Βηματικοί κινητήρεςΜπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο της ταχύτητας και τον έλεγχο της θέσης χωρίς τη χρήση συσκευών ανάδρασης (δηλαδή, έλεγχος ανοιχτού βρόχου), επομένως αυτή η λύση κίνησης είναι οικονομική και αξιόπιστη. Στον εξοπλισμό αυτοματισμού, τα όργανα, η βηματική κίνηση έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως. Αλλά πολλοί χρήστες τεχνικού προσωπικού σχετικά με το πώς να επιλέξουν τον κατάλληλο βηματικό κινητήρα, πώς να κάνουν την καλύτερη απόδοση της βηματικής κίνησης ή έχουν περισσότερες ερωτήσεις. Αυτή η εργασία συζητά την επιλογή των βηματικών κινητήρων, εστιάζοντας στην εφαρμογή κάποιας εμπειρίας μηχανικής βηματικών κινητήρων, ελπίζω ότι η διάδοση των βηματικών κινητήρων στον εξοπλισμό αυτοματισμού θα παίξει κάποιο ρόλο στην αναφορά.
1. Εισαγωγή στοβηματικός κινητήρας
Ο βηματικός κινητήρας είναι επίσης γνωστός ως παλμικός κινητήρας ή βηματικός κινητήρας. Προχωρά κατά μια ορισμένη γωνία κάθε φορά που αλλάζει η κατάσταση διέγερσης σύμφωνα με το σήμα παλμού εισόδου και παραμένει ακίνητος σε μια ορισμένη θέση όταν η κατάσταση διέγερσης παραμένει αμετάβλητη. Αυτό επιτρέπει στον βηματικό κινητήρα να μετατρέψει το σήμα παλμού εισόδου σε μια αντίστοιχη γωνιακή μετατόπιση για την έξοδο. Ελέγχοντας τον αριθμό των παλμών εισόδου, μπορείτε να προσδιορίσετε με ακρίβεια τη γωνιακή μετατόπιση της εξόδου, προκειμένου να επιτύχετε την καλύτερη τοποθέτηση. Και ελέγχοντας τη συχνότητα των παλμών εισόδου, μπορείτε να ελέγξετε με ακρίβεια τη γωνιακή ταχύτητα της εξόδου και να επιτύχετε τον σκοπό της ρύθμισης της ταχύτητας. Στα τέλη της δεκαετίας του 1960, δημιουργήθηκε μια ποικιλία πρακτικών βηματικών κινητήρων και τα τελευταία 40 χρόνια έχουν δει ραγδαία ανάπτυξη. Οι βηματικοί κινητήρες έχουν καταφέρει να συγκριθούν με κινητήρες συνεχούς ρεύματος, ασύγχρονους κινητήρες, καθώς και σύγχρονους κινητήρες, καθιστώντας τους έναν βασικό τύπο κινητήρα. Υπάρχουν τρεις τύποι βηματικών κινητήρων: αντιδραστικός (τύπος VR), μόνιμος μαγνήτης (τύπος PM) και υβριδικός (τύπος HB). Ο υβριδικός βηματικός κινητήρας συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των δύο πρώτων μορφών βηματικού κινητήρα. Ο βηματικός κινητήρας αποτελείται από έναν ρότορα (πυρήνας ρότορα, μόνιμους μαγνήτες, άξονα, ρουλεμάν), έναν στάτορα (περιέλιξη, πυρήνας στάτορα), μπροστινά και πίσω καπάκια κ.λπ. Ο πιο τυπικός διφασικός υβριδικός βηματικός κινητήρας έχει έναν στάτορα με 8 μεγάλα δόντια, 40 μικρά δόντια και έναν ρότορα με 50 μικρά δόντια. Ένας τριφασικός κινητήρας έχει έναν στάτορα με 9 μεγάλα δόντια, 45 μικρά δόντια και έναν ρότορα με 50 μικρά δόντια.
