Pemilihan motor stepper dalam peralatan otomasi

Motor stepperdapat digunakan untuk kontrol kecepatan dan kontrol posisi tanpa menggunakan perangkat umpan balik (yaitu kontrol loop terbuka), sehingga solusi penggerak ini ekonomis dan andal. Dalam peralatan otomasi, instrumen, penggerak stepper telah digunakan secara luas. Namun banyak pengguna tenaga teknis tentang cara memilih motor stepper yang tepat, cara membuat kinerja terbaik dari penggerak stepper atau memiliki lebih banyak pertanyaan. Makalah ini membahas pemilihan motor stepper, dengan fokus pada penerapan beberapa pengalaman rekayasa motor stepper, saya berharap bahwa mempopulerkan motor stepper dalam peralatan otomasi untuk memainkan peran dalam referensi.

 

1、Pendahuluanmotor penggerak

Motor stepper juga dikenal sebagai motor pulsa atau motor langkah. Motor ini bergerak maju dengan sudut tertentu setiap kali status eksitasi diubah sesuai dengan sinyal pulsa input, dan tetap diam pada posisi tertentu saat status eksitasi tetap tidak berubah. Hal ini memungkinkan motor stepper mengubah sinyal pulsa input menjadi perpindahan sudut yang sesuai untuk output. Dengan mengendalikan jumlah pulsa input, Anda dapat secara akurat menentukan perpindahan sudut output untuk mencapai posisi terbaik; dan dengan mengendalikan frekuensi pulsa input, Anda dapat secara akurat mengendalikan kecepatan sudut output dan mencapai tujuan pengaturan kecepatan. Pada akhir tahun 1960-an, berbagai motor stepper praktis mulai bermunculan, dan 40 tahun terakhir telah mengalami perkembangan yang pesat. Motor stepper telah mampu menjadi motor DC, motor asinkron, serta motor sinkron, menjadi tipe dasar motor. Ada tiga tipe motor stepper: reaktif (tipe VR), magnet permanen (tipe PM), dan hibrida (tipe HB). Motor stepper hibrida menggabungkan keunggulan dari dua bentuk motor stepper pertama. Motor stepper terdiri dari rotor (inti rotor, magnet permanen, poros, bantalan bola), stator (belitan, inti stator), tutup ujung depan dan belakang, dll. Motor stepper hibrida dua fase yang paling umum memiliki stator dengan 8 gigi besar, 40 gigi kecil, dan rotor dengan 50 gigi kecil; motor tiga fase memiliki stator dengan 9 gigi besar, 45 gigi kecil, dan rotor dengan 50 gigi kecil.

 

2. Prinsip kontrol

Itumotor penggeraktidak dapat dihubungkan langsung ke catu daya, juga tidak dapat langsung menerima sinyal pulsa listrik, itu harus diwujudkan melalui antarmuka khusus - driver motor stepper untuk berinteraksi dengan catu daya dan pengontrol. Driver motor stepper umumnya terdiri dari distributor cincin, dan rangkaian penguat daya. Pembagi cincin menerima sinyal kontrol dari pengontrol. Setiap kali sinyal pulsa diterima, output dari pembagi cincin diubah satu kali, sehingga ada atau tidaknya dan frekuensi sinyal pulsa dapat menentukan apakah kecepatan motor stepper tinggi atau rendah, berakselerasi atau deselerasi untuk memulai atau berhenti. Distributor cincin juga harus memantau sinyal arah dari pengontrol untuk menentukan apakah transisi status outputnya dalam urutan positif atau negatif, dan dengan demikian menentukan kemudi motor stepper.

 

3. Parameter utama

①Nomor blok: terutama 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, dst.

②Nomor fase: jumlah kumparan di dalam motor stepper, nomor fase motor stepper umumnya memiliki dua fase, tiga fase, lima fase. China menggunakan motor stepper dua fase terutama, tiga fase juga memiliki beberapa aplikasi. Jepang lebih sering menggunakan motor stepper lima fase

③Sudut langkah: sesuai dengan sinyal pulsa, perpindahan sudut putaran rotor motor. Rumus perhitungan sudut langkah motor stepper adalah sebagai berikut

Sudut langkah = 360° ÷ (2mz)

m jumlah fase motor stepper

Z jumlah gigi rotor motor stepper.

Berdasarkan rumus di atas, sudut langkah motor stepper dua fasa, tiga fasa dan lima fasa masing-masing adalah 1,8°, 1,2° dan 0,72°.

④ Torsi penahan: adalah torsi belitan stator motor melalui arus pengenal, tetapi rotor tidak berputar, stator mengunci rotor. Torsi penahan adalah parameter terpenting motor stepper, dan merupakan dasar utama pemilihan motor.

⑤ Torsi posisi: adalah torsi yang dibutuhkan untuk memutar rotor dengan gaya eksternal saat motor tidak mengalirkan arus. Torsi adalah salah satu indikator kinerja untuk mengevaluasi motor, jika parameter lainnya sama, semakin kecil torsi posisi berarti "efek slot" semakin kecil, semakin bermanfaat bagi kelancaran motor yang berjalan pada kecepatan rendah Karakteristik frekuensi torsi: terutama mengacu pada karakteristik frekuensi torsi yang ditarik, operasi motor yang stabil pada kecepatan tertentu dapat menahan torsi maksimum tanpa kehilangan langkah. Kurva frekuensi momen digunakan untuk menggambarkan hubungan antara torsi maksimum dan kecepatan (frekuensi) tanpa kehilangan langkah. Kurva frekuensi torsi merupakan parameter penting dari motor stepper dan merupakan dasar utama untuk pemilihan motor.

