Kaip pavara,žingsninis variklisyra vienas iš pagrindinių mechatronikos produktų, plačiai naudojamas įvairiose automatizavimo valdymo sistemose. Tobulėjant mikroelektronikai ir kompiuterinėms technologijoms, žingsninių variklių paklausa kasdien didėja, jie naudojami įvairiose šalies ekonomikos srityse.
01 Kas yražingsninis variklis
Žingsninis variklis yra elektromechaninis įtaisas, kuris tiesiogiai paverčia elektros impulsus mechaniniu judesiu. Valdant variklio apvijai tiekiamų elektros impulsų seką, dažnį ir skaičių, galima valdyti žingsninio variklio vairavimą, greitį ir sukimosi kampą. Nenaudojant uždaros grandinės grįžtamojo ryšio valdymo sistemos su padėties jutikliu, tikslų padėties ir greičio valdymą galima pasiekti naudojant paprastą, nebrangią atviros grandinės valdymo sistemą, sudarytą iš žingsninio variklio ir jį lydinčio valdiklio.
02 žingsninis variklispagrindinė struktūra ir veikimo principas
Pagrindinė struktūra:
Veikimo principas: žingsninio variklio valdiklis, remdamasis išoriniu valdymo impulsu ir krypties signalu, per savo vidinę loginę grandinę tam tikra laiko seka valdo žingsninio variklio apvijas, įjungdamas energiją į priekį arba atgal, kad variklis suktųsi į priekį / atgal arba užsiblokuotų.
Paimkime kaip pavyzdį 1,8 laipsnio dvifazį žingsninį variklį: kai abi apvijos yra įjungtos ir sužadintos, variklio išėjimo velenas bus nejudantis ir užfiksuotas. Didžiausias sukimo momentas, kuris palaikys variklio užfiksuotą veikimą esant vardinei srovei, yra laikymo momentas. Jei srovė vienoje iš apvijų nukreipiama, variklis pasisuks vienu žingsniu (1,8 laipsnio) tam tikra kryptimi.
Panašiai, jei srovė kitoje apvijoje pakeis kryptį, variklis pasisuks vienu žingsniu (1,8 laipsnio) priešinga kryptimi nei pirmoji. Kai srovės per ritės apvijas nuosekliai nukreipiamos į sužadinimą, variklis suksis nuolatiniu žingsniu nurodyta kryptimi labai dideliu tikslumu. Dvifazio žingsninio variklio 1,8 laipsnio sukimuisi per savaitę reikia 200 žingsnių.
Dvifaziai žingsniniai varikliai turi dviejų tipų apvijas: bipolinius ir vienpolius. Bipoliniai varikliai turi tik vieną apvijų ritę kiekvienoje fazėje, todėl variklis nuolat suka srovę toje pačioje ritėje, kad būtų galima nuosekliai keisti sužadinimą, o pavaros grandinės konstrukcijai reikalingi aštuoni elektroniniai jungikliai nuosekliam perjungimui.
Vienpoliai varikliai turi dvi priešingo poliškumo apvijų rites kiekvienoje fazėje, o variklis
nuolat sukasi pakaitomis įjungdamas dvi apvijų rites toje pačioje fazėje.
Pavaros grandinė suprojektuota taip, kad joje būtų reikalingi tik keturi elektroniniai jungikliai. Bipoliniame variante
pavaros režimu variklio išėjimo sukimo momentas padidėja maždaug 40 %, palyginti su
vienpolis pavaros režimas, nes kiekvienos fazės apvijų ritės yra 100 % sužadinamos.
03, Žingsninio variklio apkrova
A. Momentinė apkrova (Tf)
Tf = G * r
G: Krovinio svoris
r: spindulys
B. Inercinė apkrova (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12 + R22) / 2 (kg * cm)
M: Krovinio masė
R1: Išorinio žiedo spindulys
R2: vidinio žiedo spindulys
dω/dt: kampinis pagreitis
04, žingsninio variklio greičio ir sukimo momento kreivė
Greičio ir sukimo momento kreivė yra svarbi žingsninio modulio išėjimo charakteristikų išraiška.
varikliai.
A. Žingsninio variklio veikimo dažnio taškas
Žingsninio variklio greičio vertė tam tikrame taške.
n = q * Hz / (360 * D)
n: aps./sek.
Hz: Dažnio vertė
D: Pavaros grandinės interpoliacijos vertė
q: žingsninio variklio žingsnio kampas
Pavyzdžiui, žingsninis variklis, kurio žingsnio kampas yra 1,8°, su 1/2 interpoliacijos pavara(t. y. 0,9° per žingsnį), greitis yra 1,25 r/s, o veikimo dažnis – 500 Hz.