2, Αρχή ελέγχου
Οβηματικός κινητήραςΔεν μπορεί να συνδεθεί απευθείας στην παροχή ρεύματος, ούτε μπορεί να λάβει απευθείας ηλεκτρικά σήματα παλμών, πρέπει να υλοποιηθεί μέσω μιας ειδικής διεπαφής - του οδηγού του βηματικού κινητήρα για να αλληλεπιδράσει με την παροχή ρεύματος και τον ελεγκτή. Ο οδηγός του βηματικού κινητήρα αποτελείται γενικά από έναν διανομέα δακτυλίου και ένα κύκλωμα ενισχυτή ισχύος. Ο διαιρέτης δακτυλίου λαμβάνει τα σήματα ελέγχου από τον ελεγκτή. Κάθε φορά που λαμβάνεται ένα σήμα παλμού, η έξοδος του διαιρέτη δακτυλίου μετατρέπεται μία φορά, έτσι ώστε η παρουσία ή η απουσία και η συχνότητα του σήματος παλμού να μπορούν να καθορίσουν εάν η ταχύτητα του βηματικού κινητήρα είναι υψηλή ή χαμηλή, επιταχύνοντας ή επιβραδύνοντας για εκκίνηση ή διακοπή. Ο διανομέας δακτυλίου πρέπει επίσης να παρακολουθεί το σήμα κατεύθυνσης από τον ελεγκτή για να προσδιορίσει εάν οι μεταβάσεις κατάστασης εξόδου του είναι σε θετική ή αρνητική σειρά και, επομένως, να καθορίσει το τιμόνι του βηματικού κινητήρα.
3, Κύριες παράμετροι
① Αριθμός μπλοκ: κυρίως 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, κ.λπ.
②Αριθμός φάσης: ο αριθμός των πηνίων μέσα στον βηματικό κινητήρα, ο αριθμός φάσης του βηματικού κινητήρα έχει γενικά διφασικό, τριφασικό, πενταφασικό. Η Κίνα χρησιμοποιεί κυρίως διφασικούς βηματικούς κινητήρες, ενώ ο τριφασικός έχει επίσης κάποιες εφαρμογές. Η Ιαπωνία χρησιμοποιεί συχνότερα πενταφασικούς βηματικούς κινητήρες.
③Γωνία βήματος: που αντιστοιχεί σε ένα σήμα παλμού, η γωνιακή μετατόπιση της περιστροφής του ρότορα του κινητήρα. Ο τύπος υπολογισμού της γωνίας βήματος του βηματικού κινητήρα έχει ως εξής:
Γωνία βήματος = 360° ÷ (2mz)
m ο αριθμός των φάσεων ενός βηματικού κινητήρα
Z ο αριθμός των δοντιών του ρότορα ενός βηματικού κινητήρα.
Σύμφωνα με τον παραπάνω τύπο, η γωνία βήματος των διφασικών, τριφασικών και πενταφασικών βηματικών κινητήρων είναι 1,8°, 1,2° και 0,72° αντίστοιχα.
④ Ροπή συγκράτησης: είναι η ροπή της περιέλιξης του στάτη του κινητήρα μέσω του ονομαστικού ρεύματος, αλλά ο ρότορας δεν περιστρέφεται, ο στάτορας κλειδώνει τον ρότορα. Η ροπή συγκράτησης είναι η πιο σημαντική παράμετρος των βηματικών κινητήρων και αποτελεί την κύρια βάση για την επιλογή του κινητήρα.
⑤ Ροπή τοποθέτησης: είναι η ροπή που απαιτείται για να περιστραφεί ο ρότορας με εξωτερική δύναμη όταν ο κινητήρας δεν διέρχεται ρεύμα. Η ροπή είναι ένας από τους δείκτες απόδοσης για την αξιολόγηση του κινητήρα. Στην περίπτωση που οι άλλες παράμετροι είναι ίδιες, όσο μικρότερη είναι η ροπή τοποθέτησης, σημαίνει ότι το "φαινόμενο σχισμής" είναι μικρότερο, τόσο πιο ευεργετικό για την ομαλότητα της λειτουργίας του κινητήρα σε χαμηλή ταχύτητα. Χαρακτηριστικά συχνότητας ροπής: αναφέρεται κυρίως στα χαρακτηριστικά συχνότητας ροπής που έχουν τραβηχτεί, η σταθερή λειτουργία του κινητήρα σε μια συγκεκριμένη ταχύτητα μπορεί να αντέξει τη μέγιστη ροπή χωρίς απώλεια βήματος. Η καμπύλη ροπής-συχνότητας χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη σχέση μεταξύ της μέγιστης ροπής και της ταχύτητας (συχνότητας) χωρίς απώλεια βήματος. Η καμπύλη συχνότητας ροπής είναι μια σημαντική παράμετρος του βηματικού κινητήρα και αποτελεί την κύρια βάση για την επιλογή του κινητήρα.