⑥ Arus terukur: arus belitan motor yang diperlukan untuk mempertahankan torsi terukur, nilai efektif

 

4、Memilih titik

Aplikasi industri yang digunakan pada kecepatan motor stepper hingga 600 ~ 1500rpm, kecepatan yang lebih tinggi, Anda dapat mempertimbangkan penggerak motor stepper loop tertutup, atau memilih langkah pemilihan program penggerak servo motor stepper yang lebih tepat (lihat gambar di bawah).

 

(1) Pilihan sudut langkah

Menurut jumlah fase motor, ada tiga jenis sudut langkah: 1,8° (dua fase), 1,2° (tiga fase), 0,72° (lima fase). Tentu saja, sudut langkah lima fase memiliki akurasi tertinggi tetapi motor dan penggeraknya lebih mahal, sehingga jarang digunakan di Tiongkok. Selain itu, penggerak stepper arus utama sekarang menggunakan teknologi penggerak subdivisi, dalam 4 subdivisi di bawah ini, akurasi sudut langkah subdivisi masih dapat dijamin, jadi jika indikator akurasi sudut langkah saja dari pertimbangan, motor stepper lima fase dapat diganti dengan motor stepper dua fase atau tiga fase. Misalnya, dalam penerapan beberapa jenis kabel untuk beban sekrup 5 mm, jika motor penggerak dua fasa digunakan dan penggerak diatur pada 4 subdivisi, jumlah pulsa per putaran motor adalah 200 x 4 = 800, dan pulsa ekuivalennya adalah 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25μm, akurasi ini dapat memenuhi sebagian besar persyaratan aplikasi.

(2) Pemilihan torsi statis (torsi penahan)

Mekanisme transmisi beban yang umum digunakan meliputi sabuk sinkron, batang filamen, rak dan pinion, dll. Pelanggan terlebih dahulu menghitung beban mesin mereka (terutama torsi akselerasi ditambah torsi gesekan) yang dikonversi ke torsi beban yang dibutuhkan pada poros motor. Kemudian, menurut kecepatan berjalan maksimum yang dibutuhkan oleh bunga listrik, dua kasus penggunaan berbeda berikut untuk memilih torsi penahan yang sesuai dari motor stepper ① untuk penerapan kecepatan motor yang dibutuhkan 300pm atau kurang: jika beban mesin diubah ke poros motor, torsi beban yang dibutuhkan T1, maka torsi beban ini dikalikan dengan faktor keamanan SF (umumnya diambil sebagai 1,5-2,0), yaitu, torsi penahan motor stepper yang dibutuhkan Tn ②2 untuk Untuk aplikasi yang membutuhkan kecepatan motor 300pm atau lebih: atur kecepatan maksimum Nmax, jika beban mesin diubah ke poros motor, torsi beban yang dibutuhkan adalah T1, maka torsi beban ini dikalikan dengan faktor keamanan SF (biasanya 2,5-3,5), yang memberikan torsi penahan Tn. Lihat Gambar 4 dan pilih model yang sesuai. Kemudian gunakan kurva frekuensi momen untuk memeriksa dan membandingkan: pada kurva frekuensi momen, kecepatan maksimum Nmax yang dibutuhkan oleh pengguna sesuai dengan torsi langkah hilang maksimum T2, maka torsi langkah hilang maksimum T2 harus lebih dari 20% lebih besar dari T1. Jika tidak, perlu memilih motor baru dengan torsi yang lebih besar, dan memeriksa serta membandingkan lagi sesuai dengan kurva frekuensi torsi motor yang baru dipilih.

(3) Semakin besar nomor basis motor, semakin besar torsi penahannya.

(4) sesuai dengan arus pengenal untuk memilih driver stepper yang cocok.

Misalnya, arus terukur motor 57CM23 adalah 5A, maka Anda mencocokkan arus maksimum yang diizinkan penggerak tersebut lebih dari 5A (harap dicatat bahwa itu adalah nilai efektif, bukan nilai puncak), sebaliknya jika Anda memilih arus maksimum penggerak hanya 3A, torsi keluaran maksimum motor hanya dapat mencapai sekitar 60%!

5, pengalaman aplikasi

(1) Masalah resonansi frekuensi rendah pada motor stepper

Penggerak stepper subdivisi merupakan cara efektif untuk mengurangi resonansi frekuensi rendah motor stepper. Di bawah 150rpm, penggerak subdivisi sangat efektif dalam mengurangi getaran motor. Secara teori, semakin besar subdivisi, semakin baik efeknya dalam mengurangi getaran motor stepper, tetapi situasi sebenarnya adalah bahwa subdivisi meningkat menjadi 8 atau 16 setelah efek peningkatan dalam mengurangi getaran motor stepper mencapai titik ekstrem.

Dalam beberapa tahun terakhir, telah ada driver stepper anti-resonansi frekuensi rendah yang terdaftar di dalam dan luar negeri, seri produk Leisai DM, DM-S, teknologi anti-resonansi frekuensi rendah. Seri driver ini menggunakan kompensasi harmonik, melalui kompensasi pencocokan amplitudo dan fase, dapat sangat mengurangi getaran frekuensi rendah motor stepper, untuk mencapai operasi motor dengan getaran rendah dan kebisingan rendah.

(2) Dampak pembagian motor stepper terhadap akurasi posisi

Rangkaian penggerak subdivisi motor stepper tidak hanya dapat meningkatkan kelancaran gerakan perangkat, tetapi juga dapat secara efektif meningkatkan akurasi posisi peralatan. Pengujian menunjukkan bahwa: Pada platform gerakan penggerak sabuk sinkron, subdivisi motor stepper 4, motor dapat diposisikan secara akurat pada setiap langkah.