¿Principio del motor paso a paso bifásico?
Aunque los motores paso a paso se han utilizado ampliamente, no se pueden utilizar en el trabajo diario como los motores de CC y CA normales. Debe usarse en un sistema de control compuesto por señales de pulso de doble anillo y circuitos de accionamiento de potencia. Por tanto, no es fácil hacer un buen uso de los motores paso a paso, lo que implica muchos conocimientos profesionales en mecánica, motores, electrónica, informática, etc.
En la actualidad, existen muchos fabricantes de motores paso a paso, pero hay muy pocos fabricantes con personal profesional y técnico que puedan desarrollarse de forma independiente. La mayoría de ellos sólo tienen una o veinte personas y ni siquiera cuentan con el equipamiento más básico. Está simplemente en la etapa de imitación ciega. Esto ha causado muchos problemas a los usuarios en la selección y uso de productos. En vista de lo anterior, decidimos utilizar como ejemplo el motor paso a paso inductivo ampliamente utilizado. Describe su principio básico de funcionamiento. Espero que pueda ser de ayuda para la mayoría de usuarios en la selección, uso y mejora de toda la máquina.
2. El principio de funcionamiento del motor paso a paso inductivo
(1) El principio del motor paso a paso reactivo
Debido al principio de funcionamiento del motor paso a paso reactivo motor Relativamente simple. A continuación se presenta el principio del motor paso a paso reactivo trifásico.
1. Estructura:
Hay muchos dientes pequeños distribuidos uniformemente en el rotor del motor. Los dientes del estator tienen tres devanados de excitación y sus ejes geométricos, a su vez, están escalonados con el diente del rotor. eje. 0, 1/3 て, 2/3 て (la distancia entre dos ejes de engranajes del rotor adyacentes es el paso de los dientes, representado por て), es decir, a está alineado con el diente 1, b está escalonado hacia la derecha en 1/3て, yc está a la derecha Tambalear 2/3.
2. Rotación:
Si se energiza la fase A y se desenergizan la fase B y la fase C, el diente 1 se alinea con A debido al campo magnético (lo mismo se aplica a el rotor sin ninguna fuerza). Si la fase b está energizada y las fases a y c están desenergizadas, el diente 2 debe estar alineado con b. En este momento, el rotor se mueve hacia la derecha 1/3 て. En este momento, los dientes 3 y c están desplazados 1/3 て, y los dientes 4 y a están desplazados (て-1/3 て). p>
Si la fase c está energizada y las fases a y b no, el diente 3 debe estar alineado con c. En este momento, el rotor se mueve 1/3て hacia la derecha y el desplazamiento entre los dientes 4 y a es 1/3て. Si la fase a está energizada, la fase b y la fase c se desenergizan, el diente 4 está alineado con a. y el rotor pasa 1/3 て hacia la derecha. Después de que A, B, C y A se energizan respectivamente, el diente 4 (es decir, el diente antes del diente 1) se mueve a la fase A y el rotor del motor gira uno. paso a la derecha. Si presiona A, B, C continuamente, si presiona A, C, B, A... para energizar, el motor retrocederá.
Se puede ver por el número de conducciones (número de pulsos) y la frecuencia que la posición y la velocidad del motor están en correspondencia uno a uno. Y la dirección está determinada por la secuencia de conducción.
Sin embargo, para el par, la estabilidad, el ruido y la reducción del ángulo. A menudo se utiliza el estado conductor de A-AB-B-BC-C-CA-A y el tamaño del paso original se cambia de 1/3 a 1/6. Incluso a través de diferentes combinaciones de corriente bifásica, cambia de 1/3て a 1/12て y 1/24て, que es la base teórica básica del accionamiento por subdivisión de motores.
No es difícil deducir que existe un devanado de excitación de fase M en el estator del motor, y los desfases entre su eje y el eje del engranaje del rotor son 1/m, 2/m... ( m-1)/m, 1 respectivamente. Y la conducción se puede controlar mediante el motor que gira hacia adelante y hacia atrás en una determinada secuencia de fases; esta es la condición física para la rotación del motor paso a paso. Siempre que se cumpla esta condición, teóricamente se pueden fabricar motores paso a paso de cualquier fase. Teniendo en cuenta el coste y otros aspectos, generalmente existen en el mercado dos, tres, cuatro y cinco fases.
