Žingsniniai varikliaiGali būti naudojamas greičio ir padėties valdymui nenaudojant grįžtamojo ryšio įtaisų (t. y. atviros kilpos valdymas), todėl šis pavaros sprendimas yra ekonomiškas ir patikimas. Žingsninė pavara buvo labai plačiai naudojama automatizavimo įrangoje ir prietaisuose. Tačiau daugelis techninių darbuotojų nežino, kaip pasirinkti tinkamą žingsninį variklį, kaip pasiekti geriausių žingsninės pavaros rezultatų, arba turi daugiau klausimų. Šiame straipsnyje aptariamas žingsninių variklių pasirinkimas, daugiausia dėmesio skiriant žingsninių variklių inžinerijos patirties taikymui. Tikiuosi, kad žingsninių variklių populiarinimas automatizavimo įrangoje atliks svarbų vaidmenį.
1. Įvadasžingsninis variklis
Žingsninis variklis taip pat žinomas kaip impulsinis variklis arba žingsninis variklis. Jis pasislenka tam tikru kampu kiekvieną kartą, kai sužadinimo būsena pasikeičia pagal įvesties impulso signalą, ir išlieka nejudantis tam tikroje padėtyje, kai sužadinimo būsena nesikeičia. Tai leidžia žingsniniam varikliui konvertuoti įvesties impulso signalą į atitinkamą kampinį išėjimo poslinkį. Valdydami įvesties impulsų skaičių, galite tiksliai nustatyti išėjimo kampinį poslinkį, kad pasiektumėte geriausią padėties nustatymą; o valdydami įvesties impulsų dažnį, galite tiksliai valdyti išėjimo kampinį greitį ir pasiekti greičio reguliavimo tikslą. Septintojo dešimtmečio pabaigoje atsirado įvairių praktinių žingsninių variklių, ir per pastaruosius 40 metų jie sparčiai vystėsi. Žingsniniai varikliai leido greta nuolatinės srovės variklių, asinchroninių variklių ir sinchroninių variklių tapti pagrindiniu variklių tipu. Yra trys žingsninių variklių tipai: reaktyvusis (VR tipo), nuolatinio magneto (PM tipo) ir hibridinis (HB tipo). Hibridinis žingsninis variklis apjungia pirmųjų dviejų žingsninių variklių tipų privalumus. Žingsninį variklį sudaro rotorius (rotoriaus šerdis, nuolatiniai magnetai, velenas, rutuliniai guoliai), statorius (apvija, statoriaus šerdis), priekinis ir galinis dangteliai ir kt. Tipiškiausias dvifazis hibridinis žingsninis variklis turi statorių su 8 dideliais dantimis, 40 mažais dantimis ir rotorių su 50 mažų dantų; trifazis variklis turi statorių su 9 dideliais dantimis, 45 mažais dantimis ir rotorių su 50 mažų dantų.
2. Valdymo principas
Thežingsninis variklisnegali būti tiesiogiai prijungtas prie maitinimo šaltinio ir negali tiesiogiai priimti elektros impulsų signalų, jis turi būti realizuotas per specialią sąsają – žingsninio variklio tvarkyklę, kad sąveikautų su maitinimo šaltiniu ir valdikliu. Žingsninio variklio tvarkyklę paprastai sudaro žiedinis skirstytuvas ir galios stiprintuvo grandinė. Žiedo daliklis gauna valdymo signalus iš valdiklio. Kiekvieną kartą gavus impulso signalą, žiedinio daliklio išvestis yra konvertuojama vieną kartą, todėl impulso signalo buvimas ar nebuvimas ir dažnis gali nustatyti, ar žingsninio variklio greitis yra didelis, ar mažas, greitėja arba lėtėja, kad būtų galima pradėti arba sustabdyti. Žiedo skirstytuvas taip pat turi stebėti krypties signalą iš valdiklio, kad nustatytų, ar jo išėjimo būsenos perėjimai yra teigiama, ar neigiama tvarka, ir taip nustatyti žingsninio variklio vairavimą.
3. Pagrindiniai parametrai
①Bloko numeris: daugiausia 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 ir kt.
