Sebagai aktuator,motor penggerakmerupakan salah satu produk utama mekatronika, yang banyak digunakan dalam berbagai sistem kontrol otomasi. Dengan berkembangnya teknologi mikroelektronika dan komputer, permintaan motor stepper semakin meningkat dari hari ke hari, dan digunakan dalam berbagai bidang ekonomi nasional.
01 Apa itumotor penggerak
Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang secara langsung mengubah pulsa listrik menjadi gerakan mekanis. Dengan mengendalikan urutan, frekuensi, dan jumlah pulsa listrik yang diberikan pada kumparan motor, kemudi, kecepatan, dan sudut putaran motor stepper dapat dikontrol. Tanpa menggunakan sistem kontrol umpan balik loop tertutup dengan penginderaan posisi, kontrol posisi dan kecepatan yang tepat dapat dicapai menggunakan sistem kontrol loop terbuka yang sederhana dan berbiaya rendah yang terdiri dari motor stepper dan penggerak yang menyertainya.
02 motor penggerakstruktur dasar dan prinsip kerja
Struktur dasar：
Prinsip kerja: driver motor stepper mengendalikan pulsa kontrol eksternal dan sinyal arah melalui sirkuit logika internal untuk menggerakkan belitan motor stepper dalam urutan waktu tertentu, sehingga motor berputar maju/mundur atau terkunci.
Ambil contoh motor stepper dua fase 1,8 derajat: saat kedua lilitan diberi energi dan tereksitasi, poros keluaran motor akan diam dan terkunci pada posisinya. Torsi maksimum yang akan menjaga motor terkunci pada arus terukur adalah torsi penahan. Jika arus pada salah satu lilitan dialihkan, motor akan berputar satu langkah (1,8 derajat) ke arah tertentu.
Demikian pula, jika arus pada lilitan lain berubah arah, motor akan berputar satu langkah (1,8 derajat) ke arah yang berlawanan dari sebelumnya. Ketika arus melalui lilitan kumparan dialihkan secara berurutan ke eksitasi, motor akan berputar dalam langkah berkelanjutan ke arah yang diberikan dengan akurasi yang sangat tinggi. Untuk putaran motor stepper dua fase 1,8 derajat, seminggu membutuhkan 200 langkah.
Motor stepper dua fase memiliki dua jenis lilitan: bipolar dan unipolar. Motor bipolar hanya memiliki satu lilitan per fase, motor ini terus menerus memutar arus dalam kumparan yang sama untuk menghasilkan eksitasi variabel berurutan, desain rangkaian penggerak memerlukan delapan sakelar elektronik untuk pengalihan berurutan.
Motor unipolar memiliki dua kumparan berliku dengan polaritas berlawanan pada setiap fase, dan motor
berputar terus-menerus dengan memberi energi secara bergantian pada dua kumparan lilitan pada fase yang sama.
Rangkaian penggerak dirancang hanya memerlukan empat sakelar elektronik. Dalam bipolar
mode penggerak, torsi keluaran motor meningkat sekitar 40% dibandingkan dengan
mode penggerak unipolar karena kumparan lilitan setiap fase tereksitasi 100%.
03, Beban motor stepper
A. Beban momen (Tf)
Tf = G * r
G: Beban berat
r: jari-jari
B. Beban Inersia (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12 + R22) / 2 (Kg * cm)
M: Massa beban
R1: Jari-jari cincin luar
R2: Jari-jari cincin bagian dalam
dω/dt: Percepatan sudut
04, kurva kecepatan-torsi motor stepper
Kurva kecepatan-torsi merupakan ekspresi penting dari karakteristik keluaran stepper
motor.
A. Titik frekuensi operasi motor stepper
Nilai kecepatan motor stepper pada titik tertentu.
n = q * Hz / (360 * D)
n: putaran/detik
Hz: Nilai frekuensi
D: Nilai interpolasi sirkuit penggerak
q: sudut langkah motor stepper
Misalnya, motor stepper dengan sudut pitch 1,8°, dengan penggerak interpolasi 1/2(yaitu, 0,9° per langkah), memiliki kecepatan 1,25 r/s pada frekuensi operasi 500 Hz.
