Sebagai aktuator,motor stepperMotor stepper merupakan salah satu produk utama mekatronika, yang banyak digunakan dalam berbagai sistem kontrol otomatisasi. Dengan perkembangan mikroelektronika dan teknologi komputer, permintaan akan motor stepper semakin meningkat dari hari ke hari, dan motor ini digunakan di berbagai bidang ekonomi nasional.
01 Apa itumotor stepper
Motor stepper adalah perangkat elektromekanik yang secara langsung mengubah pulsa listrik menjadi gerakan mekanis. Dengan mengontrol urutan, frekuensi, dan jumlah pulsa listrik yang diterapkan pada kumparan motor, arah, kecepatan, dan sudut rotasi motor stepper dapat dikendalikan. Tanpa menggunakan sistem kontrol umpan balik loop tertutup dengan penginderaan posisi, kontrol posisi dan kecepatan yang presisi dapat dicapai menggunakan sistem kontrol loop terbuka yang sederhana dan berbiaya rendah yang terdiri dari motor stepper dan driver yang menyertainya.
02 motor stepperstruktur dasar dan prinsip kerja
Struktur dasar:
Prinsip kerja: penggerak motor stepper, berdasarkan pulsa kontrol eksternal dan sinyal arah, melalui rangkaian logika internalnya, mengontrol kumparan motor stepper dalam urutan waktu tertentu untuk memberi energi maju atau mundur, sehingga motor berputar maju/mundur, atau terkunci.
Ambil contoh motor stepper dua fasa 1,8 derajat: ketika kedua kumparan diberi energi dan digerakkan, poros keluaran motor akan diam dan terkunci pada posisinya. Torsi maksimum yang akan menjaga motor tetap terkunci pada arus nominal adalah torsi penahan. Jika arus pada salah satu kumparan dialihkan, motor akan berputar satu langkah (1,8 derajat) ke arah tertentu.
Demikian pula, jika arus pada kumparan lainnya berubah arah, motor akan berputar satu langkah (1,8 derajat) ke arah yang berlawanan dengan kumparan sebelumnya. Ketika arus melalui kumparan dialihkan secara berurutan ke eksitasi, motor akan berputar dalam langkah kontinu ke arah yang diberikan dengan akurasi yang sangat tinggi. Untuk putaran motor stepper dua fasa sebesar 1,8 derajat, dibutuhkan 200 langkah.
Motor stepper dua fasa memiliki dua jenis gulungan: bipolar dan unipolar. Motor bipolar hanya memiliki satu kumparan gulungan per fasa, putaran motor yang terus menerus dengan arus pada kumparan yang sama untuk eksitasi variabel berurutan, desain rangkaian penggerak membutuhkan delapan sakelar elektronik untuk pengalihan berurutan.
Motor unipolar memiliki dua kumparan lilitan dengan polaritas berlawanan pada setiap fasa, dan motor tersebut
Berputar terus menerus dengan cara memberi energi secara bergantian pada kedua kumparan lilitan pada fase yang sama.
Rangkaian penggerak dirancang hanya membutuhkan empat sakelar elektronik. Pada bipolar
Dalam mode penggerak, torsi keluaran motor meningkat sekitar 40% dibandingkan dengan
Mode penggerak unipolar karena kumparan lilitan setiap fasa diberi eksitasi 100%.
03, Beban motor stepper
A. Beban momen (Tf)
Tf = G * r
G: Berat beban
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 dalam
dω/dt: Percepatan sudut
04, kurva kecepatan-torsi motor stepper
Kurva kecepatan-torsi merupakan ekspresi penting dari karakteristik keluaran motor 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 rangkaian penggerak
q: sudut langkah motor stepper
Sebagai contoh, 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 pengaktifan otomatis motor stepper
Area di mana motor stepper dapat dihidupkan dan dimatikan secara langsung.
C. Area operasi berkelanjutan
Di area ini, motor stepper tidak dapat dihidupkan atau dimatikan secara langsung. Motor stepper padaArea ini pertama-tama harus melewati area pengaktifan sendiri dan kemudian dipercepat untuk mencapaiarea operasi. Demikian pula, motor stepper di area ini tidak dapat direm secara langsung,jika tidak, motor stepper mudah mengalami ketidaksesuaian langkah, harus diperlambat terlebih dahuluarea penyalaan otomatis lalu mengerem.
D. Frekuensi start maksimum motor stepper
Kondisi motor tanpa beban, untuk memastikan bahwa motor stepper tidak kehilangan operasi langkahnya.frekuensi pulsa maksimum.
E. Frekuensi operasi maksimum motor stepper
Frekuensi pulsa maksimum di mana motor digerakkan untuk beroperasi tanpa kehilangan langkah.tanpa beban.
F. Torsi start/torsi tarik motor stepper
Untuk memenuhi kebutuhan motor stepper pada frekuensi pulsa tertentu agar dapat mulai beroperasi dan berjalan, tanpakehilangan langkah-langkah torsi beban maksimum.
G. Torsi kerja/torsi tarik motor stepper
Torsi beban maksimum yang memenuhi syarat pengoperasian motor stepper yang stabil padafrekuensi pulsa tertentu tanpa kehilangan langkah.
05 Kontrol gerak akselerasi/deselerasi motor stepper
Ketika frekuensi operasi motor stepper mencapai titik pada kurva kecepatan-torsi kontinuwilayah operasi, cara mempersingkat akselerasi atau deselerasi start atau stop motor.waktu, sehingga motor dapat beroperasi lebih lama pada kondisi kecepatan optimal, sehingga meningkatkanWaktu kerja motor yang efektif sangat penting.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini, kurva karakteristik torsi dinamis motor stepper adalahGaris lurus horizontal pada kecepatan rendah; pada kecepatan tinggi, kelengkungan berkurang secara eksponensial.karena 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 * 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 * 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)
Catatan.
J menunjukkan momen inersia rotasi rotor motor saat berbeban.
q adalah sudut rotasi setiap langkah, yang merupakan sudut langkah motor stepper.
kasus seluruh drive.
Dalam operasi perlambatan, cukup dengan membalik frekuensi pulsa percepatan di atas saja sudah cukup.
dihitung.
06 getaran dan kebisingan motor stepper
Secara umum, motor stepper dalam operasi tanpa beban, ketika frekuensi operasi motorJika frekuensi mendekati atau sama dengan frekuensi intrinsik rotor motor, maka akan terjadi resonansi, dan akan terjadi masalah serius.terjadi fenomena ketidaksesuaian.
Beberapa solusi untuk resonansi:
A. Hindari zona getaran: agar frekuensi operasi motor tidak berada dalamrentang getaran
B. Mengadopsi mode penggerak subdivisi: Gunakan mode penggerak mikro-langkah untuk mengurangi getaran dengan
Membagi proses satu langkah asli menjadi beberapa langkah untuk meningkatkan resolusi setiap langkah.
Langkah motor. Hal ini dapat dicapai dengan menyesuaikan rasio fasa terhadap arus motor.
Microstepping tidak meningkatkan akurasi sudut langkah, tetapi membuat motor berjalan lebih efisien.
dengan lancar dan dengan lebih sedikit kebisingan. Torsi umumnya 15% lebih rendah untuk operasi setengah langkah.
dibandingkan dengan operasi langkah penuh, dan 30% lebih rendah untuk kontrol arus gelombang sinus.
Waktu posting: 09-Nov-2022