Cum'è un attuatore,mutore passu à passuhè unu di i prudutti chjave di a mecatronica, chì hè largamente utilizatu in diversi sistemi di cuntrollu di l'automatizazione. Cù u sviluppu di a microelettronica è di a tecnulugia informatica, a dumanda di motori stepper cresce ghjornu dopu ghjornu, è sò aduprati in diversi campi ecunomichi naziunali.
01 Chì ghjè unmutore passu à passu
U mutore stepper hè un dispusitivu elettromeccanicu chì cunverte direttamente l'impulsi elettrichi in muvimentu meccanicu. Cuntrullendu a sequenza, a frequenza è u numeru di impulsi elettrichi applicati à a bobina di u mutore, si pò cuntrullà a sterzata, a velocità è l'angulu di rotazione di u mutore stepper. Senza l'usu di un sistema di cuntrollu di feedback à circuitu chjusu cù rilevamentu di pusizione, si pò ottene un cuntrollu precisu di pusizione è velocità aduprendu un sistema di cuntrollu à circuitu apertu simplice è à bassu costu cumpostu da un mutore stepper è u so driver accumpagnatore.
02 mutore passu à passustruttura basica è principiu di funziunamentu
Struttura basica:
Principiu di funziunamentu: u driver di u mutore stepper secondu l'impulsu di cuntrollu esternu è u signale di direzzione, attraversu u so circuitu logicu internu, cuntrolla l'avvolgimenti di u mutore stepper in una certa sequenza di timing in avanti o in daretu energizatu, in modu chì u mutore gira in avanti / in daretu, o si blocca.
Pigliate cum'è esempiu un mutore stepper bifase di 1,8 gradi: quandu i dui avvolgimenti sò energizzati è eccitati, l'alberu di uscita di u mutore serà stazionariu è bluccatu in pusizione. A coppia massima chì mantene u mutore bluccatu à a corrente nominale hè a coppia di mantenimentu. Se a corrente in unu di l'avvolgimenti hè reindirizzata, u mutore girerà di un passu (1,8 gradi) in una data direzzione.
In listessu modu, s'è a currente in l'altru avvolgimentu cambia di direzzione, u mutore girarà un passu (1,8 gradi) in a direzzione opposta à a prima. Quandu e currenti attraversu l'avvolgimenti di a bobina sò ridirette sequenzialmente versu l'eccitazione, u mutore girarà in un passu cuntinuu in a direzzione data cù una precisione assai alta. Per 1,8 gradi di mutore stepper bifase, a rotazione di una settimana richiede 200 passi.
I motori stepper bifase anu dui tipi d'avvolgimenti: bipolari è unipolari. I motori bipolari anu solu una bobina d'avvolgimentu per fase, u mutore gira cuntinuamente a corrente in a listessa bobina per esse eccitazione sequenziale variabile, u disignu di u circuitu di azionamentu richiede ottu interruttori elettronichi per a commutazione sequenziale.
I motori unipolari anu duie bobine di avvolgimentu di polarità opposta nantu à ogni fase, è u mutore
gira continuamente energizendu alternativamente e duie bobine d'avvolgimentu nantu à a stessa fase.
U circuitu di guida hè cuncipitu per richiede solu quattru interruttori elettronichi. In u bipolare
In u modu di guida, a coppia di uscita di u mutore hè aumentata di circa 40% paragunata à u
Modu di guida unipolare perchè e bobine di avvolgimentu di ogni fase sò eccitate à 100%.
03, Carica di u mutore passu à passu
A. Carica di mumentu (Tf)
Tf = G * r
G: Pesu di carica
r: raghju
B. Carica d'inerzia (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Massa di carica
R1: Raggiu di l'anellu esternu
R2: Raggiu di l'anellu internu
dω/dt: Accelerazione angulare
04, curva di velocità-coppia di u mutore stepper
A curva velocità-coppia hè una espressione impurtante di e caratteristiche di uscita di u mutore stepper.
motori.
A. Puntu di frequenza di funziunamentu di u mutore stepper
U valore di velocità di u mutore stepper à un certu puntu.
n = q * Hz / (360 * D)
n: giri/sec
Hz: Valore di frequenza
D: Valore d'interpolazione di u circuitu di guida
q: angulu di passu di u mutore stepper
Per esempiu, un mutore stepper cù un angulu di pitch di 1,8°, cù un azionamentu d'interpolazione 1/2(vale à dì, 0,9° per passu), hà una velocità di 1,25 r/s à una frequenza operativa di 500 Hz.
