به عنوان یک محرک،موتور پله‌اییکی از محصولات کلیدی مکاترونیک است که به طور گسترده در سیستم‌های کنترل اتوماسیون مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. با توسعه میکروالکترونیک و فناوری رایانه، تقاضا برای موتورهای پله‌ای روز به روز در حال افزایش است و از آنها در زمینه‌های مختلف اقتصادی ملی استفاده می‌شود.
01 چیست؟موتور پله‌ای
موتور پله‌ای یک وسیله الکترومکانیکی است که مستقیماً پالس‌های الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. با کنترل توالی، فرکانس و تعداد پالس‌های الکتریکی اعمال شده به سیم‌پیچ موتور، می‌توان فرمان، سرعت و زاویه چرخش موتور پله‌ای را کنترل کرد. بدون استفاده از سیستم کنترل فیدبک حلقه بسته با حسگر موقعیت، می‌توان با استفاده از یک سیستم کنترل حلقه باز ساده و کم‌هزینه متشکل از یک موتور پله‌ای و درایور همراه آن، کنترل دقیق موقعیت و سرعت را به دست آورد.
02 موتور پله‌ایساختار اساسی و اصل کار
ساختار پایه：
اصل کار: درایور موتور پله‌ای با توجه به پالس کنترل خارجی و سیگنال جهت، از طریق مدار منطقی داخلی خود، سیم‌پیچ‌های موتور پله‌ای را در یک توالی زمانی خاص به جلو یا عقب هدایت می‌کند تا موتور به جلو/عقب بچرخد یا قفل شود.
به عنوان مثال، موتور پله‌ای دو فاز با زاویه ۱.۸ درجه را در نظر بگیرید: وقتی هر دو سیم‌پیچ تحریک و فعال می‌شوند، شفت خروجی موتور ثابت و در موقعیت قفل شده قرار می‌گیرد. حداکثر گشتاوری که موتور را در جریان نامی قفل نگه می‌دارد، گشتاور نگهدارنده است. اگر جریان در یکی از سیم‌پیچ‌ها تغییر مسیر داده شود، موتور یک پله (۱.۸ درجه) در جهت معین می‌چرخد.
به طور مشابه، اگر جریان در سیم‌پیچ دیگر جهت خود را تغییر دهد، موتور یک گام (۱.۸ درجه) در جهت مخالف اولی می‌چرخد. هنگامی که جریان‌های عبوری از سیم‌پیچ‌های کویل به طور متوالی به تحریک هدایت می‌شوند، موتور با دقت بسیار بالا در یک گام پیوسته در جهت داده شده می‌چرخد. برای ۱.۸ درجه چرخش موتور پله‌ای دو فاز در یک هفته، ۲۰۰ گام طول می‌کشد.
موتورهای پله‌ای دو فاز دارای دو نوع سیم‌پیچ هستند: دوقطبی و تک‌قطبی. موتورهای دوقطبی فقط یک سیم‌پیچ در هر فاز دارند، چرخش پیوسته موتور با جریان در همان سیم‌پیچ به صورت تحریک متغیر متوالی است، طراحی مدار درایو به هشت سوئیچ الکترونیکی برای سوئیچینگ متوالی نیاز دارد.
موتورهای تک قطبی در هر فاز دو سیم پیچ با قطب مخالف دارند و موتور
با انرژی دادن متناوب به دو سیم‌پیچ روی یک فاز، به طور مداوم می‌چرخد.
مدار درایو طوری طراحی شده است که فقط به چهار سوئیچ الکترونیکی نیاز دارد. در حالت دوقطبی
در حالت درایو، گشتاور خروجی موتور در مقایسه با حالت قبل حدود ۴۰٪ افزایش می‌یابد.
حالت درایو تک قطبی زیرا سیم پیچ های هر فاز ۱۰۰٪ تحریک می شوند.
۰۳، بار موتور پله‌ای
الف. بار گشتاور (Tf)
Tf = G * r
G: وزن بار
ر: شعاع
ب. بار اینرسی (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (کیلوگرم * سانتی‌متر)
M: جرم بار
R1: شعاع حلقه بیرونی
R2: شعاع حلقه داخلی
dω/dt: شتاب زاویه‌ای
04، منحنی سرعت-گشتاور موتور پله‌ای
منحنی سرعت-گشتاور، بیان مهمی از ویژگی‌های خروجی موتور پله‌ای است.
موتورها
الف. نقطه فرکانس کاری موتور پله‌ای
مقدار سرعت موتور پله‌ای در یک نقطه خاص.
n = q * هرتز / (360 * D)
ن: دور بر ثانیه
هرتز: مقدار فرکانس
D: مقدار درون‌یابی مدار درایو
q: زاویه پله موتور پله‌ای
برای مثال، یک موتور پله‌ای با زاویه گام ۱.۸ درجه، با درایو درون‌یابی ۱/۲(یعنی ۰.۹ درجه در هر گام)، سرعتی معادل ۱.۲۵ دور بر ثانیه در فرکانس کاری ۵۰۰ هرتز دارد.