B. Žingsninio variklio savaiminio paleidimo sritis
Sritis, kurioje galima tiesiogiai paleisti ir sustabdyti žingsninį variklį.
C. Nuolatinio veikimo zona
Šioje srityje žingsninio variklio negalima tiesiogiai paleisti ar sustabdyti. Žingsniniai varikliaiši zona pirmiausia turi praeiti per savaiminio starto zoną, o tada būti pagreitinta, kad pasiektųveikimo zona. Panašiai, žingsninio variklio šioje zonoje negalima tiesiogiai stabdyti,kitaip žingsninis variklis gali lengvai išsiderinti, pirmiausia jį reikia sulėtinti ikisavaiminio užvedimo zonoje ir tada stabdoma.
D. Žingsninio variklio maksimalus paleidimo dažnis
Variklio be apkrovos būsena, siekiant užtikrinti, kad žingsninis variklis neprarastų žingsninio veikimomaksimalus impulsų dažnis.
E. Žingsninio variklio maksimalus darbinis dažnis
Didžiausias impulsų dažnis, kuriuo variklis sužadinamas veikti neprarandant nė vieno žingsniobe apkrovos.
F. Žingsninio variklio paleidimo sukimo momentas / įjungimo momentas
Kad žingsninis variklis tam tikru impulsų dažniu veiktų ir pradėtų veikti beprarandant maksimalaus apkrovos sukimo momento žingsnius.
G. Žingsninio variklio veikimo sukimo momentas / įtempimo momentas
Didžiausias apkrovos sukimo momentas, užtikrinantis stabilų žingsninio variklio veikimą esanttam tikras impulsų dažnis neprarandant žingsnio.
05 Žingsninio variklio greitėjimo/lėtėjimo judesio valdymas
Kai žingsninio variklio veikimo dažnio taškas yra nuolatinio greičio ir sukimo momento kreivėjeveikimo sritis, kaip sutrumpinti variklio paleidimo arba stabdymo greitėjimą arba lėtėjimąlaiką, kad variklis ilgiau veiktų geriausiu greičiu, taip padidindamasEfektyvus variklio veikimo laikas yra labai svarbus.
Kaip parodyta paveikslėlyje žemiau, žingsninio variklio dinaminio sukimo momento charakteristikos kreivė yrahorizontali tiesi linija mažu greičiu; dideliu greičiu kreivė mažėja eksponentiškaidėl induktyvumo įtakos.
Žinome, kad žingsninio variklio apkrova yra TL, tarkime, kad norime pagreitėti nuo F0 iki F1 pertrumpiausias laikas (tr), kaip apskaičiuoti trumpiausią laiką tr?
(1) Paprastai TJ = 70 % Tm
(2) tr = 1,8 * 10⁻⁶ * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Eksponentinis pagreitis dideliu greičiu
(1) Paprastai
TJ0 = 70 % Tm0
TJ1 = 70 % Tm1
TL = 60 % Tm1
(2)
tr = F4 * Į [(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)
Pastabos.
J rodo variklio rotoriaus sukimosi inerciją esant apkrovai.
q yra kiekvieno žingsnio sukimosi kampas, kuris yra žingsninio variklio žingsnio kampas
viso disko atveju.
Lėtėjimo metu tiesiog pakeiskite aukščiau nurodytą pagreičio impulsų dažnį
apskaičiuotas.
06 žingsninio variklio vibracija ir triukšmas
Apskritai, žingsninis variklis veikia be apkrovos, kai variklio veikimo dažnisyra artimas arba lygus variklio rotoriaus būdingajam dažniui, rezonuos, rimtaipasireiškia nežingsnio reiškinys.
Keletas rezonanso sprendimų:
A. Venkite vibracijos zonos: kad variklio darbinis dažnis nepatektų įvibracijos diapazonas
B. Pritaikykite padalijimo pavaros režimą: naudokite mikrožingsnio pavaros režimą, kad sumažintumėte vibraciją
padalijant pradinį vieną žingsnį į kelis žingsnius, siekiant padidinti kiekvieno žingsnio skiriamąją gebą
variklio žingsnis. Tai galima pasiekti reguliuojant variklio fazės ir srovės santykį.
Mikrožingsneliai nepadidina žingsnelio kampo tikslumo, bet pagreitina variklio darbą.
sklandžiai ir tyliau. Sukimo momentas paprastai yra 15 % mažesnis, kai veikia pusė žingsnio.
nei viso žingsnio veikimui, o sinusinės bangos srovės valdymui – 30 % mažesnis.
Įrašo laikas: 2022 m. lapkričio 9 d.