motori passo-passoPuò essere utilizzato per il controllo della velocità e del posizionamento senza l'uso di dispositivi di retroazione (ovvero controllo ad anello aperto), quindi questa soluzione di azionamento è economica e affidabile. Nelle apparecchiature e strumentazioni di automazione, gli azionamenti passo-passo sono ampiamente utilizzati. Tuttavia, molti utenti e tecnici hanno domande su come scegliere il motore passo-passo appropriato, su come ottenere le migliori prestazioni dall'azionamento passo-passo o su come risolvere altri problemi. Questo articolo discute la selezione dei motori passo-passo, concentrandosi sull'applicazione di alcune esperienze ingegneristiche nel settore dei motori passo-passo. Spero che la diffusione dei motori passo-passo nelle apparecchiature di automazione giochi un ruolo di riferimento.
1、Introduzione dimotore passo-passo
Il motore passo-passo è anche noto come motore a impulsi o motore passo-passo. Avanza di un certo angolo ogni volta che lo stato di eccitazione cambia in base al segnale di impulso in ingresso e rimane fermo in una certa posizione quando lo stato di eccitazione rimane invariato. Ciò consente al motore passo-passo di convertire il segnale di impulso in ingresso in un corrispondente spostamento angolare per l'uscita. Controllando il numero di impulsi in ingresso è possibile determinare con precisione lo spostamento angolare dell'uscita per ottenere il posizionamento migliore; e controllando la frequenza degli impulsi in ingresso è possibile controllare con precisione la velocità angolare dell'uscita e raggiungere lo scopo della regolazione della velocità. Alla fine degli anni '60, è stata sviluppata una varietà di motori passo-passo pratici e gli ultimi 40 anni hanno visto un rapido sviluppo. I motori passo-passo sono stati in grado di affiancare motori a corrente continua, motori asincroni e motori sincroni, diventando una tipologia di motore base. Esistono tre tipi di motori passo-passo: reattivi (tipo VR), a magneti permanenti (tipo PM) e ibridi (tipo HB). Il motore passo-passo ibrido combina i vantaggi delle prime due forme di motore passo-passo. Il motore passo-passo è costituito da un rotore (nucleo del rotore, magneti permanenti, albero, cuscinetti a sfere), uno statore (avvolgimento, nucleo dello statore), terminali anteriore e posteriore, ecc. Il motore passo-passo ibrido bifase più tipico ha uno statore con 8 denti grandi, 40 denti piccoli e un rotore con 50 denti piccoli; un motore trifase ha uno statore con 9 denti grandi, 45 denti piccoli e un rotore con 50 denti piccoli.
2. Principio di controllo
ILmotore passo-passoNon può essere collegato direttamente all'alimentatore, né può ricevere direttamente segnali elettrici a impulsi, ma deve essere realizzato tramite un'interfaccia speciale: il driver del motore passo-passo, per interagire con l'alimentatore e il controller. Il driver del motore passo-passo è generalmente composto da un distributore ad anello e da un circuito amplificatore di potenza. Il divisore ad anello riceve i segnali di controllo dal controller. Ogni volta che viene ricevuto un segnale a impulsi, l'uscita del divisore ad anello viene convertita una volta, quindi la presenza o l'assenza e la frequenza del segnale a impulsi possono determinare se la velocità del motore passo-passo è alta o bassa, se sta accelerando o decelerando per avviarsi o arrestarsi. Il distributore ad anello deve anche monitorare il segnale di direzione proveniente dal controller per determinare se le transizioni di stato delle sue uscite sono in ordine positivo o negativo, e quindi determinare la direzione del motore passo-passo.
3. Parametri principali
①Numero di blocco: principalmente 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, ecc.
2. Numero di fase: il numero di bobine all'interno del motore passo-passo. Il numero di fase del motore passo-passo è generalmente bifase, trifase e pentafase. La Cina utilizza principalmente motori passo-passo bifase, ma anche quelli trifase hanno alcune applicazioni. In Giappone, i motori passo-passo pentafase sono più comunemente utilizzati.
3. Angolo di passo: corrispondente a un segnale a impulsi, rappresenta lo spostamento angolare della rotazione del rotore del motore. La formula per il calcolo dell'angolo di passo del motore passo-passo è la seguente.
Angolo di passo = 360° ÷ (2mz)
m il numero di fasi di un motore passo-passo
Z è il numero di denti del rotore di un motore passo-passo.
Secondo la formula sopra, l'angolo di passo dei motori passo-passo bifase, trifase e pentafase è rispettivamente 1,8°, 1,2° e 0,72°
④ Coppia di mantenimento: è la coppia dell'avvolgimento dello statore del motore alla corrente nominale, ma il rotore non ruota, lo statore blocca il rotore. La coppia di mantenimento è il parametro più importante dei motori passo-passo ed è la base principale per la selezione del motore.
⑤ Coppia di posizionamento: è la coppia necessaria per far ruotare il rotore con una forza esterna quando il motore non passa corrente. La coppia è uno degli indicatori di prestazione per valutare il motore; a parità di altri parametri, minore è la coppia di posizionamento, minore è l'effetto "slot", maggiore è il beneficio per la fluidità del motore a bassa velocità. Caratteristiche di coppia-frequenza: si riferisce principalmente alle caratteristiche di coppia-frequenza prolungate; il funzionamento stabile del motore a una certa velocità può sopportare la coppia massima senza perdere passo. La curva momento-frequenza viene utilizzata per descrivere la relazione tra coppia massima e velocità (frequenza) senza perdere passo. La curva di coppia-frequenza è un parametro importante del motore passo-passo ed è la base principale per la selezione del motore.