3. Par:
Una vez encendido el motor, se generará un campo magnético (flujo magnético ф) entre el estator y el estator. Cuando el rotor y el estator están escalonados en un cierto ángulo, la fuerza F es proporcional a (dф/dθ). S es el flujo magnético ф = Br * S Br es la densidad magnética, S es el área de permeabilidad magnética F es proporcional a L*D*Br, L es la longitud efectiva del núcleo de hierro, D es el diámetro del rotor Br = n I/r n I es el amperio-vuelta del devanado de excitación (la corriente multiplicada por el número de vueltas).
Par = fuerza * radio
El par es proporcional al volumen efectivo del motor * el número de amperios vueltas * la densidad magnética (solo se considera el estado lineal). Por lo tanto, cuanto mayor sea el volumen efectivo del motor, mayores serán los amperios-vuelta de excitación, menor será el entrehierro entre el estator y el rotor y mayor será el par del motor, y viceversa.
(2) Motor paso a paso de inducción
1. Función:
En comparación con el motor paso a paso reactivo tradicional, el motor paso a paso de inducción tiene imanes permanentes. el estator proporciona el punto de trabajo del material magnético blando, y la excitación del estator solo necesita proporcionar un campo magnético cambiante y no necesita proporcionar consumo de energía para el punto de trabajo del material magnético. Por lo tanto, el motor tiene una alta eficiencia. corriente pequeña y baja generación de calor. Debido a la presencia de imanes permanentes, el motor tiene una fuerte fuerza electromotriz inversa, mejor efecto de autoamortiguación, funcionamiento más suave, bajo nivel de ruido y baja vibración de baja frecuencia.
El motor paso a paso de inducción puede considerarse hasta cierto punto como un motor síncrono de baja velocidad. Un motor de cuatro fases puede funcionar con cuatro fases o con dos fases. (Deben ser accionados con voltaje bipolar), mientras que los motores reactivos no pueden.
Por ejemplo, el funcionamiento de cuatro y ocho fases (A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A) puede adoptar completamente el modo de funcionamiento de dos fases y ocho tiempos. No es difícil encontrar que sus condiciones son C=, D=.
Los devanados internos de los motores bifásicos son exactamente iguales que los de los motores tetrafásicos. Generalmente, los motores de baja potencia están conectados directamente a motores bifásicos. Para facilitar el uso y cambiar de manera flexible las características dinámicas del motor, el cableado externo del motor suele ser de ocho conductores (cuatro fases), que se puede utilizar como un motor de cuatro fases o un devanado de motor de dos fases. en serie o en paralelo.
2. Clasificación
Los motores paso a paso de inducción se pueden dividir en motores bifásicos, motores trifásicos, motores cuatrofásicos y motores cincofásicos según el número de fases. Según el número de cuadros (diámetro exterior del motor), se divide en: 42BYG (BYG es el nombre en clave del motor paso a paso de inducción), 57BYG, 86BYG, 110BYG (estándar internacional) y 70BYG, 90BYG y 130BYG son todos estándares internos.
3. Términos indicadores estáticos del motor paso a paso
Número de fases: el número de pares de bobinas de excitación que producen campos magnéticos N y S con diferentes polos opuestos. A menudo está representado por m.
Número de latidos: El número de pulsos necesarios para completar el cambio periódico del campo magnético o estado conductor está representado por n, o se refiere al número de pulsos necesarios para que el motor gire un ángulo de paso. Tomando un motor de cuatro fases como ejemplo, hay modos de operación de cuatro fases y cuatro tiempos, a saber, AB-BC-CD-DA-AB, y modos de operación de cuatro fases y ocho tiempos, a saber, A-AB-B-BC. -C-CD-D-DA-A.
