Com a actuador,motor pas a pasés un dels productes clau de la mecatrònica, que s'utilitza àmpliament en diversos sistemes de control d'automatització. Amb el desenvolupament de la microelectrònica i la tecnologia informàtica, la demanda de motors pas a pas augmenta dia a dia i s'utilitzen en diversos camps econòmics nacionals.
01 Què és un/amotor pas a pas
Un motor pas a pas és un dispositiu electromecànic que converteix directament els impulsos elèctrics en moviment mecànic. Controlant la seqüència, la freqüència i el nombre d'impulsos elèctrics aplicats a la bobina del motor, es pot controlar la direcció, la velocitat i l'angle de rotació del motor pas a pas. Sense l'ús d'un sistema de control de retroalimentació de bucle tancat amb detecció de posició, es pot aconseguir un control precís de la posició i la velocitat mitjançant un sistema de control de bucle obert senzill i de baix cost compost per un motor pas a pas i el seu controlador.
02 motor pas a pasestructura bàsica i principi de funcionament
Estructura bàsica:
Principi de funcionament: el controlador del motor pas a pas, segons el senyal de pols de control extern i la direcció, a través del seu circuit lògic intern, controla els debanats del motor pas a pas en una determinada seqüència de temps cap endavant o cap enrere energitzats, de manera que el motor gira cap endavant/cap enrere o es bloqueja.
Prenguem com a exemple un motor pas a pas bifàsic d'1,8 graus: quan els dos debanaments estan energitzats i excitats, l'eix de sortida del motor estarà estacionari i bloquejat en la seva posició. El parell màxim que mantindrà el motor bloquejat al corrent nominal és el parell de manteniment. Si el corrent en un dels debanaments es redirigeix, el motor girarà un pas (1,8 graus) en una direcció determinada.
De la mateixa manera, si el corrent a l'altre debanament canvia de direcció, el motor girarà un pas (1,8 graus) en la direcció oposada a l'anterior. Quan els corrents a través dels debanaments de la bobina es redirigeixen seqüencialment a l'excitació, el motor girarà en un pas continu en la direcció donada amb una precisió molt alta. Per a 1,8 graus d'un motor pas a pas bifàsic, la rotació d'una setmana requereix 200 passos.
Els motors pas a pas bifàsics tenen dos tipus de bobinatges: bipolars i unipolars. Els motors bipolars només tenen una bobina per fase, el motor gira contínuament el corrent a la mateixa bobina per tenir una excitació seqüencial variable, el disseny del circuit d'accionament requereix vuit interruptors electrònics per a la commutació seqüencial.
Els motors unipolars tenen dues bobines de polaritat oposada a cada fase, i el motor
gira contínuament energitzant alternativament les dues bobines de la mateixa fase.
El circuit d'accionament està dissenyat per requerir només quatre interruptors electrònics. En el circuit bipolar
mode de conducció, el parell de sortida del motor augmenta aproximadament un 40% en comparació amb el
mode d'accionament unipolar perquè les bobines de cada fase estan excitades al 100%.
03, Càrrega del motor pas a pas
A. Càrrega de moment (Tf)
Tf = G * r
G: Pes de la càrrega
r: radi
B. Càrrega d'inèrcia (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (kg * cm)
M: Massa de càrrega
R1: Radi de l'anell exterior
R2: Radi de l'anell interior
dω/dt: Acceleració angular
04, corba de velocitat-parell del motor pas a pas
La corba de velocitat-parell és una expressió important de les característiques de sortida del motor pas a pas.
motors.
A. Punt de freqüència de funcionament del motor pas a pas
El valor de velocitat del motor pas a pas en un punt determinat.
n = q * Hz / (360 * D)
n: rev/seg
Hz: Valor de freqüència
D: Valor d'interpolació del circuit d'accionament
q: angle de pas del motor pas a pas
Per exemple, un motor pas a pas amb un angle de pas d'1,8°, amb un accionament d'interpolació de 1/2(és a dir, 0,9° per pas), té una velocitat d'1,25 r/s a una freqüència de funcionament de 500 Hz.