B. Area self-start motor stepper
Area di mana motor stepper dapat dinyalakan dan dimatikan secara langsung.
C. Area operasi berkelanjutan
Di area ini, motor stepper tidak dapat dihidupkan atau dihentikan secara langsung. Motor stepper didaerah ini harus melewati daerah self start terlebih dahulu baru kemudian dipercepat untuk mencapaiarea operasi. Demikian pula, motor stepper di area ini tidak dapat direm secara langsung,jika tidak maka akan mudah menyebabkan motor stepper keluar dari langkah, harus diperlambat terlebih dahuludaerah self-starter dan kemudian direm.
D. Frekuensi start maksimum motor stepper
Keadaan motor tanpa beban, untuk memastikan bahwa motor stepper tidak kehilangan operasi langkahnyafrekuensi pulsa maksimum.
E. Frekuensi operasi maksimum motor stepper
Frekuensi pulsa maksimum di mana motor bersemangat untuk berjalan tanpa kehilangan satu langkah puntanpa beban.
F. Torsi awal motor stepper / torsi pull-in
Untuk memenuhi motor stepper pada frekuensi pulsa tertentu untuk memulai dan mulai berjalan, tanpakehilangan langkah torsi beban maksimum.
G. Torsi kerja motor stepper/torsi penarikan
Torsi beban maksimum yang memenuhi operasi motor stepper yang stabil padafrekuensi pulsa tertentu tanpa kehilangan langkah.
05 Kontrol gerak percepatan/perlambatan motor stepper
Ketika titik frekuensi operasi motor stepper berada pada kurva kecepatan-torsi kontinuwilayah operasi, cara memperpendek akselerasi atau deselerasi start atau stop motorwaktu, sehingga motor berjalan lebih lama dalam kondisi kecepatan terbaik, sehingga meningkatkanWaktu pengoperasian motor yang efektif sangatlah penting.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, kurva karakteristik torsi dinamis motor stepper adalahgaris lurus horizontal pada kecepatan rendah; pada kecepatan tinggi, kurvanya menurun secara eksponensialkarena pengaruh induktansi.
Kita tahu bahwa beban motor stepper adalah TL, misalkan kita ingin mempercepat dari F0 ke F1 dalamwaktu terpendek (tr), bagaimana cara menghitung waktu terpendek tr?
(1) Biasanya, TJ = 70% Tm
(2) tr = 1,8 x 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Percepatan eksponensial dalam kondisi kecepatan tinggi
(1) Biasanya
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * Dalam [(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)
Catatan.
J menunjukkan inersia putaran rotor motor di bawah beban.
q adalah sudut putaran setiap langkah, yang merupakan sudut langkah motor stepper dalam
kasus keseluruhan drive.
Dalam operasi deselerasi, cukup balikkan frekuensi pulsa akselerasi di atas
dihitung.
06 getaran dan kebisingan motor stepper
Secara umum, motor stepper dalam operasi tanpa beban, ketika frekuensi operasi motormendekati atau sama dengan frekuensi bawaan rotor motor akan beresonansi, serius akanterjadi fenomena keluar langkah.
Beberapa solusi untuk resonansi:
A. Hindari zona getaran: sehingga frekuensi operasi motor tidak jatuh dalamrentang getaran
B. Mengadopsi mode penggerak subdivisi: Gunakan mode penggerak langkah mikro untuk mengurangi getaran dengan
membagi langkah asli menjadi beberapa langkah untuk meningkatkan resolusi masing-masing
langkah motor. Hal ini dapat dicapai dengan menyesuaikan rasio fase terhadap arus motor.
Microstepping tidak meningkatkan akurasi sudut langkah, tetapi membuat motor berjalan lebih
lancar dan dengan lebih sedikit kebisingan. Torsi umumnya 15% lebih rendah untuk operasi setengah langkah
daripada operasi langkah penuh, dan 30% lebih rendah untuk pengendalian arus gelombang sinus.
Waktu posting: 09-Nov-2022