Come attuatore,motore passo-passoIl motore passo-passo è uno dei prodotti chiave della meccatronica, ampiamente utilizzato in diversi sistemi di controllo dell'automazione. Con lo sviluppo della microelettronica e della tecnologia informatica, la domanda di motori passo-passo è in costante aumento e questi trovano impiego in svariati settori dell'economia nazionale.
01 Che cos'è unmotore passo-passo
Il motore passo-passo è un dispositivo elettromeccanico che converte direttamente gli impulsi elettrici in movimento meccanico. Controllando la sequenza, la frequenza e il numero di impulsi elettrici applicati all'avvolgimento del motore, è possibile controllarne la direzione, la velocità e l'angolo di rotazione. Senza l'utilizzo di un sistema di controllo a retroazione ad anello chiuso con rilevamento della posizione, è possibile ottenere un controllo preciso della posizione e della velocità utilizzando un semplice ed economico sistema di controllo ad anello aperto, composto da un motore passo-passo e dal relativo driver.
02 motore passo-passostruttura di base e principio di funzionamento
Struttura di base:
Principio di funzionamento: il driver del motore passo-passo, in base all'impulso di controllo esterno e al segnale di direzione, tramite il suo circuito logico interno, controlla l'alimentazione degli avvolgimenti del motore passo-passo in una determinata sequenza temporale, consentendo la rotazione in avanti o all'indietro del motore, oppure il suo blocco.
Prendiamo come esempio un motore passo-passo bifase da 1,8 gradi: quando entrambi gli avvolgimenti sono alimentati ed eccitati, l'albero di uscita del motore rimane fermo e bloccato in posizione. La coppia massima che mantiene il motore bloccato alla corrente nominale è la coppia di tenuta. Se la corrente in uno degli avvolgimenti viene invertita, il motore ruoterà di un passo (1,8 gradi) in una determinata direzione.
Analogamente, se la corrente nell'altro avvolgimento cambia direzione, il motore ruoterà di un passo (1,8 gradi) nella direzione opposta rispetto al primo. Quando le correnti attraverso gli avvolgimenti della bobina vengono reindirizzate sequenzialmente all'eccitazione, il motore ruoterà a passi continui nella direzione desiderata con altissima precisione. Per una rotazione di 1,8 gradi di un motore passo-passo bifase, una settimana richiede 200 passi.
I motori passo-passo bifase hanno due tipi di avvolgimenti: bipolari e unipolari. I motori bipolari hanno un solo avvolgimento per fase, la rotazione continua del motore della corrente nella stessa bobina per essere un'eccitazione variabile sequenzialmente, la progettazione del circuito di pilotaggio richiede otto interruttori elettronici per la commutazione sequenziale.
I motori unipolari hanno due bobine di avvolgimento di polarità opposta su ciascuna fase e il motore
Ruota in modo continuo alimentando alternativamente le due bobine di avvolgimento sulla stessa fase.
Il circuito di azionamento è progettato per richiedere solo quattro interruttori elettronici. Nel bipolare
modalità di guida, la coppia di uscita del motore è aumentata di circa il 40% rispetto alla
Modalità di azionamento unipolare poiché gli avvolgimenti di ciascuna fase sono eccitati al 100%.
03, Carico del motore passo-passo
A. Momento di carico (Tf)
Tf = G * r
G: Peso del carico
r: raggio
B. Carico inerziale (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Massa di carico
R1: Raggio dell'anello esterno
R2: Raggio dell'anello interno
dω/dt: accelerazione angolare
04, curva velocità-coppia del motore passo-passo
La curva velocità-coppia è un'espressione importante delle caratteristiche di uscita del motore passo-passo
motori.
A. Punto di frequenza operativa del motore passo-passo
Il valore della velocità del motore passo-passo in un determinato punto.
n = q * Hz / (360 * D)
n: giri/sec
Hz: valore della frequenza
D: Valore di interpolazione del circuito di pilotaggio
q: angolo di passo del motore passo-passo
Ad esempio, un motore passo-passo con un angolo di passo di 1,8°, con un azionamento di interpolazione 1/2(ovvero 0,9° per passo), ha una velocità di 1,25 giri/s a una frequenza operativa di 500 Hz.
