Como actuador,motor paso a pasoé un dos produtos clave da mecatrónica, que se emprega amplamente en diversos sistemas de control de automatización. Co desenvolvemento da microelectrónica e da tecnoloxía informática, a demanda de motores paso a paso aumenta día a día e utilízanse en diversos campos económicos nacionais.
01 Que é un/unhamotor paso a paso
Un motor paso a paso é un dispositivo electromecánico que converte directamente os pulsos eléctricos en movemento mecánico. Ao controlar a secuencia, a frecuencia e o número de pulsos eléctricos aplicados á bobina do motor, pódense controlar a dirección, a velocidade e o ángulo de rotación do motor paso a paso. Sen o uso dun sistema de control de retroalimentación en bucle pechado con detección de posición, pódese conseguir un control preciso da posición e da velocidade mediante un sistema de control en bucle aberto sinxelo e de baixo custo composto por un motor paso a paso e o seu controlador asociado.
02 motor paso a pasoestrutura básica e principio de funcionamento
Estrutura básica:
Principio de funcionamento: o controlador do motor paso a paso segundo o pulso de control externo e o sinal de dirección, a través do seu circuíto lóxico interno, controla os enrolamentos do motor paso a paso nunha determinada secuencia de temporización para que se alimente cara adiante ou cara atrás, de xeito que o motor xire cara adiante/cara atrás ou se bloquee.
Tomemos como exemplo un motor paso a paso bifásico de 1,8 graos: cando ambos os enrolamentos están energizados e excitados, o eixe de saída do motor estará estacionario e bloqueado na súa posición. O par máximo que manterá o motor bloqueado na corrente nominal é o par de retención. Se a corrente nun dos enrolamentos se redirixe, o motor xirará un paso (1,8 graos) nunha dirección determinada.
Do mesmo xeito, se a corrente no outro enrolamento cambia de dirección, o motor xirará un paso (1,8 graos) na dirección oposta ao anterior. Cando as correntes a través dos enrolamentos da bobina se redirixen secuencialmente á excitación, o motor xirará nun paso continuo na dirección dada cunha precisión moi alta. Para 1,8 graos dun motor paso a paso bifásico, a rotación dunha semana require 200 pasos.
Os motores paso a paso bifásicos teñen dous tipos de enrolamentos: bipolares e unipolares. Os motores bipolares teñen só unha bobina de enrolamento por fase, o motor rota continuamente a corrente na mesma bobina para ter unha excitación secuencial variable, o deseño do circuíto de accionamento require oito interruptores electrónicos para a conmutación secuencial.
Os motores unipolares teñen dúas bobinas de polaridade oposta en cada fase, e o motor
xira continuamente energizando alternativamente as dúas bobinas da mesma fase.
O circuíto de accionamento está deseñado para requirir só catro interruptores electrónicos. No circuíto bipolar
modo de accionamento, o par de saída do motor aumenta aproximadamente un 40 % en comparación co
modo de accionamento unipolar porque as bobinas de cada fase están excitadas ao 100 %.
03, Carga do motor paso a paso
A. Carga de momento (Tf)
Tf = G * r
G: Peso da carga
r: raio
B. Carga de inercia (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (kg * cm)
M: Masa da carga
R1: Radio do anel exterior
R2: Radio do anel interior
dω/dt: Aceleración angular
04, curva de velocidade-par do motor paso a paso
A curva de velocidade-par é unha expresión importante das características de saída dun motor paso a paso.
motores.
A. Punto de frecuencia de funcionamento do motor paso a paso
O valor da velocidade do motor paso a paso nun determinado punto.
n = q * Hz / (360 * D)
n: rev/seg
Hz: Valor de frecuencia
D: Valor de interpolación do circuíto de accionamento
q: ángulo de paso do motor paso a paso
Por exemplo, un motor paso a paso cun ángulo de paso de 1,8°, cun accionamento de interpolación de 1/2(é dicir, 0,9° por paso), ten unha velocidade de 1,25 r/s a unha frecuencia de funcionamento de 500 Hz.