B. Àrea d'autoarrencada del motor pas a pas
La zona on es pot arrencar i aturar directament el motor pas a pas.
C. Àrea d'operació contínua
En aquesta zona, el motor pas a pas no es pot engegar ni aturar directament. Els motors pas a pasaquesta zona ha de passar primer per la zona d'autoarrencada i després accelerar-la per arribar a lazona de funcionament. De la mateixa manera, el motor pas a pas d'aquesta zona no es pot frenar directament,en cas contrari, és fàcil que el motor pas a pas es desactivi, primer s'ha de desaccelerar ala zona d'arrencada automàtica i després va frenar.
D. Freqüència màxima d'arrencada del motor pas a pas
Estat del motor sense càrrega, per garantir que el motor pas a pas no perdi el funcionament pas a pas delfreqüència màxima d'impulsos.
E. Freqüència màxima de funcionament del motor pas a pas
La freqüència màxima d'impulsos a la qual el motor s'excita per funcionar sense perdre un passense càrrega.
F. Parell d'arrencada del motor pas a pas / parell d'arrencada
Per complir amb el motor pas a pas en una determinada freqüència d'impulsos per iniciar i començar a funcionar, senseperdent esglaons del parell màxim de càrrega.
G. Parell de funcionament del motor pas a pas/parell d'entrada
El parell de càrrega màxim que satisfà el funcionament estable del motor pas a pas acerta freqüència d'impuls sense pèrdua de pas.
05 Control de moviment d'acceleració/desacceleració del motor pas a pas
Quan el punt de freqüència de funcionament del motor pas a pas a la corba de velocitat-parell de la contínuaregió d'operació, com escurçar l'arrencada o aturada del motor, l'acceleració o la desacceleraciótemps, de manera que el motor funciona més temps en el millor estat de velocitat, augmentant així laEl temps de funcionament efectiu del motor és molt crític.
Com es mostra a la figura següent, la corba característica de parell dinàmic del motor pas a pas ésuna línia recta horitzontal a baixa velocitat; a alta velocitat, la corba disminueix exponencialmenta causa de la influència de la inductància.
Sabem que la càrrega del motor pas a pas és TL, suposem que volem accelerar de F0 a F1 enel temps més curt (tr), com es calcula el temps més curt tr?
(1) Normalment, 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. Acceleració exponencial en condicions d'alta velocitat
(1) Normalment
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * En [(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)
Notes.
J indica la inèrcia rotacional del rotor del motor sota càrrega.
q és l'angle de rotació de cada pas, que és l'angle de pas del motor pas a pas en el
cas de tot el disc dur.
En l'operació de desacceleració, només cal invertir la freqüència d'impulsos d'acceleració anterior.
calculat.
06 vibració i soroll del motor pas a pas
En general, el motor pas a pas en funcionament sense càrrega, quan la freqüència de funcionament del motorés propera o igual a la freqüència inherent del rotor del motor, ressonarà, greu seràes produeix el fenomen del desfasament.
Diverses solucions per a la ressonància:
A. Eviteu la zona de vibració: de manera que la freqüència de funcionament del motor no caigui dinsel rang de vibració
B. Adopteu el mode d'accionament de subdivisió: utilitzeu el mode d'accionament de micropas per reduir la vibració mitjançant
subdividint el pas original en diversos passos per augmentar la resolució de cadascun
pas del motor. Això es pot aconseguir ajustant la relació fase-corrent del motor.
El micropas no augmenta la precisió de l'angle de pas, però fa que el motor funcioni més
suaument i amb menys soroll. El parell és generalment un 15% inferior per al funcionament de mig pas
que per al funcionament a pas complet i un 30% menys per al control de corrent sinusoidal.
Data de publicació: 09 de novembre de 2022