②Fazės numeris: žingsninio variklio ričių skaičius. Žingsninio variklio fazės paprastai būna dvifazis, trifazis ir penkiafazis. Kinijoje daugiausia naudojami dvifaziai žingsniniai varikliai, o kai kuriais atvejais ir trifaziai. Japonijoje dažniau naudojami penkiafaziai žingsniniai varikliai.
③Žingsnio kampas: atitinkantis impulso signalą, variklio rotoriaus sukimosi kampinis poslinkis. Žingsninio variklio žingsnio kampo skaičiavimo formulė yra tokia:
Žingsnio kampas = 360° ÷ (2 mz)
m – žingsninio variklio fazių skaičius
Z yra žingsninio variklio rotoriaus dantų skaičius.
Pagal aukščiau pateiktą formulę, dvifazių, trifazių ir penkiafazių žingsninių variklių žingsnio kampas yra atitinkamai 1,8°, 1,2° ir 0,72°.
4. Laikymo sukimo momentas: tai variklio statoriaus apvijos sukimo momentas esant vardinei srovei, bet rotorius nesisuka, statorius jį užblokuoja. Laikymo sukimo momentas yra svarbiausias žingsninių variklių parametras ir pagrindinis variklio pasirinkimo pagrindas.
5. Padėties nustatymo sukimo momentas: tai sukimo momentas, reikalingas rotoriui pasukti veikiant išorinei jėgai, kai variklis nepraleidžia srovės. Sukimo momentas yra vienas iš variklio veikimo rodiklių. Jei kiti parametrai yra vienodi, kuo mažesnis padėties nustatymo sukimo momentas, tuo mažesnis „plyšio efektas“, tuo labiau palanku variklio sklandumui esant mažam greičiui. Sukimo momento dažnio charakteristika: daugiausia reiškia ištemptą sukimo momento dažnio charakteristiką, kai variklis stabiliai veikia tam tikru greičiu, gali atlaikyti maksimalų sukimo momentą neprarandant žingsnio. Momento ir dažnio kreivė naudojama apibūdinti maksimalaus sukimo momento ir greičio (dažnio) santykį neprarandant žingsnio. Sukimo momento dažnio kreivė yra svarbus žingsninio variklio parametras ir pagrindinis variklio pasirinkimo pagrindas.
6. Nominali srovė: variklio apvijos srovė, reikalinga nominaliam sukimo momentui palaikyti, efektyvioji vertė
4. Taškų pasirinkimas
Pramoninėse srityse žingsninių variklių greitis gali siekti iki 600–1500 aps./min., o didesniam greičiui galima apsvarstyti uždaros kilpos žingsninių variklių pavarą arba pasirinkti tinkamesnę servo pavaros programą žingsninių variklių pasirinkimui (žr. paveikslėlį žemiau).
(1) Žingsnio kampo pasirinkimas
Pagal variklio fazių skaičių yra trijų tipų žingsnio kampai: 1,8° (dvifazis), 1,2° (trifazis) ir 0,72° (penkiafazis). Žinoma, penkiafazis žingsnio kampas pasižymi didžiausiu tikslumu, tačiau jo variklis ir tvarkyklė yra brangesni, todėl Kinijoje jis naudojamas retai. Be to, pagrindiniai žingsniniai valdikliai dabar naudoja padalinto pavaros technologiją, kurioje, kaip parodyta 4 padalintuose valdikliuose, vis tiek galima užtikrinti padalinto žingsnio kampo tikslumą, todėl, atsižvelgiant į vien tik žingsnio kampo tikslumo rodiklius, penkiafazį žingsninį variklį galima pakeisti dvifaziu arba trifaziu žingsniniu varikliu. Pavyzdžiui, naudojant tam tikrą 5 mm sraigtinės apkrovos laidą, jei naudojamas dvifazis žingsninis variklis ir pavara nustatyta ties 4 padalijimais, impulsų skaičius vienam variklio apsisukimui yra 200 x 4 = 800, o impulsų ekvivalentas yra 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, toks tikslumas gali atitikti daugumą taikymo reikalavimų.
