Als AktuatorSchrittmotorist eines der Schlüsselprodukte der Mechatronik, das in verschiedenen Automatisierungssteuerungssystemen weit verbreitet ist. Mit der Entwicklung der Mikroelektronik und Computertechnologie steigt die Nachfrage nach Schrittmotoren von Tag zu Tag, und sie werden in verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft eingesetzt.
01 Was ist einSchrittmotor
Ein Schrittmotor ist ein elektromechanisches Gerät, das elektrische Impulse direkt in mechanische Bewegung umwandelt. Durch die Steuerung von Sequenz, Frequenz und Anzahl der an die Motorspule angelegten elektrischen Impulse lassen sich Lenkung, Geschwindigkeit und Drehwinkel des Schrittmotors steuern. Ohne den Einsatz eines geschlossenen Regelkreises mit Positionssensorik lässt sich eine präzise Positions- und Geschwindigkeitsregelung mit einem einfachen, kostengünstigen offenen Regelkreis, bestehend aus einem Schrittmotor und dem dazugehörigen Treiber, erreichen.
02 SchrittmotorGrundaufbau und Funktionsprinzip
Grundstruktur:
Funktionsprinzip: Der Schrittmotortreiber steuert gemäß dem externen Steuerimpuls und dem Richtungssignal über seine interne Logikschaltung die Wicklungen des Schrittmotors in einer bestimmten Zeitsequenz vorwärts oder rückwärts und aktiviert so die Vorwärts-/Rückwärtsdrehung des Motors oder dessen Blockierung.
Nehmen wir als Beispiel einen 1,8-Grad-Zweiphasen-Schrittmotor: Wenn beide Wicklungen bestromt und erregt sind, steht die Motorabtriebswelle still und ist in ihrer Position verriegelt. Das maximale Drehmoment, das den Motor bei Nennstrom verriegelt, ist das Haltemoment. Wird der Strom in einer der Wicklungen umgeleitet, dreht sich der Motor einen Schritt (1,8 Grad) in eine bestimmte Richtung.
Ändert der Strom in der anderen Wicklung die Richtung, dreht sich der Motor einen Schritt (1,8 Grad) in die entgegengesetzte Richtung. Werden die Ströme durch die Spulenwicklungen sequenziell zur Erregung umgeleitet, dreht sich der Motor mit sehr hoher Genauigkeit kontinuierlich in die vorgegebene Richtung. Bei einer Drehung um 1,8 Grad benötigt ein Zweiphasen-Schrittmotor 200 Schritte pro Woche.
Zweiphasige Schrittmotoren haben zwei Wicklungsarten: bipolar und unipolar. Bipolare Motoren haben nur eine Wicklung pro Phase, der Motor dreht sich kontinuierlich, der Strom in derselben Spule wird sequentiell variabel erregt, das Design der Antriebsschaltung erfordert acht elektronische Schalter für sequentielles Schalten.
Unipolare Motoren haben zwei Wicklungsspulen mit entgegengesetzter Polarität auf jeder Phase, und der Motor
dreht sich kontinuierlich, indem die beiden Wicklungsspulen abwechselnd in derselben Phase erregt werden.
Die Ansteuerschaltung ist so ausgelegt, dass nur vier elektronische Schalter benötigt werden. Im bipolaren
Im Antriebsmodus erhöht sich das Ausgangsdrehmoment des Motors um etwa 40 % im Vergleich zum
unipolarer Antriebsmodus, da die Wicklungsspulen jeder Phase zu 100 % erregt sind.
03, Schrittmotorlast
A. Momentbelastung (Tf)
Tf = G * r
G: Lastgewicht
r: Radius
B. Trägheitslast (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Lastmasse
R1: Radius des Außenrings
R2: Radius des Innenrings
dω/dt: Winkelbeschleunigung
04, Drehzahl-Drehmoment-Kurve des Schrittmotors
Die Drehzahl-Drehmoment-Kurve ist ein wichtiger Ausdruck der Ausgangscharakteristik von Schrittmotoren.
Motoren.
A. Betriebsfrequenzpunkt des Schrittmotors
Der Geschwindigkeitswert des Schrittmotors an einem bestimmten Punkt.
n = q * Hz / (360 * D)
n: Umdrehungen/Sekunde
Hz: Frequenzwert
D: Interpolationswert der Antriebsschaltung
q: Schrittwinkel des Schrittmotors
Beispielsweise ein Schrittmotor mit einem Steigungswinkel von 1,8°, mit einem 1/2 Interpolationsantrieb(d. h. 0,9° pro Schritt) hat eine Geschwindigkeit von 1,25 U/s bei einer Betriebsfrequenz von 500 Hz.
