Silnik krokowy jest również znany jako silnik impulsowy lub silnik krokowy. Przesuwa się pod pewnym kątem za każdym razem, gdy stan wzbudzenia jest zmieniany zgodnie z sygnałem impulsu wejściowego i pozostaje w ustalonej pozycji, gdy stan wzbudzenia pozostaje niezmieniony. W ten sposób silnik krokowy może przekształcić wejściowy sygnał impulsowy w odpowiednie przemieszczenie kątowe dla wyjścia. Kontrolując liczbę impulsów wejściowych, można dokładnie określić przemieszczenie kątowe wyjścia, aby osiągnąć funkcję pozycjonowania; a kontrolując częstotliwość impulsów wejściowych, prędkość kątowa wyjścia może być dokładnie kontrolowana, aby osiągnąć cel regulacji prędkości. Dlatego silniki krokowe można rozważyć, gdy wymagane jest dokładne pozycjonowanie lub kontrola prędkości.
1.1 Klasyfikacja silników krokowych
Istnieją trzy typy silników krokowych: reaktywne (typ VR), magnes trwały (typ PM) i hybrydowe (typ HB).
Krok z magnesem trwałym jest zazwyczaj dwufazowy, moment obrotowy i objętość są małe, a kąt kroku wynosi zwykle 7,5 ° lub 15 °, co jest najczęściej stosowane w tanich produktach konsumenckich.
Krok reaktywny jest zazwyczaj trójfazowy, który może osiągnąć duży moment obrotowy. Kąt kroku wynosi zazwyczaj 1,5 °, ale hałas i wibracje są bardzo duże. Został wyeliminowany w krajach rozwiniętych, takich jak Europa i Stany Zjednoczone w 1980 roku.
Krok hybrydowy odnosi się do mieszania zalet magnesu trwałego i reaktywnego. Dzieli się na dwufazowe, trójfazowe i pięciofazowe. Dwufazowy kąt kroku wynosi zazwyczaj 1,8 °, a trójfazowy kąt kroku wynosi 0,9 °. Pięciofazowy kąt kroku wynosi zazwyczaj 0,72°. Hybrydowy silnik krokowy łączy w sobie zalety dwóch pierwszych typów silników krokowych. Obecnie silniki krokowe stosowane w przemyśle produkcji sprzętu domowego są w zasadzie hybrydowymi silnikami krokowymi.
Dlatego wszystkie opisane poniżej silniki krokowe są określane jako "hybrydowe silniki krokowe".
1.2 Struktura silnika krokowego
Silnik krokowy składa się z wirnika (rdzeń wirnika, magnes trwały, wał obrotowy, łożysko kulkowe), stojana (uzwojenie, rdzeń stojana), przedniej i tylnej pokrywy itp. Najbardziej typowy dwufazowy hybrydowy silnik krokowy ma 8 dużych zębów, 40 małych zębów w stojanie i 50 małych zębów w wirniku; stojan silnika trójfazowego ma 9 dużych zębów, 45 małych zębów, a wirnik ma 50 małych zębów. ząb.
Rysunek 1 Schematyczny schemat składu silnika krokowego
1.3 Zasada sterowania silnikiem krokowym
Silnik krokowy nie może bezpośrednio podłączyć się do zasilania do pracy, ani nie może bezpośrednio odbierać elektrycznych sygnałów impulsowych. Musi współdziałać z zasilaczem i sterownikiem za pośrednictwem specjalnego interfejsu - sterownika silnika krokowego. Sterownik silnika krokowego (patrz rysunek 2) składa się zazwyczaj z rozdzielacza pierścieniowego i obwodu wzmacniacza mocy. Rozdzielacz pierścieniowy odbiera sygnały sterujące ze sterownika. Za każdym razem, gdy odbierany jest sygnał impulsowy, wyjście rozdzielacza pierścieniowego zostanie przekonwertowane raz, więc obecność lub brak sygnału impulsowego i częstotliwość mogą określić prędkość silnika krokowego, przyspieszenie lub opóźnienie, start lub stop. Rozdzielacz pierścieniowy musi również monitorować sygnał kierunkowy sterownika w celu określenia, czy przejście jego stanu wyjściowego jest sekwencją dodatnią czy odwrotną, określając w ten sposób kierunek silnika krokowego.