⑥ Ονομαστικό ρεύμα: το ρεύμα περιέλιξης του κινητήρα που απαιτείται για τη διατήρηση της ονομαστικής ροπής, η πραγματική τιμή
4. Επιλογή σημείων
Οι βιομηχανικές εφαρμογές που χρησιμοποιούνται στον βηματικό κινητήρα επιταχύνουν έως και 600 ~ 1500 στροφές/λεπτό, για υψηλότερες ταχύτητες, μπορείτε να εξετάσετε την κίνηση του βηματικού κινητήρα κλειστού βρόχου ή να επιλέξετε ένα πιο κατάλληλο πρόγραμμα σερβοκίνησης για τα βήματα επιλογής του βηματικού κινητήρα (δείτε το παρακάτω σχήμα).
(1) Επιλογή γωνίας βήματος
Ανάλογα με τον αριθμό των φάσεων του κινητήρα, υπάρχουν τρία είδη γωνίας βήματος: 1,8° (διφασικός), 1,2° (τριφασικός), 0,72° (πενταφασικός). Φυσικά, η πενταφασική γωνία βήματος έχει την υψηλότερη ακρίβεια, αλλά ο κινητήρας και ο οδηγός του είναι πιο ακριβοί, επομένως σπάνια χρησιμοποιούνται στην Κίνα. Επιπλέον, οι κύριοι οδηγοί βηματικών μηχανισμών χρησιμοποιούν πλέον τεχνολογία υποδιαίρεσης κίνησης. Στις 4 υποδιαιρέσεις παρακάτω, η ακρίβεια της γωνίας βήματος υποδιαίρεσης μπορεί να εξακολουθήσει να είναι εγγυημένη, επομένως αν ληφθούν υπόψη μόνο οι δείκτες ακρίβειας της γωνίας βήματος, ο πενταφασικός βηματικός κινητήρας μπορεί να αντικατασταθεί από διφασικό ή τριφασικό βηματικό κινητήρα. Για παράδειγμα, στην εφαρμογή κάποιου είδους καλωδίου για φορτίο κοχλία 5 mm, εάν χρησιμοποιείται ένας διφασικός βηματικός κινητήρας και ο οδηγός έχει ρυθμιστεί σε 4 υποδιαιρέσεις, ο αριθμός των παλμών ανά περιστροφή του κινητήρα είναι 200 x 4 = 800 και το ισοδύναμο παλμού είναι 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, αυτή η ακρίβεια μπορεί να καλύψει τις περισσότερες από τις απαιτήσεις της εφαρμογής.
(2) Επιλογή στατικής ροπής (ροπή συγκράτησης)
Οι μηχανισμοί μετάδοσης φορτίου που χρησιμοποιούνται συνήθως περιλαμβάνουν σύγχρονους ιμάντες, ράβδους νήματος, οδοντωτή ράγα και πινιόν, κ.λπ. Οι πελάτες πρώτα υπολογίζουν το φορτίο της μηχανής τους (κυρίως ροπή επιτάχυνσης συν ροπή τριβής) που μετατρέπεται στην απαιτούμενη ροπή φορτίου στον άξονα του κινητήρα. Στη συνέχεια, σύμφωνα με τη μέγιστη ταχύτητα λειτουργίας που απαιτείται από τα ηλεκτρικά άνθη, οι ακόλουθες δύο διαφορετικές περιπτώσεις χρήσης για να επιλέξουν την κατάλληλη ροπή συγκράτησης του βηματικού κινητήρα ① για την εφαρμογή της απαιτούμενης ταχύτητας κινητήρα 300pm ή λιγότερο: εάν το φορτίο της μηχανής μετατρέπεται στον άξονα του κινητήρα στην απαιτούμενη ροπή φορτίου T1, τότε αυτή η ροπή φορτίου πολλαπλασιάζεται με έναν συντελεστή ασφαλείας SF (γενικά λαμβάνεται ως 1,5-2,0), δηλαδή, την απαιτούμενη ροπή συγκράτησης του βηματικού κινητήρα Tn ②2 για. Για εφαρμογές που απαιτούν ταχύτητα κινητήρα 300pm ή περισσότερο: ορίστε τη μέγιστη ταχύτητα Nmax, εάν το φορτίο της μηχανής μετατρέπεται στον άξονα του κινητήρα, η απαιτούμενη ροπή φορτίου είναι T1, τότε αυτή η ροπή φορτίου πολλαπλασιάζεται με έναν συντελεστή ασφαλείας SF (συνήθως 2,5-3,5), ο οποίος δίνει τη ροπή συγκράτησης Tn. Ανατρέξτε στο Σχήμα 4 και επιλέξτε ένα κατάλληλο μοντέλο. Στη συνέχεια, χρησιμοποιήστε την καμπύλη ροπής-συχνότητας για έλεγχο και σύγκριση: στην καμπύλη ροπής-συχνότητας, η μέγιστη ταχύτητα Nmax που απαιτείται από τον χρήστη αντιστοιχεί στη μέγιστη χαμένη ροπή βήματος T2, τότε η μέγιστη χαμένη ροπή βήματος T2 θα πρέπει να είναι περισσότερο από 20% μεγαλύτερη από την T1. Διαφορετικά, είναι απαραίτητο να επιλέξετε έναν νέο κινητήρα με μεγαλύτερη ροπή και να ελέγξετε και να συγκρίνετε ξανά σύμφωνα με την καμπύλη συχνότητας ροπής του νεοεπιλεγμένου κινητήρα.