(2) Statinio sukimo momento (laikymo momento) pasirinkimas
Dažniausiai naudojami apkrovos perdavimo mechanizmai yra sinchroniniai diržai, kaitinimo strypai, krumpliastiebiai ir kt. Klientai pirmiausia apskaičiuoja savo mašinos apkrovą (daugiausia pagreičio momentą ir trinties momentą) ir paverčia ją reikiamu variklio veleno apkrovos momentu. Tada, atsižvelgiant į maksimalų elektrinių srautų reikalaujamą veikimo greitį, naudojami šie du skirtingi naudojimo atvejai, norint pasirinkti tinkamą žingsninio variklio laikymo momentą ①, kai reikiamas variklio greitis yra 300 p/min arba mažesnis: jei mašinos apkrova paverčiama reikiamu variklio veleno apkrovos momentu T1, šis apkrovos momentas dauginamas iš saugos koeficiento SF (paprastai imamas 1,5–2,0), t. y. reikiamu žingsninio variklio laikymo momentu Tn ②2, kai reikiamas variklio greitis yra 300 p/min arba didesnis: nustatykite maksimalų greitį Nmax, jei mašinos apkrova paverčiama variklio velenu, reikalingas apkrovos momentas yra T1, šis apkrovos momentas dauginamas iš saugos koeficiento SF (paprastai 2,5–3,5), kuris parodo laikymo momentą Tn. Žr. 4 paveikslą ir pasirinkite tinkamą modelį. Tada naudokite momento ir dažnio kreivę, kad patikrintumėte ir palygintumėte: momento ir dažnio kreivėje maksimalus vartotojo reikalaujamas greitis Nmax atitinka maksimalų prarastą žingsninį sukimo momentą T2, tada maksimalus prarastas žingsninis sukimo momentas T2 turėtų būti daugiau nei 20 % didesnis nei T1. Priešingu atveju reikia pasirinkti naują variklį su didesniu sukimo momentu ir dar kartą patikrinti bei palyginti pagal naujai pasirinkto variklio sukimo momento dažnio kreivę.
(3) Kuo didesnis variklio bazinis numeris, tuo didesnis laikymo sukimo momentas.
(4) pagal vardinę srovę, kad būtų pasirinktas atitinkamas žingsninis valdiklis.
Pavyzdžiui, jei variklio 57CM23 vardinė srovė yra 5 A, tuomet priderinkite pavaros maksimalią leistiną srovę, didesnę nei 5 A (atkreipkite dėmesį, kad tai yra efektyvioji vertė, o ne pikinė vertė), kitaip, jei pasirinksite tik 3 A pavaros maksimalią srovę, maksimalus variklio išėjimo sukimo momentas gali būti tik apie 60 %!
5, taikymo patirtis
(1) žingsninio variklio žemo dažnio rezonanso problema
Žingsninio variklio vibracijos mažinimo efektas yra efektyvus būdas sumažinti žingsninių variklių žemo dažnio rezonansą. Esant mažesniam nei 150 aps./min. greičiui, vibracijos mažinimo efektas labai efektyviai sumažėja padalijimo dažniu. Teoriškai, kuo didesnis vibracijos mažinimo efektas, tuo geresnis poveikis, tačiau iš tikrųjų padalijimas padidėja iki 8 arba 16, kai žingsninio variklio vibracijos mažinimo efektas pasiekia ribą.
Pastaraisiais metais šalyje ir užsienyje pasirodė „Leisai“ DM ir DM-S serijos gaminių, skirtų žemo dažnio rezonanso slopinimui, žingsniniai valdikliai. Šios serijos valdikliuose naudojama harmoninė kompensacija, o amplitudės ir fazės suderinimo kompensacija gali gerokai sumažinti žingsninio variklio žemo dažnio vibraciją, kad būtų pasiekta maža vibracija ir mažas variklio veikimo triukšmas.
(2) Žingsninio variklio padalijimo įtaka padėties nustatymo tikslumui
Žingsninio variklio padalijimo pavaros grandinė gali ne tik pagerinti įrenginio judėjimo sklandumą, bet ir efektyviai padidinti įrangos padėties nustatymo tikslumą. Bandymai rodo, kad: Sinchroninio diržo pavaros judesio platformoje, žingsninio variklio 4 padalijimo atveju, variklis gali būti tiksliai išdėstytas kiekviename žingsnyje.
Įrašo laikas: 2023 m. birželio 11 d.