B. Área de autoarranque do motor paso a paso
A área onde o motor paso a paso pode ser arrancado e parado directamente.
C. Área de funcionamento continuo
Nesta área, o motor paso a paso non se pode arrincar nin parar directamente. Os motores paso a paso enesta área debe pasar primeiro pola área de autoarranque e despois acelerar para alcanzar aárea de funcionamento. Do mesmo xeito, o motor paso a paso nesta área non se pode frear directamente,se non, é doado que o motor paso a paso se desfaga, primeiro debe desacelerarse paraa zona de autoarranque e despois freou.
D. Frecuencia máxima de arranque do motor paso a paso
Estado do motor sen carga, para garantir que o motor paso a paso non perda o funcionamento paso a paso dofrecuencia máxima de pulso.
E. Frecuencia máxima de funcionamento do motor paso a paso
A frecuencia máxima de pulso á que o motor se excita para funcionar sen perder un pasosen carga.
F. Par de arranque do motor paso a paso / par de entrada
Para cumprir co motor paso a paso nunha determinada frecuencia de pulso para arrincar e comezar a funcionar, senperdendo pasos do par máximo de carga.
G. Par de funcionamento/par de entrada do motor paso a paso
O par de carga máximo que satisfai o funcionamento estable do motor paso a paso acerta frecuencia de pulso sen perda de paso.
05 Control de movemento de aceleración/desaceleración do motor paso a paso
Cando o punto de frecuencia de funcionamento do motor paso a paso na curva de velocidade-par de continuorexión de funcionamento, como acurtar a aceleración ou desaceleración de arranque ou parada do motortempo, de xeito que o motor funcione máis tempo no mellor estado de velocidade, aumentando así oO tempo de funcionamento efectivo do motor é moi crítico.
Como se mostra na figura seguinte, a curva característica de par dinámico dun motor paso a paso éunha liña recta horizontal a baixa velocidade; a alta velocidade, a curva diminúe exponencialmentedebido á influencia da inductancia.
Sabemos que a carga do motor paso a paso é TL, supoñamos que queremos acelerar de F0 a F1 eno tempo máis curto (tr), como calcular o tempo máis curto tr?
(1) Normalmente, 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. Aceleración exponencial en condicións de alta velocidade
(1) Normalmente
TJ0 = 70 % de Tm0
TJ1 = 70 % de Tm1
TL = 60 % Tm1
(2)
tr = F4 * En [(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)
Notas.
J indica a inercia de rotación do rotor do motor baixo carga.
q é o ángulo de rotación de cada paso, que é o ángulo de paso do motor paso a paso no
caso de toda a unidade.
Na operación de desaceleración, só tes que invertir a frecuencia de pulso de aceleración anterior.
calculado.
06 Vibración e ruído do motor paso a paso
En xeral, o motor paso a paso en funcionamento sen carga, cando a frecuencia de funcionamento do motoré próxima ou igual á frecuencia inherente do rotor do motor, resonará, grave seráprodúcese o fenómeno do desfase.
Varias solucións para a resonancia:
A. Evitar a zona de vibración: para que a frecuencia de funcionamento do motor non estea dentroo rango de vibración
B. Adoptar o modo de accionamento de subdivisión: usar o modo de accionamento de micropasos para reducir a vibración mediante
subdividindo o paso orixinal en varios pasos para aumentar a resolución de cada un
paso do motor. Isto pódese conseguir axustando a relación fase-corrente do motor.
Os micropasos non aumentan a precisión do ángulo do paso, pero fan que o motor funcione máis
suavemente e con menos ruído. O par é xeralmente un 15 % menor para o funcionamento a medio paso
que para o funcionamento en paso completo e un 30 % menos para o control de corrente de onda sinusoidal.
Data de publicación: 09 de novembro de 2022