanece estacionario nunha determinada posición cando o estado de excitación permanece inalterado. Isto permite que o motor paso a paso converta o sinal de pulso de entrada nun desprazamento angular correspondente para a saída. Ao controlar o número de pulsos de entrada, pódese determinar con precisión o desprazamento angular da saída para lograr o mellor posicionamento; e ao controlar a frecuencia dos pulsos de entrada, pódese controlar con precisión a velocidade angular da saída e lograr o propósito da regulación da velocidade. A finais da década de 1960, xurdiu unha variedade de motores paso a paso prácticos, e nos últimos 40 anos observouse un rápido desenvolvemento. Os motores paso a paso puideron combinarse con motores de corrente continua, motores asíncronos e motores síncronos, converténdose nun tipo básico de motor. Hai tres tipos de motores paso a paso: reactivo (tipo VR), imán permanente (tipo PM) e híbrido (tipo HB). O motor paso a paso híbrido combina as vantaxes das dúas primeiras formas de motor paso a paso. O motor paso a paso consta dun rotor (núcleo do rotor, imáns permanentes, eixe, rolamentos de bólas), un estator (enrolamento, núcleo do estator), tapas dianteiras e traseiras, etc. O motor paso a paso híbrido bifásico máis típico ten un estator con 8 dentes grandes, 40 dentes pequenos e un rotor con 50 dentes pequenos; un motor trifásico ten un estator con 9 dentes grandes, 45 dentes pequenos e un rotor con 50 dentes pequenos.
2. Principio de control
O/Amotor paso a pasonon se pode conectar directamente á fonte de alimentación nin pode recibir directamente sinais de pulso eléctrico, debe realizarse a través dunha interface especial: o controlador do motor paso a paso para interactuar coa fonte de alimentación e o controlador. O controlador do motor paso a paso xeralmente está composto por un distribuidor de anel e un circuíto amplificador de potencia. O divisor de anel recibe os sinais de control do controlador. Cada vez que se recibe un sinal de pulso, a saída do divisor de anel convértese unha vez, polo que a presenza ou ausencia e a frecuencia do sinal de pulso poden determinar se a velocidade do motor paso a paso é alta ou baixa, acelerando ou desacelerando para iniciar ou parar. O distribuidor de anel tamén debe monitorizar o sinal de dirección do controlador para determinar se as súas transicións de estado de saída están en orde positiva ou negativa e, polo tanto, determinar a dirección do motor paso a paso.
3. Parámetros principais
①Número de bloque: principalmente 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, etc.
②Número de fase: o número de bobinas dentro do motor paso a paso. O número de fase do motor paso a paso xeralmente ten dúas fases, tres fases e cinco fases. China usa principalmente motores paso a paso bifásicos, e os trifásicos tamén teñen algunhas aplicacións. Xapón usa con máis frecuencia motores paso a paso cinco fases.
③Ángulo de paso: correspondente a un sinal de pulso, o desprazamento angular da rotación do rotor do motor. A fórmula de cálculo do ángulo de paso do motor paso a paso é a seguinte
Ángulo de paso = 360° ÷ (2 mz)
m o número de fases dun motor paso a paso
Z é o número de dentes do rotor dun motor paso a paso.
Segundo a fórmula anterior, o ángulo de paso dos motores paso a paso bifásicos, trifásicos e penifásicos é de 1,8°, 1,2° e 0,72° respectivamente.
④ Par de retención: é o par do enrolamento do estator do motor a través da corrente nominal, pero o rotor non xira, o estator bloquea o rotor. O par de retención é o parámetro máis importante dos motores paso a paso e é a base principal para a selección do motor.
⑤ Par de posicionamento: é o par necesario para xirar o rotor con forza externa cando o motor non pasa corrente. O par é un dos indicadores de rendemento para avaliar o motor; no caso de que outros parámetros sexan os mesmos, canto menor sexa o par de posicionamento, menor será o "efecto ranura", máis beneficioso será para a suavidade do motor funcionando a baixa velocidade. Características de par-frecuencia: refírese principalmente ás características de frecuencia de par prolongado; o funcionamento estable do motor a unha determinada velocidade pode soportar o par máximo sen perder paso. A curva de momento-frecuencia utilízase para describir a relación entre o par máximo e a velocidade (frecuencia) sen perda de paso. A curva de par-frecuencia é un parámetro importante do motor paso a paso e é a base principal para a selección do motor.
⑥ Corrente nominal: a corrente de enrolamento do motor necesaria para manter o par nominal, o valor efectivo
4. Selección de puntos
En aplicacións industriais, o motor paso a paso pode alcanzar velocidades de ata 600 ~ 1500 rpm. Para unha velocidade máis alta, pódese considerar un accionamento de motor paso a paso en bucle pechado ou elixir un programa de servoaccionamento máis axeitado para a selección do motor paso a paso (véxase a figura a continuación).