(3) Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός βάσης του κινητήρα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ροπή συγκράτησης.
(4) ανάλογα με το ονομαστικό ρεύμα για να επιλέξετε τον αντίστοιχο βηματικό οδηγό.
Για παράδειγμα, το ονομαστικό ρεύμα ενός κινητήρα 57CM23 είναι 5A, τότε αντιστοιχίζετε το μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα του μετατροπέα συχνότητας μεγαλύτερο από 5A (λάβετε υπόψη ότι πρόκειται για την ενεργό τιμή και όχι για την κορυφή), διαφορετικά, εάν επιλέξετε μέγιστο ρεύμα μόνο 3A, η μέγιστη ροπή εξόδου του κινητήρα μπορεί να είναι μόνο περίπου 60%!
5, εμπειρία εφαρμογής
(1) πρόβλημα συντονισμού χαμηλής συχνότητας βηματικού κινητήρα
Η υποδιαίρεση της βηματικής κίνησης είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για τη μείωση του συντονισμού χαμηλής συχνότητας των βηματικών κινητήρων. Κάτω από 150 σ.α.λ., η υποδιαίρεση της κίνησης είναι πολύ αποτελεσματική στη μείωση των κραδασμών του κινητήρα. Θεωρητικά, όσο μεγαλύτερη είναι η υποδιαίρεση, τόσο καλύτερη είναι η επίδραση στη μείωση των κραδασμών του βηματικού κινητήρα, αλλά η πραγματική κατάσταση είναι ότι η υποδιαίρεση αυξάνεται σε 8 ή 16 αφού η επίδραση βελτίωσης στη μείωση των κραδασμών του βηματικού κινητήρα φτάσει στο μέγιστο.
Τα τελευταία χρόνια, υπάρχουν στην αγορά τόσο στην εγχώρια αγορά όσο και στο εξωτερικό βηματικοί οδηγοί αντι-χαμηλής συχνότητας συντονισμού, η σειρά προϊόντων DM, DM-S της Leisai, με τεχνολογία αντι-χαμηλής συχνότητας συντονισμού. Αυτή η σειρά οδηγών χρησιμοποιεί αρμονική αντιστάθμιση, μέσω της αντιστάθμισης αντιστοίχισης πλάτους και φάσης, μπορεί να μειώσει σημαντικά τους κραδασμούς χαμηλής συχνότητας του βηματικού κινητήρα, επιτυγχάνοντας χαμηλή δόνηση και λειτουργία χαμηλού θορύβου του κινητήρα.
(2) Η επίδραση της υποδιαίρεσης του βηματικού κινητήρα στην ακρίβεια τοποθέτησης
Το κύκλωμα κίνησης υποδιαίρεσης βηματικού κινητήρα δεν μπορεί μόνο να βελτιώσει την ομαλότητα της κίνησης της συσκευής, αλλά μπορεί επίσης να βελτιώσει αποτελεσματικά την ακρίβεια τοποθέτησης του εξοπλισμού. Οι δοκιμές δείχνουν ότι: Στην πλατφόρμα σύγχρονης κίνησης ιμάντα, υποδιαίρεσης βηματικού κινητήρα 4, ο κινητήρας μπορεί να τοποθετηθεί με ακρίβεια σε κάθε βήμα.
Ώρα δημοσίευσης: 11 Ιουνίου 2023