B. Selbststartbereich des Schrittmotors
Der Bereich, in dem der Schrittmotor direkt gestartet und gestoppt werden kann.
C. Dauerbetriebsbereich
In diesem Bereich kann der Schrittmotor nicht direkt gestartet oder gestoppt werden. Schrittmotoren inDieser Bereich muss zuerst den Selbststartbereich durchlaufen und dann beschleunigt werden, um denBetriebsbereich. Ebenso kann der Schrittmotor in diesem Bereich nicht direkt gebremst werden,sonst ist es leicht, den Schrittmotor aus dem Takt zu bringen, muss zuerst abgebremst werdenden Selbststartbereich und anschließend abgebremst.
D. Maximale Startfrequenz des Schrittmotors
Motor Leerlaufzustand, um sicherzustellen, dass der Schrittmotor nicht verliert Schritt Betrieb dermaximale Pulsfrequenz.
E. Maximale Betriebsfrequenz des Schrittmotors
Die maximale Pulsfrequenz, bei der der Motor zum Laufen angeregt wird, ohne einen Schritt zu verlierenohne Last.
F. Anlaufdrehmoment / Anzugsdrehmoment des Schrittmotors
Um den Schrittmotor in einer bestimmten Pulsfrequenz zu starten und zu starten, ohneVerlust von Schritten des maximalen Lastdrehmoments.
G. Laufdrehmoment/Einzugsdrehmoment des Schrittmotors
Das maximale Lastdrehmoment, das den stabilen Betrieb des Schrittmotors bei einerbestimmte Pulsfrequenz ohne Schrittverlust.
05 Schrittmotor-Beschleunigungs-/Verzögerungsbewegungssteuerung
Wenn der Schrittmotor Betriebsfrequenz Punkt in der Drehzahl-Drehmoment-Kurve der kontinuierlichenBetriebsbereich, wie man die Motorstart- oder Stoppbeschleunigung oder -verzögerung verkürztZeit, so dass der Motor länger im besten Geschwindigkeitszustand läuft, wodurch dieDie effektive Laufzeit des Motors ist sehr kritisch.
Wie in der Abbildung unten gezeigt, ist die dynamische Drehmomentkennlinie des Schrittmotorseine horizontale Gerade bei niedriger Geschwindigkeit; bei hoher Geschwindigkeit nimmt die Kurve exponentiell abaufgrund des Einflusses der Induktivität.
Wir wissen, dass die Schrittmotorlast TL ist. Nehmen wir an, wir wollen von F0 auf F1 beschleunigen indie kürzeste Zeit (tr), wie berechnet man die kürzeste Zeit tr?
(1) Normalerweise ist 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. Exponentielle Beschleunigung bei hoher Geschwindigkeit
(1) Normalerweise
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)
Anmerkungen.
J gibt die Rotationsträgheit des Motorrotors unter Last an.
q ist der Drehwinkel jedes Schrittes, also der Schrittwinkel des Schrittmotors im
Fall des gesamten Laufwerks.
Im Verzögerungsbetrieb kann einfach die obige Beschleunigungsimpulsfrequenz umgekehrt werden
berechnet.
06 Vibrationen und Geräusche des Schrittmotors
Im Allgemeinen Schrittmotor im Leerlauf, wenn die Motorbetriebsfrequenznahe oder gleich der Eigenfrequenz des Motorrotors ist, wird mitschwingen, ernsthafteEs kommt zu einem Außer-Tritt-Phänomen.
Mehrere Lösungen für Resonanz:
A. Vermeiden Sie die Vibrationszone: damit die Betriebsfrequenz des Motors nicht in dender Schwingungsbereich
B. Nehmen Sie den Unterteilungs-Antriebsmodus an: Verwenden Sie den Mikroschritt-Antriebsmodus, um Vibrationen zu reduzieren durch
Unterteilung des ursprünglichen Schrittes in mehrere Schritte, um die Auflösung jedes einzelnen Schrittes zu erhöhen
Motorschritt. Dies kann durch Anpassen des Phasen-Strom-Verhältnisses des Motors erreicht werden.
Microstepping erhöht zwar nicht die Schrittwinkelgenauigkeit, lässt den Motor aber schneller laufen
sanfter und geräuschärmer. Das Drehmoment ist im Halbschrittbetrieb generell um 15 % geringer
als beim Vollschrittbetrieb und 30 % niedriger bei der Sinusstromregelung.
Beitragszeit: 09.11.2022