Rysunek 2 Schemat sterowania silnikiem krokowym
2 Główne parametry silnika krokowego
2.1 Numer ramy obejmuje głównie 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 i tak dalej.
2.2 Liczba faz Liczba cewek wewnątrz silnika krokowego. Liczba faz silnika krokowego zazwyczaj obejmuje dwie fazy, trzy fazy i pięć faz. Silnik krokowy stosowany w Chinach jest głównie dwufazowy, a trójfazowy jest również stosowany w niektórych aplikacjach. W Japonii częściej stosuje się pięciofazowe silniki krokowe.
2.3 Kąt kroku Odpowiadający wejściu sygnału impulsowego, przemieszczenie kątowe wirnika silnika. Wzór na obliczenie kąta kroku silnika krokowego jest następujący:
We wzorze: - kąt kroku silnika krokowego; m - liczba faz silnika krokowego; - liczba zębów wirnika silnika krokowego.
Zgodnie z powyższym wzorem obliczeniowym kąty stopniowe dwufazowych, trójfazowych i pięciofazowych silników krokowych wynoszą odpowiednio 1,80, 1,20 i 0,72 °.
2.4 Moment obrotowy (moment statyczny) odnosi się do momentu obrotowego, przy którym stojan blokuje wirnik, gdy uzwojenie stojana silnika jest zasilane prądem znamionowym, ale wirnik nie obraca się. Moment obrotowy jest najważniejszym parametrem silnika krokowego i jest główną podstawą wyboru silnika.
2.5 Moment obrotowy Odstępujący Odnosi się do momentu obrotowego wymaganego do obracania wirnika z siłą zewnętrzną, gdy silnik nie ma prądu. Ten moment obrotowy jest jednym ze wskaźników wydajności silnika. Przy innych parametrach takich samych, im mniejszy jest moment obrotowy, tym mniejszy jest "efekt zębatki", który jest bardziej korzystny dla stabilności silnika przy niskiej prędkości.
2.6 Charakterystyka momentu obrotowego i częstotliwości Głównie odnosi się do charakterystyki momentu obrotowego i częstotliwości wyciągania, maksymalnego momentu obrotowego, który silnik może wytrzymać bez utraty kroku, gdy silnik pracuje stabilnie z określoną prędkością. Krzywa momentu obrotowego i częstotliwości służy do opisania zależności między maksymalnym momentem obrotowym a prędkością (częstotliwością) bez utraty kroku. Krzywa momentu obrotowego i częstotliwości jest ważnym parametrem silnika krokowego i jest jedną z głównych podstaw wyboru silnika. Krzywa charakterystyki moment-częstotliwość (zob. rys. 3).
Rysunek 3 Krzywa momentu obrotowego i częstotliwości silnika krokowego
2.7 Prąd znamionowy Wartość rms prądu uzwojenia silnika wymagana do utrzymania znamionowego momentu obrotowego.
Rysunek 4 Tabela parametrów silnika krokowego (fragment ogólnego katalogu inteligentnych produktów krokowych Leisai 2021-2022)
3 Stopnie wyboru silnika krokowego
Prędkość silnika krokowego stosowanego w zastosowaniach przemysłowych wynosi nawet 600 ~ 1500, a im wyższa prędkość, można rozważyć napęd silnika krokowego w pętli zamkniętej lub bardziej odpowiedni jest schemat serwonapędu. Etapy wyboru silnika krokowego (patrz rysunek 5).