(1) Escolla do ángulo do paso
Segundo o número de fases do motor, hai tres tipos de ángulo de paso: 1,8° (bifásico), 1,2° (trifásico) e 0,72° (pentifásico). Por suposto, o ángulo de paso de cinco fases ten a maior precisión, pero o seu motor e controlador son máis caros, polo que raramente se usa na China. Ademais, os controladores paso a paso convencionais agora usan a tecnoloxía de accionamento de subdivisión. Nas 4 subdivisións seguintes, a precisión do ángulo de paso de subdivisión aínda se pode garantir, polo que se se consideran só os indicadores de precisión do ángulo de paso, o motor paso a paso de cinco fases pode ser substituído por un motor paso a paso bifásico ou trifásico. Por exemplo, na aplicación dalgún tipo de cable para unha carga de parafuso de 5 mm, se se usa un motor paso a paso bifásico e o controlador está configurado en 4 subdivisións, o número de pulsos por revolución do motor é de 200 x 4 = 800, e o equivalente en pulsos é de 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, esta precisión pode cumprir a maioría dos requisitos da aplicación.
(2) Selección do par estático (par de mantemento)
Os mecanismos de transmisión de carga máis empregados inclúen correas síncronas, barras de filamento, piñón e cremalleira, etc. Os clientes primeiro calculan a carga da súa máquina (principalmente o par de aceleración máis o par de fricción) convertida no par de carga requirido no eixe do motor. Despois, segundo a velocidade máxima de funcionamento requirida polas flores eléctricas, os seguintes dous casos de uso diferentes para escoller o par de suxeición axeitado do motor paso a paso ① para a aplicación da velocidade do motor requirida de 300 pm ou menos: se a carga da máquina se converte no par de carga requirido do eixe do motor T1, entón este par de carga multiplícase por un factor de seguridade SF (xeralmente tomado como 1,5-2,0), é dicir, o par de suxeición do motor paso a paso requirido Tn ②2 para Para aplicacións que requiren unha velocidade do motor de 300 pm ou máis: configure a velocidade máxima Nmax, se a carga da máquina se converte no eixe do motor, o par de carga requirido é T1, entón este par de carga multiplícase por un factor de seguridade SF (xeralmente 2,5-3,5), o que dá o par de suxeición Tn. Consulta a Figura 4 e selecciona un modelo axeitado. Despois, usa a curva de momento-frecuencia para comprobar e comparar: na curva de momento-frecuencia, a velocidade máxima Nmax requirida polo usuario corresponde ao par máximo de paso perdido de T2, polo que o par máximo de paso perdido T2 debería ser máis dun 20 % maior que T1. En caso contrario, é necesario seleccionar un novo motor cun par maior e comprobar e comparar de novo segundo a curva de par-frecuencia do motor recentemente seleccionado.
(3) Canto maior sexa o número base do motor, maior será o par de suxeición.
(4) segundo a corrente nominal para seleccionar o controlador paso a paso correspondente.
Por exemplo, se a corrente nominal dun motor 57CM23 é de 5 A, entón se a corrente máxima admisible do variador coincide con 5 A (teña en conta que é o valor efectivo en lugar do pico); se non, se escolle unha corrente máxima de só 3 A para o variador, o par de saída máximo do motor só pode ser de aproximadamente o 60 %!
5, experiencia na aplicación
(1) problema de resonancia de baixa frecuencia do motor paso a paso
O accionamento de subdivisión é unha forma eficaz de reducir a resonancia de baixa frecuencia dos motores paso a paso. Por debaixo de 150 rpm, o accionamento de subdivisión é moi eficaz para reducir a vibración do motor. Teoricamente, canto maior sexa a subdivisión, mellor será o efecto na redución da vibración do motor paso a paso, pero a situación real é que a subdivisión aumenta a 8 ou 16 despois de que o efecto de mellora na redución da vibración do motor paso a paso alcance o extremo.
Nos últimos anos, listáronse tanto no país como no estranxeiro controladores paso a paso de resonancia antibaixa frecuencia, a serie de produtos DM e DM-S de Leisai, que empregan tecnoloxía de resonancia antibaixa frecuencia. Esta serie de controladores utiliza compensación harmónica, que mediante a compensación de adaptación de amplitude e fase pode reducir en gran medida a vibración de baixa frecuencia do motor paso a paso, conseguindo un funcionamento do motor con baixas vibracións e baixo ruído.
(2) O impacto da subdivisión do motor paso a paso na precisión do posicionamento
O circuíto de accionamento de subdivisión do motor paso a paso non só pode mellorar a suavidade do movemento do dispositivo, senón que tamén pode mellorar eficazmente a precisión do posicionamento do equipo. As probas mostran que: na plataforma de movemento de accionamento por correa síncrona, subdivisión do motor paso a paso 4, o motor pódese posicionar con precisión en cada paso.
Data de publicación: 11 de xuño de 2023