B. Area di avviamento automatico del motore passo-passo
L'area in cui è possibile avviare e arrestare direttamente il motore passo-passo.
C. Area di funzionamento continuo
In quest'area, il motore passo-passo non può essere avviato o arrestato direttamente. Motori passo-passo inquesta zona deve prima passare attraverso la zona di autoavviamento e poi essere accelerata per raggiungere laarea operativa. Allo stesso modo, il motore passo-passo in quest'area non può essere frenato direttamente,altrimenti è facile far sì che il motore passo-passo non sia sincronizzato, deve prima essere decelerato perl'area di avviamento automatico e poi frenato.
D. Frequenza di avviamento massima del motore passo-passo
Stato del motore a vuoto, per garantire che il motore passo-passo non perda il funzionamento a passi delfrequenza massima degli impulsi.
E. Frequenza operativa massima del motore passo-passo
La frequenza di impulso massima alla quale il motore viene eccitato per funzionare senza perdere un passosenza carico.
F. Coppia di avviamento/coppia di attrazione del motore passo-passo
Per far funzionare il motore passo-passo con una certa frequenza di impulsi, senzaperdita di passi della coppia di carico massima.
G. Coppia di funzionamento/coppia di aspirazione del motore passo-passo
La coppia di carico massima che soddisfa il funzionamento stabile del motore passo-passo a ununa determinata frequenza di impulsi senza perdita di passo.
05 Controllo del movimento di accelerazione/decelerazione tramite motore passo-passo
Quando il punto di frequenza operativa del motore passo-passo nella curva velocità-coppia del continuoregione operativa, come accorciare l'accelerazione o la decelerazione all'avvio o all'arresto del motoretempo, in modo che il motore funzioni più a lungo nello stato di velocità migliore, aumentando così ilIl tempo di funzionamento effettivo del motore è di fondamentale importanza.
Come mostrato nella figura seguente, la curva caratteristica della coppia dinamica del motore passo-passo èuna linea retta orizzontale a bassa velocità; ad alta velocità, la curva diminuisce esponenzialmentea causa dell'influenza dell'induttanza.
Sappiamo che il carico del motore passo-passo è TL, supponiamo di voler accelerare da F0 a F1 inil tempo più breve (tr), come si calcola il tempo più breve tr?
(1) Normalmente, 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. Accelerazione esponenziale in condizioni di alta velocità
(1) Normalmente
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * ln [(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)
Note.
J indica il momento d'inerzia rotazionale del rotore del motore sotto carico.
q è l'angolo di rotazione di ogni passo, che è l'angolo di passo del motore passo-passo nel
caso dell'intero drive.
Nell'operazione di decelerazione, basta invertire la frequenza dell'impulso di accelerazione di cui sopra.
calcolato.
06 vibrazioni e rumore del motore passo-passo
In generale, il motore passo-passo in funzionamento a vuoto, quando la frequenza di funzionamento del motoreè vicino o uguale alla frequenza intrinseca del rotore del motore, risuonerà, grave saràsi verifica un fenomeno fuori fase.
Diverse soluzioni per la risonanza:
A. Evitare la zona di vibrazione: in modo che la frequenza di funzionamento del motore non rientrila gamma di vibrazione
B. Adottare la modalità di azionamento a suddivisione: utilizzare la modalità di azionamento a micropassi per ridurre le vibrazioni
suddividendo il passaggio originale in più passaggi per aumentare la risoluzione di ciascuno
passo del motore. Ciò può essere ottenuto regolando il rapporto tra fase e corrente del motore.
Il microstepping non aumenta la precisione dell'angolo di passo, ma fa funzionare il motore più
in modo fluido e con meno rumore. La coppia è generalmente inferiore del 15% per il funzionamento a mezzo passo.
rispetto al funzionamento a passo intero e inferiore del 30% per il controllo della corrente a onda sinusoidale.
Data di pubblicazione: 9 novembre 2022