Ángulo de paso: corresponde a una señal de pulso, y el desplazamiento angular del rotor del motor está representado por θ. θ=360 grados (número de dientes del rotor J*número de latidos de funcionamiento), tomando como ejemplo un motor convencional bifásico o cuatrifásico con 50 dientes de rotor. El ángulo de paso de cuatro tiempos es θ = 360 grados / (50 * 4) = 1,8 grados (comúnmente conocido como paso completo), y el ángulo de paso de ocho tiempos es θ = 360 grados / (50 * 8) = 0,9 grados (comúnmente conocido como paso de semitono).
Par de posicionamiento: el par de bloqueo del propio rotor del motor cuando el motor no está energizado (provocado por armónicos del perfil de los dientes del campo magnético y errores mecánicos).
Par estático: el par de bloqueo del eje del motor cuando el motor no gira bajo electricidad estática nominal. Este par es una medida del volumen del motor (tamaño geométrico) y no tiene nada que ver con el voltaje del variador y el suministro de energía.
Aunque el par estático es proporcional a los amperios-vueltas de excitación electromagnética y está relacionado con el entrehierro del estator y del rotor, no es aconsejable reducir excesivamente el entrehierro y aumentar los amperios-vueltas de excitación para aumentar el par estático. Esto provocará que el motor se caliente y haga ruido mecánico.
4. Terminología e indicadores dinámicos del motor paso a paso:
1. Precisión del ángulo de paso:
El valor real y la teoría de cada ángulo de paso del error del motor paso a paso. entre valores. Expresado en porcentaje: error/ángulo de paso*100%. Los valores para diferentes tiempos de carrera son diferentes. Cuatro tiempos deben estar dentro del 5% y ocho tiempos deben estar dentro del 15%.
Por dentro.
2. Fuera de sincronización:
El número de pasos cuando el motor está en marcha no es igual al número de pasos teórico. Llámalo desafinado.
3. Ángulo de desalineación:
Cuando el eje del engranaje del rotor se desvía del eje del engranaje del estator, debe haber un ángulo de desalineación durante el funcionamiento del motor y el error causado por el El ángulo de desalineación es un factor de subdivisión irresoluble.
4. Frecuencia máxima de arranque sin carga:
La frecuencia más alta a la que el motor puede arrancar directamente sin carga bajo una determinada forma de accionamiento, voltaje y corriente nominal.
5. Frecuencia máxima de funcionamiento sin carga:
Bajo una determinada forma de accionamiento, voltaje y corriente nominal, la frecuencia de velocidad máxima del motor cuando no hay carga.
6. Características par-frecuencia de funcionamiento:
La curva de relación entre el par de salida y la frecuencia medida por el motor en determinadas condiciones de prueba se denomina característica par-frecuencia de funcionamiento, que es La más importante de las muchas curvas dinámicas del motor es la base básica para la selección del motor. Como se muestra en la siguiente figura:
Otras características incluyen características de frecuencia de inercia, características de frecuencia de arranque, etc.
Una vez seleccionado el motor, se determina el par estático del motor, pero no se determina el par dinámico. El par dinámico del motor depende de la corriente promedio cuando el motor está en funcionamiento (no de la corriente de reposo). Cuanto mayor es la corriente promedio, mayor es el par de salida del motor, es decir, más duras son las características de frecuencia del motor.
Entre ellos, la curva 3 tiene la corriente más grande o el voltaje más alto; la curva 1 tiene la corriente o voltaje más bajo, y la intersección entre la curva y la carga es el punto de velocidad máxima de la carga. Para aumentar la corriente promedio, aumente el voltaje del variador tanto como sea posible y use un motor con una inductancia pequeña y una corriente alta.
7. Punto de vibración del motor:
El motor paso a paso tiene un área de vibración fija. Generalmente, el * área de vibración de los motores paso a paso de inducción de dos y cuatro fases está entre 180 y 250 pps (ángulo de paso de 1,8 grados) o alrededor de 400 pps (ángulo de paso de 0,9 grados). Cuanto mayor sea el voltaje del motor, mayor será la corriente del motor, más ligera será la carga y menor será el tamaño del motor.
