motori passo-passoPuò essere utilizzato per il controllo della velocità e del posizionamento senza l'uso di dispositivi di feedback (ovvero controllo ad anello aperto), quindi questa soluzione di azionamento è sia economica che affidabile. Nelle apparecchiature e negli strumenti di automazione, gli azionamenti a motore passo-passo sono ampiamente utilizzati. Tuttavia, molti utenti tecnici hanno dubbi su come scegliere il motore passo-passo appropriato, come ottenere le migliori prestazioni dall'azionamento a motore passo-passo o altri aspetti. Questo articolo tratta la selezione dei motori passo-passo, concentrandosi sull'applicazione di alcune esperienze ingegneristiche relative ai motori passo-passo, nella speranza che possa fungere da riferimento per la diffusione dei motori passo-passo nelle apparecchiature di automazione.
1、Introduzione dimotore passo-passo
Il motore passo-passo è anche noto come motore a impulsi o motore step-up. 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 determinata 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 in uscita. Controllando il numero di impulsi in ingresso è possibile determinare con precisione lo spostamento angolare in uscita per ottenere il posizionamento ottimale; controllando la frequenza degli impulsi in ingresso è possibile controllare con precisione la velocità angolare in uscita e raggiungere lo scopo della regolazione della velocità. Alla fine degli anni '60, sono nati diversi motori passo-passo di uso pratico 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 un tipo di motore fondamentale. 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 tipologie di motore passo-passo. Il motore passo-passo è costituito da un rotore (nucleo del rotore, magneti permanenti, albero, cuscinetti a sfera), uno statore (avvolgimento, nucleo dello statore), calotte 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 a impulsi elettrici; deve quindi interagire con l'alimentatore e il controller tramite un'interfaccia speciale: il driver del motore passo-passo. Il driver del motore passo-passo è generalmente composto da un divisore ad anello e 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, in modo che la presenza o l'assenza e la frequenza del segnale a impulsi possano determinare se la velocità del motore passo-passo è alta o bassa, accelerando o decelerando per avviarsi o arrestarsi. Il divisore ad anello deve anche monitorare il segnale di direzione proveniente dal controller per determinare se le transizioni di stato della sua uscita 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.
②Numero di fase: il numero di bobine all'interno del motore passo-passo. Il numero di fasi di un motore passo-passo è generalmente due, tre o cinque. In Cina si utilizzano principalmente motori passo-passo a due fasi, ma anche quelli a tre fasi trovano alcune applicazioni. In Giappone si utilizzano più spesso motori passo-passo a cinque fasi.
③ Angolo di passo: corrispondente a un segnale a impulsi, 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 riportata, l'angolo di passo dei motori passo-passo bifase, trifase e pentafase è rispettivamente di 1,8°, 1,2° e 0,72°.
④ Coppia di mantenimento: è la coppia dell'avvolgimento dello statore del motore, che, a parità di corrente nominale, non fa ruotare il rotore, bloccandolo. La coppia di mantenimento è il parametro più importante dei motori passo-passo e costituisce 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 è alimentato. 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", il che è più vantaggioso per la fluidità di funzionamento del motore a bassa velocità. Caratteristiche coppia-frequenza: si riferisce principalmente alle caratteristiche coppia-frequenza estese. Il motore, in condizioni di funzionamento stabile a una determinata velocità, può sopportare la coppia massima senza perdere passi. La curva coppia-frequenza viene utilizzata per descrivere la relazione tra la coppia massima e la velocità (frequenza) senza perdita di passi. La curva 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、Punti di selezione
Nelle applicazioni industriali, i motori passo-passo raggiungono velocità fino a 600 ~ 1500 giri/min. Per velocità superiori, è possibile considerare un azionamento a circuito chiuso per motori passo-passo, oppure scegliere un servoazionamento più appropriato per la selezione dei passi del motore passo-passo (vedere la figura seguente).