Rysunek 5 Etapy wyboru silnika krokowego
3.1 Wybór kąta kroku
Jak wspomniano w 1.1, w zależności od liczby faz silnika, istnieją trzy kąty kroków: 1,80 (dwufazowy), 1,20 (trójfazowy) i 0,72 ° (pięciofazowy). Oczywiście dokładność pięciofazowego kąta kroku jest najwyższa, ale jego silnik i sterownik są drogie, więc jest rzadko używany w Chinach. Ponadto wszystkie obecne główne sterowniki krokowe wykorzystują technologię napędu podziałowego. Poniżej 8 podpodziałów dokładność kąta podziału można nadal zagwarantować, więc jeśli weźmiesz pod uwagę sam wskaźnik dokładności kąta kroku, pięciofazowy krok Silnik można zastąpić dwufazowym lub trójfazowym silnikiem krokowym.
Na przykład w aplikacji obciążenia pociągowej z przewodem 5 mm, jeśli używany jest dwufazowy silnik krokowy, a sterownik jest ustawiony na 8 podpodziałów, liczba impulsów na obrót silnika wynosi 200×8 = 1600, a ekwiwalent impulsu wynosi 5 ÷1 600 = 0,00313 mm = 3 ,13 , dokładność ta może spełnić większość wymagań aplikacji.
3.2 Wybór statycznego momentu obrotowego (moment obrotowy przytrzymujący)
Powszechnie stosowane mechanizmy przenoszenia obciążenia obejmują pasy synchroniczne, pręty śrubowe, stojaki i zębniki itp. Najpierw oblicz obciążenie maszyny (głównie moment przyspieszenia plus moment tarcia) i przelicz je na wymagany moment obciążenia na wale silnika. Następnie, zgodnie z maksymalną prędkością roboczą wymaganą przez silnik, silnik krokowy z odpowiednim momentem obrotowym jest wybierany dla następujących dwóch różnych przypadków użycia:
(1) Do zastosowania wymaganej prędkości obrotowej silnika poniżej 300: jeśli obciążenie maszyny zostanie przeliczone na wymagany moment obciążenia na wale silnika, moment obrotowy obciążenia jest mnożony przez współczynnik bezpieczeństwa SF (zwykle 1,5 ~ 2,0), to znaczy Wymagany moment obrotowy silnika krokowego.
(2) W przypadku zastosowań, w których wymagana prędkość obrotowa silnika jest większa niż 300: ustaw maksymalną prędkość, jeśli obciążenie maszyny zostanie przeliczone na wymagany moment obciążenia na wale silnika, wówczas moment obciążenia jest mnożony przez współczynnik bezpieczeństwa SF (zwykle 2,5 ~ 3,5 ), aby uzyskać moment obrotowy trzymania. Odnosząc się do rysunku 6, początkowo wybierany jest odpowiedni model. Następnie sprawdź i porównaj na krzywej momentu obrotowego i częstotliwości: Na krzywej momentu obrotowego i częstotliwości użyj wymaganej prędkości maksymalnej, aby stwierdzić, że maksymalny moment obrotowy poza krokiem odpowiadający maksymalnej prędkości wynosi 20% lub więcej. W przeciwnym razie konieczne jest ponowne wybranie silnika o większym momencie obrotowym oraz ponowne sprawdzenie i porównanie zgodnie z krzywą momentu obrotowego i częstotliwości nowo wybranego silnika.
3.3 Wybór rozmiaru ramy silnika
Im większa rama silnika, tym większy moment obrotowy. Typowe rozmiary ramy i zakresy momentu obrotowego silników krokowych (patrz rysunek 6).
Rysunek 6 Typowe rozmiary ram silników krokowych i ich momenty obrotowe
Zgodnie z momentem obrotowym trzymania obliczonym w kroku (2), wybrać odpowiedni rozmiar ramy i szczegółowe specyfikacje odpowiedniego silnika z rysunku 4.
3.4 Wybierz pasujący sterownik krokowy zgodnie z prądem znamionowym
Na przykład, jeśli prąd znamionowy silnika 57CM23 wynosi 5A, maksymalny dopuszczalny prąd wybranego sterownika musi być większy niż 5A (należy pamiętać, że jest to wartość RMS zamiast wartości szczytowej), w przeciwnym razie, jeśli wybierzesz sterownik o maksymalnym prądzie tylko 3A, to Maksymalny wyjściowy moment obrotowy silnika może wynosić tylko około 60%!