8. Control de avance y retroceso del motor:
Cuando la secuencia de activación del devanado del motor es AB-BC-CD-DA o (), es rotación hacia adelante y la secuencia de activación es DA-CA- Cuando BC-AB o (), se invierte.
3. Composición del sistema de control del variador
El uso y control del motor paso a paso debe ser un sistema de control compuesto por pulso de anillo y amplificación de potencia. El diagrama de bloques es el siguiente:
1, generación de señal de pulso.
La señal de pulso generalmente es generada por un microcontrolador o CPU, y el ciclo de trabajo de la señal de pulso es de aproximadamente 0,3-0,4.
Cuanto mayor sea la velocidad del motor, mayor será el ciclo de trabajo.
2. Distribución de señal
Los motores paso a paso de inducción producidos por nuestra fábrica son principalmente motores bifásicos y tetrafásicos. El motor bifásico tiene dos modos de funcionamiento: bifásico de cuatro tiempos y bifásico de ocho tiempos. La distribución específica es la siguiente: bifásico de cuatro tiempos, ángulo de paso 65438 ± 0,8 grados; , ángulo de paso 0,9 grados. Los motores de cuatro fases también tienen dos modos de funcionamiento. Las cuatro fases y los cuatro tiempos son AB-BC-CD-DA-AB y el ángulo del paso es de 1,8 grados. Las cuatro fases y ocho tiempos son AB-B-BC-C-CD-D-AB (ángulo de paso de 0,9 grados).
3. Amplificación de potencia
La amplificación de potencia es la parte más importante del sistema motriz. El par de un motor paso a paso a una cierta velocidad depende de su corriente promedio dinámica en lugar de su corriente estática (y la corriente en la muestra es la corriente estática). Cuanto mayor sea la corriente promedio, mayor será el par del motor. Para lograr la corriente promedio, el sistema de accionamiento necesita superar la fuerza contraelectromotriz del motor tanto como sea posible. Por lo tanto, se utilizan diferentes métodos de conducción en diferentes ocasiones. Hasta ahora, generalmente existen los siguientes métodos de conducción: voltaje constante, resistencia en serie de voltaje constante, conducción de alto y bajo voltaje, corriente constante, subdivisión, etc.
Para mejorar el rendimiento dinámico del motor tanto como sea posible, la distribución de señal y la amplificación de potencia constituyen la fuente de alimentación del motor paso a paso. La fuente de alimentación del controlador de corte de corriente constante bifásica de la serie SH, el microcontrolador y el diagrama de cableado del motor producidos por nuestra fábrica son los siguientes:
Descripción:
El CP está conectado a la señal de pulso de la CPU (señal negativa, Ping de baja potencia válido)
Conexión optoelectrónica a CPU+5V.
FREE está fuera de línea, conectado a tierra de la CPU y la fuente de alimentación de la unidad no funciona.
Control de dirección DIR, conectado al cable de tierra de la CPU, el motor invierte.
Terminal positivo de la fuente de alimentación CC VCC
Terminal negativo de la fuente de alimentación CC GND
a Conecte al cable rojo del cable del motor.
Conecta el cable verde al cable del motor.
Conecta el cable amarillo al cable del motor.
Una vez finalizado el motor paso a paso de cable azul conectado al cable de salida del motor, su rendimiento depende de la fuente de alimentación del motor. Cuanto mayor sea la velocidad del motor paso a paso, mayor será el par, mayor será la corriente del motor y mayor será el voltaje de la fuente de alimentación. La influencia del voltaje en el par es la siguiente:
4. Controlador de subdivisión
Cuando el ángulo de paso del motor paso a paso no puede cumplir con los requisitos de uso, se puede usar un controlador de subdivisión para conducir. el motor paso a paso. El principio del controlador de subdivisión es controlar el funcionamiento del motor paso a paso cambiando la magnitud de las corrientes adyacentes (A, B) para cambiar el ángulo del campo magnético resultante.
IV. Aplicación de motores paso a paso
(1) Selección de motores paso a paso
Los motores paso a paso se componen de tres elementos: ángulo de paso (que implica un número de fases) , par estático y corriente. Una vez determinados estos tres elementos, se determina el modelo del motor paso a paso.
