Ως ενεργοποιητής,βηματικός κινητήραςείναι ένα από τα βασικά προϊόντα της μηχατρονικής, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορα συστήματα αυτοματισμού ελέγχου. Με την ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής και της τεχνολογίας υπολογιστών, η ζήτηση για βηματικούς κινητήρες αυξάνεται μέρα με τη μέρα και χρησιμοποιούνται σε διάφορους εθνικούς οικονομικούς τομείς.
01 Τι είναι έναβηματικός κινητήρας
Ο βηματικός κινητήρας είναι μια ηλεκτρομηχανική συσκευή που μετατρέπει απευθείας τους ηλεκτρικούς παλμούς σε μηχανική κίνηση. Ελέγχοντας την ακολουθία, τη συχνότητα και τον αριθμό των ηλεκτρικών παλμών που εφαρμόζονται στο πηνίο του κινητήρα, μπορεί να ελεγχθεί το τιμόνι, η ταχύτητα και η γωνία περιστροφής του βηματικού κινητήρα. Χωρίς τη χρήση συστήματος ελέγχου ανάδρασης κλειστού βρόχου με ανίχνευση θέσης, ο ακριβής έλεγχος θέσης και ταχύτητας μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας ένα απλό, χαμηλού κόστους σύστημα ελέγχου ανοιχτού βρόχου που αποτελείται από έναν βηματικό κινητήρα και τον συνοδευτικό οδηγό του.
02 βηματικός κινητήραςβασική δομή και αρχή λειτουργίας
Βασική δομή:
Αρχή λειτουργίας: ο οδηγός του βηματικού κινητήρα, σύμφωνα με τον εξωτερικό παλμό ελέγχου και το σήμα κατεύθυνσης, μέσω του εσωτερικού λογικού κυκλώματος, ελέγχει τις περιελίξεις του βηματικού κινητήρα σε μια συγκεκριμένη χρονική ακολουθία προς τα εμπρός ή προς τα πίσω, έτσι ώστε ο κινητήρας να περιστρέφεται προς τα εμπρός/προς τα πίσω ή να κλειδώνει.
Πάρτε για παράδειγμα έναν διφασικό βηματικό κινητήρα 1,8 μοιρών: όταν και οι δύο περιελίξεις ενεργοποιούνται και διεγείρονται, ο άξονας εξόδου του κινητήρα θα είναι ακίνητος και ασφαλισμένος στη θέση του. Η μέγιστη ροπή που θα κρατήσει τον κινητήρα κλειδωμένο στο ονομαστικό ρεύμα είναι η ροπή συγκράτησης. Εάν το ρεύμα σε μία από τις περιελίξεις ανακατευθυνθεί, ο κινητήρας θα περιστραφεί κατά ένα βήμα (1,8 μοίρες) σε μια δεδομένη κατεύθυνση.
Ομοίως, εάν το ρεύμα στο άλλο τύλιγμα αλλάξει κατεύθυνση, ο κινητήρας θα περιστραφεί κατά ένα βήμα (1,8 μοίρες) προς την αντίθετη κατεύθυνση από το πρώτο. Όταν τα ρεύματα που διαπερνούν τις περιελίξεις του πηνίου ανακατευθύνονται διαδοχικά σε διέγερση, ο κινητήρας θα περιστρέφεται σε ένα συνεχές βήμα προς τη δεδομένη κατεύθυνση με πολύ υψηλή ακρίβεια. Για 1,8 μοίρες διφασικού βηματικού κινητήρα, η περιστροφή μιας εβδομάδας διαρκεί 200 βήματα.
Οι διφασικοί βηματικοί κινητήρες έχουν δύο τύπους περιελίξεων: διπολικούς και μονοπολικούς. Οι διπολικοί κινητήρες έχουν μόνο ένα πηνίο περιέλιξης ανά φάση, ο κινητήρας περιστρέφεται συνεχώς στο ίδιο πηνίο για να μεταβάλλει διαδοχικά το ρεύμα διέγερσης. Ο σχεδιασμός του κυκλώματος κίνησης απαιτεί οκτώ ηλεκτρονικούς διακόπτες για διαδοχική μεταγωγή.