ب. ناحیه خودراه‌اندازی موتور پله‌ای
ناحیه‌ای که موتور پله‌ای می‌تواند مستقیماً روشن و خاموش شود.
ج. منطقه عملیاتی مداوم
در این ناحیه، موتور پله‌ای را نمی‌توان مستقیماً روشن یا خاموش کرد. موتورهای پله‌ای دراین ناحیه ابتدا باید از ناحیه خودراه‌اندازی عبور کند و سپس برای رسیدن به آن شتاب بگیرد.منطقه عملیاتی. به طور مشابه، موتور پله‌ای در این منطقه را نمی‌توان مستقیماً ترمز کرد،در غیر این صورت، به راحتی می‌توان موتور پله‌ای را از حالت گام خارج کرد، ابتدا باید سرعت آن کاهش یابد تاناحیه خودراه‌اندازی و سپس ترمزگیری شد.
د. حداکثر فرکانس راه اندازی موتور پله ای
حالت بی‌باری موتور، برای اطمینان از اینکه موتور پله‌ای عملکرد پله‌ای خود را از دست نمی‌دهدحداکثر فرکانس پالس.
ه. حداکثر فرکانس کاری موتور پله‌ای
حداکثر فرکانس پالس که در آن موتور بدون از دست دادن یک پله، برای کار تحریک می‌شودتحت هیچ باری.
و. گشتاور راه اندازی موتور پله ای / گشتاور کشش
برای برآورده کردن موتور پله‌ای در یک فرکانس پالس خاص برای شروع و شروع به کار، بدوناز دست دادن گام‌های حداکثر گشتاور بار.
G. گشتاور راه اندازی/گشتاور ورودی موتور پله ای
حداکثر گشتاور بار که عملکرد پایدار موتور پله‌ای را در ... برآورده می‌کند.فرکانس پالس مشخص بدون از دست دادن گام.
۰۵ کنترل حرکت شتاب/کاهش سرعت موتور پله‌ای
هنگامی که فرکانس کاری موتور پله‌ای در منحنی سرعت-گشتاور موتور پیوسته قرار می‌گیردناحیه عملیاتی، نحوه کوتاه کردن شتاب یا کاهش سرعت شروع یا توقف موتورزمان، به طوری که موتور در بهترین حالت سرعت، مدت زمان بیشتری کار می‌کند و در نتیجه افزایش می‌یابدزمان کارکرد مؤثر موتور بسیار حیاتی است.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، منحنی مشخصه گشتاور دینامیکی موتور پله‌ای به صورت زیر است:یک خط مستقیم افقی با سرعت کم؛ در سرعت بالا، منحنی به صورت نمایی کاهش می‌یابدبه دلیل تأثیر اندوکتانس.
می‌دانیم که بار موتور پله‌ای TL است، فرض کنید می‌خواهیم از F0 به F1 شتاب بگیریم.کوتاه‌ترین زمان (tr)، چگونه کوتاه‌ترین زمان tr را محاسبه کنیم؟
(1) به طور معمول، TJ = 70% Tm
(2) tr = 1.8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0، 0
ب. شتاب نمایی در شرایط سرعت بالا
(1) به طور معمول
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)
یادداشت‌ها
J نشان دهنده اینرسی چرخشی روتور موتور تحت بار است.
q زاویه چرخش هر پله است که همان زاویه پله موتور پله‌ای در ...
مورد کل درایو.
در عملیات کاهش سرعت، کافیست فرکانس پالس شتاب فوق را معکوس کنید.
محاسبه شده.
06 لرزش و نویز موتور پله‌ای
به طور کلی، موتور پله‌ای در حالت بی‌باری، زمانی که فرکانس کاری موتورنزدیک یا مساوی فرکانس ذاتی روتور موتور باشد، رزونانس خواهد کرد، جدی خواهد شدپدیده خارج از مرحله رخ می‌دهد.
چندین راه حل برای رزونانس:
الف. از ناحیه ارتعاش اجتناب کنید: به طوری که فرکانس کاری موتور در محدوده آن قرار نگیرد.محدوده ارتعاش
ب. حالت درایو زیربخش را اتخاذ کنید: از حالت درایو میکرو پله‌ای برای کاهش لرزش استفاده کنید.
تقسیم یک مرحله اصلی به چندین مرحله برای افزایش وضوح هر مرحله
گام موتور. این امر را می‌توان با تنظیم نسبت فاز به جریان موتور به دست آورد.
میکرواستپینگ دقت زاویه پله را افزایش نمی‌دهد، اما باعث می‌شود موتور با سرعت بیشتری کار کند.
به طور روان و با صدای کمتر. گشتاور به طور کلی برای عملکرد نیم پله 15٪ کمتر است.
نسبت به عملکرد تمام پله‌ای، و 30٪ کمتر برای کنترل جریان موج سینوسی.
زمان ارسال: نوامبر-09-2022