1. Selección del ángulo de paso
El ángulo de paso del motor depende de los requisitos de precisión de la carga. Convierta la resolución mínima (equivalente) de la carga al eje del motor y cuántos ángulos debe tomar cada motor equivalente (incluida la desaceleración). El ángulo de paso del motor debe ser igual o menor que este ángulo. Los ángulos de paso de los motores paso a paso actualmente en el mercado generalmente incluyen 0,36 grados/0,72 grados (motores de cinco fases), 0,9 grados/1,8 grados (motores de dos y cuatro fases) y 1,5 grados/3 grados (motores trifásicos). motores).
2. Selección del par estático
Es difícil determinar el par dinámico del motor paso a paso a la vez. A menudo determinamos primero el par estático del motor. La selección del par estático se basa en la carga de trabajo del motor, que se divide en carga de inercia y carga de fricción. No existe una única carga inercial ni una única carga de fricción. Al arrancar directamente (generalmente a baja velocidad), se deben considerar ambas cargas. Durante el arranque acelerado, se considera principalmente la carga inercial, y durante la operación a velocidad constante, solo se considera la carga de fricción. Generalmente, el par estático debe estar entre 2 y 3 veces la carga de fricción. Una vez seleccionado el par estático, se puede determinar el marco y la longitud (dimensiones geométricas) del motor.
3. Selección de corriente
Los motores con el mismo par estático tienen diferentes características de funcionamiento debido a diferentes parámetros de corriente. La corriente del motor se puede juzgar de acuerdo con la curva característica de frecuencia de torsión (consulte la fuente de alimentación y el voltaje de conducción).
4. Conversión de par y potencia
Los motores paso a paso generalmente tienen un amplio rango de velocidad y potencia variable. Generalmente se mide solo por torque. La conversión entre par y potencia es la siguiente:
P =ωMω= 2πn/60 P = 2πnM/60
Donde p es la unidad de potencia en vatios y ω es por segundo Velocidad angular en radianes, n es la velocidad por minuto y m es el par.
La unidad es Newton metros.
P=2πfM/400 (operación de medio paso)
Donde f es el número de pulsos por segundo (PPS para abreviar)
(2) Precauciones para uso
1. Los motores paso a paso se utilizan en situaciones de baja velocidad: la velocidad no supera las 1000 rpm (0,9 grados 6666PPS), y es mejor usarlos entre 1000-3000PPS (0,9 grados). Aquí puede funcionar a través de un reductor y el motor tiene una alta eficiencia de trabajo y poco ruido.
2. Es mejor no utilizar el estado de paso completo del motor paso a paso porque la vibración en el estado de paso completo es grande.
3. Por razones históricas, solo los motores con un voltaje nominal de 12 V usan 12 V. Los valores de voltaje de otros motores no son voltios de voltaje, por lo que el voltaje de manejo se puede seleccionar de acuerdo con el controlador. (recomendación: 57BYG usa 24V- 36V DC, 86BYG usa 50V DC, 110Byg usa 80V DC).
4. Para cargas con gran inercia rotacional, se deben seleccionar motores con tamaños de bastidor grandes.
5. Cuando el motor está a alta velocidad o con una gran carga de inercia, generalmente no arranca a la velocidad de funcionamiento, sino que aumenta gradualmente la frecuencia y la velocidad. Esto puede reducir el ruido y mejorar la precisión del posicionamiento del apagado. .
6. La alta precisión debe solucionarse mediante desaceleración mecánica, aumentando la velocidad del motor o utilizando un controlador de alta resolución. También se puede utilizar un motor de 5 fases, pero todo el sistema es más caro. y hay menos fabricantes, en términos sencillos, se elimina.
7. El motor no debe funcionar en la zona de vibración. Si es necesario, se puede solucionar cambiando el voltaje y la corriente o añadiendo algo de amortiguación.
8. Cuando el motor funciona por debajo de 600 PPS (0,9 grados), debe funcionar con poca corriente, gran inductancia y bajo voltaje.
9. Se debe seguir el principio de seleccionar primero el motor y luego el conductor.
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