Οι μονοπολικοί κινητήρες έχουν δύο πηνία περιέλιξης αντίθετης πολικότητας σε κάθε φάση και ο κινητήρας
περιστρέφεται συνεχώς ενεργοποιώντας εναλλάξ τα δύο πηνία περιέλιξης στην ίδια φάση.
Το κύκλωμα οδήγησης έχει σχεδιαστεί ώστε να απαιτεί μόνο τέσσερις ηλεκτρονικούς διακόπτες. Στο διπολικό
λειτουργία οδήγησης, η ροπή εξόδου του κινητήρα αυξάνεται κατά περίπου 40% σε σύγκριση με την
μονοπολική λειτουργία οδήγησης επειδή τα πηνία περιέλιξης κάθε φάσης είναι 100% διεγερμένα.
03, Φορτίο βηματικού κινητήρα
Α. Ροπή φορτίου (Tf)
Tf = G * r
G: Βάρος φορτίου
r: ακτίνα
Β. Φορτίο αδράνειας (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Μάζα φορτίου
R1: Ακτίνα εξωτερικού δακτυλίου
R2: Ακτίνα του εσωτερικού δακτυλίου
dω/dt: Γωνιακή επιτάχυνση
04, καμπύλη ταχύτητας-ροπής βηματικού κινητήρα
Η καμπύλη ταχύτητας-ροπής είναι μια σημαντική έκφραση των χαρακτηριστικών εξόδου του βηματικού
κινητήρες.
A. Σημείο συχνότητας λειτουργίας βηματικού κινητήρα
Η τιμή ταχύτητας του βηματικού κινητήρα σε ένα συγκεκριμένο σημείο.
n = q * Hz / (360 * D)
n: αναθ./δευτ.
Hz: Τιμή συχνότητας
D: Τιμή παρεμβολής κυκλώματος οδήγησης
q: γωνία βήματος βηματικού κινητήρα
Για παράδειγμα, ένας βηματικός κινητήρας με γωνία κλίσης 1,8°, με κίνηση παρεμβολής 1/2(δηλαδή, 0,9° ανά βήμα), έχει ταχύτητα 1,25 r/s σε συχνότητα λειτουργίας 500 Hz.
Β. Περιοχή αυτόματης εκκίνησης βηματικού κινητήρα
Η περιοχή όπου μπορεί να ξεκινήσει και να σταματήσει απευθείας ο βηματικός κινητήρας.
Γ. Περιοχή συνεχούς λειτουργίας
Σε αυτήν την περιοχή, ο βηματικός κινητήρας δεν μπορεί να ξεκινήσει ή να σταματήσει απευθείας. Βηματικοί κινητήρες σεαυτή η περιοχή πρέπει πρώτα να περάσει από την περιοχή αυτόματης εκκίνησης και στη συνέχεια να επιταχυνθεί για να φτάσει στοπεριοχή λειτουργίας. Ομοίως, ο βηματικός κινητήρας σε αυτήν την περιοχή δεν μπορεί να φρενάρει απευθείας,διαφορετικά είναι εύκολο να προκληθεί βλάβη στον βηματικό κινητήρα, πρέπει πρώτα να επιβραδυνθεί για νατην περιοχή αυτόματης εκκίνησης και στη συνέχεια φρενάρετε.
Δ. Μέγιστη συχνότητα εκκίνησης βηματικού κινητήρα
Κατάσταση κινητήρα χωρίς φορτίο, για να διασφαλιστεί ότι ο βηματικός κινητήρας δεν θα χάσει τη βηματική λειτουργία τουμέγιστη συχνότητα παλμών.
Ε. Μέγιστη συχνότητα λειτουργίας βηματικού κινητήρα
Η μέγιστη συχνότητα παλμού στην οποία ο κινητήρας διεγείρεται για να λειτουργήσει χωρίς να χάσει βήμαχωρίς φορτίο.
ΣΤ. Ροπή εκκίνησης βηματικού κινητήρα / ροπή έλξης
Για να συναντήσετε τον βηματικό κινητήρα σε μια συγκεκριμένη συχνότητα παλμού για να ξεκινήσετε και να ξεκινήσετε να λειτουργεί, χωρίςχάνοντας βήματα της μέγιστης ροπής φορτίου.