(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) e 0,72° (quintafase). Naturalmente, l'angolo di passo a cinque fasi offre la massima precisione, ma il relativo motore e driver sono più costosi, pertanto è raramente utilizzato in Cina. Inoltre, i driver per motori passo-passo attualmente in uso utilizzano la tecnologia di suddivisione, che garantisce la precisione dell'angolo di passo anche con 4 suddivisioni inferiori. Pertanto, considerando solo l'accuratezza dell'angolo di passo, un motore passo-passo a cinque fasi può essere sostituito da un motore passo-passo a due o tre fasi. Ad esempio, nell'applicazione di un qualche tipo di guida per un carico a vite da 5 mm, se si utilizza 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 di impulso è 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, questa precisione può soddisfare la maggior parte dei requisiti applicativi.
(2) Selezione della coppia statica (coppia di tenuta)
I meccanismi di trasmissione del carico comunemente utilizzati includono cinghie sincrone, barre di filamento, cremagliere e pignoni, ecc. I clienti calcolano innanzitutto il carico della loro macchina (principalmente coppia di accelerazione più coppia di attrito) convertito nella coppia di carico richiesta sull'albero del motore. Quindi, in base alla velocità massima di funzionamento richiesta dai fiori elettrici, i seguenti due diversi casi d'uso per scegliere la coppia di tenuta appropriata del motore passo-passo ① per l'applicazione della velocità del motore richiesta di 300pm o inferiore: se il carico della macchina viene convertito nella coppia di carico richiesta sull'albero del motore T1, allora questa coppia di carico viene moltiplicata per un fattore di sicurezza SF (generalmente assunto come 1,5-2,0), ovvero la coppia di tenuta richiesta del motore passo-passo Tn ②2 per Per applicazioni che richiedono una velocità del motore di 300pm o superiore: impostare la velocità massima Nmax, se il carico della macchina viene convertito sull'albero del motore, la coppia di carico richiesta è T1, allora questa coppia di carico viene moltiplicata per un fattore di sicurezza SF (di solito 2,5-3,5), che fornisce la coppia di tenuta Tn. Fare riferimento alla Figura 4 e selezionare un modello adatto. 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 di passo T2, quindi la coppia massima persa di 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 motore appena selezionato.
(3) Maggiore è il numero base del motore, maggiore è la coppia di tenuta.
(4) in base alla corrente nominale per selezionare il driver del motore passo-passo corrispondente.
Ad esempio, se la corrente nominale di un motore 57CM23 è di 5A, è necessario scegliere un azionamento con una corrente massima consentita superiore a 5A (si noti che si tratta del valore effettivo e non di picco). In caso contrario, se si sceglie un azionamento con una corrente massima di soli 3A, la coppia massima erogabile dal motore sarà solo del 60% circa!
5. Esperienza applicativa
(1) problema di risonanza a bassa frequenza del motore passo-passo
La suddivisione del driver per motori passo-passo è un metodo efficace per ridurre la risonanza a bassa frequenza dei motori passo-passo. Al di sotto dei 150 giri/min, la suddivisione del driver è molto efficace nel ridurre le vibrazioni del motore. Teoricamente, maggiore è la suddivisione, migliore è l'effetto sulla riduzione delle vibrazioni del motore passo-passo, ma in pratica la suddivisione aumenta fino a 8 o 16 quando l'effetto di miglioramento sulla riduzione delle vibrazioni del motore passo-passo ha raggiunto il limite massimo.
Negli ultimi anni, sono stati commercializzati, sia in Cina che all'estero, driver per motori passo-passo con tecnologia anti-risonanza a bassa frequenza. I prodotti delle serie DM e DM-S di Leisai utilizzano questa tecnologia. Grazie alla compensazione armonica, ottenuta tramite la compensazione di ampiezza e fase, è possibile ridurre significativamente le vibrazioni a bassa frequenza del motore passo-passo, garantendo un funzionamento silenzioso e con vibrazioni ridotte.
(2) L'impatto della suddivisione del motore passo-passo sulla precisione del posizionamento
Il circuito di pilotaggio con 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, con 4 suddivisioni del motore passo-passo, il motore può essere posizionato con precisione ad ogni passo.
Data di pubblicazione: 11 giugno 2023