B. Zona di autoavvio di u mutore passu à passu
A zona induve u mutore stepper pò esse avviatu è arrestatu direttamente.
C. Zona di funziunamentu cuntinuu
In questa zona, u mutore stepper ùn pò esse avviatu o fermatu direttamente. I mutori stepper insta zona deve prima passà per a zona di autoavviamentu è dopu esse accelerata per ghjunghje à uzona operativa. In listessu modu, u mutore stepper in questa zona ùn pò esse frenatu direttamente,altrimenti hè faciule di fà chì u mutore stepper fora di passu, deve prima esse deceleratu pera zona di autoavviamentu è dopu hà frenatu.
D. Frequenza massima di partenza di u mutore stepper
Statu di u mutore senza carica, per assicurà chì u mutore passu à passu ùn perda micca u funziunamentu di u passu.frequenza massima di l'impulsi.
E. Frequenza massima di funziunamentu di u mutore stepper
A frequenza massima di l'impulsi à a quale u mutore hè eccitatu per funziunà senza perde un passusottu senza carica.
F. Coppia di partenza di u mutore passu à passu / coppia di trazione
Per risponde à u mutore stepper in una certa frequenza d'impulsi per inizià è cumincià à corre, senzaperdendu passi di a coppia di carica massima.
G. Coppia di funziunamentu di u mutore stepper / coppia di assorbimentu
A coppia di carica massima chì suddisfà u funziunamentu stabile di u mutore stepper à ununa certa frequenza d'impulsu senza perdita di passu.
05 Cuntrollu di u muvimentu di accelerazione/decelerazione di u mutore passu à passu
Quandu u puntu di frequenza di funziunamentu di u mutore stepper in a curva di velocità-coppia di continuuregione di funziunamentu, cumu scurzà l'avviamentu o l'arrestu di u mutore, l'accelerazione o a decelerazionetempu, affinchì u mutore funzioni più longu in u megliu statu di velocità, aumentendu cusì uU tempu di funziunamentu efficace di u mutore hè assai criticu.
Cum'è mostratu in a figura sottu, a curva caratteristica di coppia dinamica di u mutore stepper hèuna linea retta orizzontale à bassa velocità; à alta velocità, a curva diminuisce esponenzialmenteper via di l'influenza di l'induttanza.
Sapemu chì a carica di u mutore stepper hè TL, supponemu chì vulemu accelerà da F0 à F1 inu tempu u più cortu (tr), cumu calculà u tempu u più cortu tr ?
(1) Nurmalmente, 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 cundizioni d'alta velocità
(1) Nurmalmente
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)
Note.
J indica l'inerzia rotazionale di u rotore di u mutore sottu carica.
q hè l'angulu di rotazione di ogni passu, chì hè l'angulu di passu di u mutore stepper in u
casu di tuttu u discu.
In l'operazione di decelerazione, basta à inverte a frequenza di l'impulsi di accelerazione sopra citata.
calculatu.
06 vibrazione è rumore di u mutore stepper
In generale, u mutore stepper in funziunamentu à vuoto, quandu a frequenza di funziunamentu di u mutorehè vicinu o uguale à a frequenza inerente di u rotore di u mutore risunerà, seria seràsi verifica un fenomenu di fora di passu.
Parechje suluzioni per a risonanza:
A. Evitate a zona di vibrazione: affinchì a frequenza di funziunamentu di u mutore ùn sia micca ina gamma di vibrazioni
B. Aduttà a modalità di guida di suddivisione: Aduprà a modalità di guida à micro-passi per riduce e vibrazioni
suddividendu u passu originale in parechji passi per aumentà a risoluzione di ognunu
passu di u mutore. Questu pò esse ottenutu aghjustendu u rapportu fase-corrente di u mutore.
U microstepping ùn aumenta micca a precisione di l'angulu di passu, ma face chì u mutore funziona di più.
senza intoppi è cù menu rumore. A coppia hè generalmente 15% più bassa per u funziunamentu à mezu passu
chè per u funziunamentu à passu cumpletu, è 30% più bassu per u cuntrollu di corrente à onda sinusoidale.
Data di publicazione: 09 di nuvembre di u 2022