Ζ. Ροπή λειτουργίας βηματικού κινητήρα/ροπή εισροής
Η μέγιστη ροπή φορτίου που ικανοποιεί τη σταθερή λειτουργία του βηματικού κινητήρα σεσυγκεκριμένη συχνότητα παλμού χωρίς απώλεια βήματος.
05 Έλεγχος κίνησης επιτάχυνσης/επιβράδυνσης με βηματικό κινητήρα
Όταν το σημείο συχνότητας λειτουργίας του βηματικού κινητήρα βρίσκεται στην καμπύλη ταχύτητας-ροπής συνεχούςπεριοχή λειτουργίας, πώς να μειώσετε την επιτάχυνση ή την επιβράδυνση εκκίνησης ή διακοπής του κινητήραχρόνο, έτσι ώστε ο κινητήρας να λειτουργεί περισσότερο στην καλύτερη κατάσταση ταχύτητας, αυξάνοντας έτσι τηνΟ αποτελεσματικός χρόνος λειτουργίας του κινητήρα είναι πολύ κρίσιμος.
Όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, η δυναμική χαρακτηριστική καμπύλη ροπής του βηματικού κινητήρα είναιμια οριζόντια ευθεία γραμμή σε χαμηλή ταχύτητα· σε υψηλή ταχύτητα, η καμπύλη μειώνεται εκθετικάλόγω της επίδρασης της επαγωγής.
Γνωρίζουμε ότι το φορτίο του βηματικού κινητήρα είναι TL, ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να επιταχύνουμε από F0 σε F1 σεο συντομότερος χρόνος (tr), πώς να υπολογίσω τον συντομότερο χρόνο tr;
(1) Κανονικά, TJ = 70% Tm
(2) tr = 1,8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ-TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
Β. Εκθετική επιτάχυνση σε συνθήκες υψηλής ταχύτητας
(1) Κανονικά
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * In [(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)
Σημειώσεις.
Το J υποδεικνύει την περιστροφική αδράνεια του ρότορα του κινητήρα υπό φορτίο.
q είναι η γωνία περιστροφής κάθε βήματος, η οποία είναι η γωνία βήματος του βηματικού κινητήρα στο
περίπτωση ολόκληρου του δίσκου.
Στη λειτουργία επιβράδυνσης, μπορείτε απλώς να αντιστρέψετε την παραπάνω συχνότητα παλμού επιτάχυνσης.
υπολογισμένο.
06 Δόνηση και θόρυβος βηματικού κινητήρα
Γενικά, ο βηματικός κινητήρας σε λειτουργία χωρίς φορτίο, όταν η συχνότητα λειτουργίας του κινητήραείναι κοντά ή ίση με την εγγενή συχνότητα του ρότορα του κινητήρα θα συντονιστεί, σοβαρή θαεμφανίζεται ένα φαινόμενο εκτός βήματος.
Αρκετές λύσεις για συντονισμό:
Α. Αποφύγετε τη ζώνη κραδασμών: έτσι ώστε η συχνότητα λειτουργίας του κινητήρα να μην εμπίπτει εντόςτο εύρος κραδασμών
Β. Υιοθετήστε τη λειτουργία υποδιαίρεσης κίνησης: Χρησιμοποιήστε τη λειτουργία μικρο-βημάτων για να μειώσετε τους κραδασμούς με
υποδιαιρώντας το αρχικό βήμα σε πολλά βήματα για να αυξηθεί η ανάλυση του καθενός
βήμα κινητήρα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί ρυθμίζοντας την αναλογία φάσης προς ρεύμα του κινητήρα.
Η μικροβηματική ρύθμιση δεν αυξάνει την ακρίβεια της γωνίας βήματος, αλλά κάνει τον κινητήρα να λειτουργεί περισσότερο.
ομαλά και με λιγότερο θόρυβο. Η ροπή είναι γενικά 15% χαμηλότερη για λειτουργία μισού βήματος
από ό,τι για λειτουργία πλήρους βήματος και 30% χαμηλότερο για έλεγχο ρεύματος ημιτονοειδούς κύματος.
Ώρα δημοσίευσης: 09 Νοεμβρίου 2022