⑥ Corrente nominale: la corrente dell'avvolgimento del motore necessaria per mantenere la coppia nominale, il valore effettivo
4、Selezione dei punti
Nelle applicazioni industriali i motori passo-passo raggiungono velocità fino a 600 ~ 1500 giri/min; per velocità più elevate, è possibile prendere in considerazione un azionamento del motore passo-passo a circuito chiuso o scegliere un programma di azionamento servo più appropriato per la selezione dei passaggi del motore passo-passo (vedere la figura sottostante).
(1) Scelta dell'angolo di passo
In base al numero di fasi del motore, esistono tre tipi di angolo di passo: 1,8° (bifase), 1,2° (trifase), 0,72° (quintafase). Naturalmente, l'angolo di passo a cinque fasi offre la massima precisione, ma il suo motore e driver sono più costosi, quindi è raramente utilizzato in Cina. Inoltre, i driver per stepper tradizionali ora utilizzano la tecnologia di azionamento a suddivisione; nella suddivisione 4 di seguito, la precisione dell'angolo di passo a suddivisione può ancora essere garantita, quindi se si considerano solo gli indicatori di precisione dell'angolo di passo, un motore passo-passo a cinque fasi può essere sostituito da un motore passo-passo bifase o trifase. Ad esempio, nell'applicazione di un certo tipo di passo per un carico della vite di 5 mm, se viene utilizzato un motore passo-passo bifase e il driver è impostato su 4 suddivisioni, il numero di impulsi per giro del motore è 200 x 4 = 800 e l'equivalente degli impulsi è 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, questa precisione può soddisfare la maggior parte dei requisiti dell'applicazione.
(2) Selezione della coppia statica (coppia di mantenimento)
I meccanismi di trasmissione del carico comunemente utilizzati includono cinghie sincrone, barre di filamento, cremagliere e pignone, ecc. I clienti calcolano innanzitutto il carico della macchina (principalmente coppia di accelerazione più coppia di attrito) convertendolo nella coppia di carico richiesta sull'albero motore. Quindi, in base alla velocità massima di funzionamento richiesta dai motori elettrici, si utilizzano i seguenti due diversi casi d'uso per scegliere la coppia di mantenimento appropriata del motore passo-passo ① per l'applicazione della velocità del motore richiesta di 300 pm o inferiore: se il carico della macchina viene convertito nella coppia di carico richiesta sull'albero motore T1, questa coppia di carico viene moltiplicata per un fattore di sicurezza SF (generalmente considerato come 1,5-2,0), ovvero la coppia di mantenimento richiesta del motore passo-passo Tn ②2 per applicazioni che richiedono una velocità del motore di 300 pm o superiore: impostare la velocità massima Nmax; se il carico della macchina viene convertito nella coppia di carico richiesta sull'albero motore T1, questa coppia di carico viene moltiplicata per un fattore di sicurezza SF (generalmente considerato come 2,5-3,5), che fornisce la coppia di mantenimento Tn. Fare riferimento alla Figura 4 e selezionare un modello idoneo. Quindi, utilizzare la curva momento-frequenza per verificare e confrontare: sulla curva momento-frequenza, la velocità massima Nmax richiesta dall'utente corrisponde alla coppia massima persa al passo T2, quindi la coppia massima persa al passo T2 dovrebbe essere superiore di oltre il 20% rispetto a T1. In caso contrario, è necessario selezionare un nuovo motore con una coppia maggiore e verificare e confrontare nuovamente in base alla curva coppia-frequenza del nuovo motore selezionato.
(3) Maggiore è il numero di base del motore, maggiore è la coppia di tenuta.
(4) in base alla corrente nominale per selezionare il driver passo-passo corrispondente.
Ad esempio, se la corrente nominale di un motore 57CM23 è 5A, si adatta la corrente massima consentita dell'azionamento a più di 5A (si noti che si tratta del valore effettivo e non del picco), altrimenti se si sceglie una corrente massima di soli 3A, la coppia di uscita massima del motore può essere solo del 60% circa!
5, esperienza applicativa
(1) problema di risonanza a bassa frequenza del motore passo-passo
L'azionamento passo-passo a suddivisione è un modo efficace per ridurre la risonanza a bassa frequenza dei motori passo-passo. Al di sotto dei 150 giri/min, l'azionamento a suddivisione è molto efficace nel ridurre le vibrazioni del motore. Teoricamente, maggiore è la suddivisione, migliore è l'effetto di riduzione delle vibrazioni del motore passo-passo, ma in realtà la suddivisione aumenta a 8 o 16 dopo che l'effetto di miglioramento sulla riduzione delle vibrazioni del motore passo-passo ha raggiunto il suo limite estremo.
Negli ultimi anni, driver passo-passo anti-risonanza a bassa frequenza sono stati introdotti sul mercato nazionale e internazionale, con la serie di prodotti DM e DM-S di Leisai, basati sulla tecnologia anti-risonanza a bassa frequenza. Questa serie di driver utilizza la compensazione armonica, attraverso la compensazione di ampiezza e fase, in grado di ridurre significativamente le vibrazioni a bassa frequenza del motore passo-passo, garantendo un funzionamento a basse vibrazioni e bassa rumorosità.
(2) L'impatto della suddivisione del motore passo-passo sulla precisione del posizionamento
Il circuito di azionamento a suddivisione del motore passo-passo non solo migliora la fluidità del movimento del dispositivo, ma può anche migliorare efficacemente la precisione di posizionamento dell'apparecchiatura. I test dimostrano che: nella piattaforma di movimento con trasmissione a cinghia sincrona, la suddivisione del motore passo-passo in 4 parti consente un posizionamento preciso del motore a ogni passo.
Data di pubblicazione: 11-06-2023