Крокавыя рухавікіможа выкарыстоўвацца для кіравання хуткасцю і пазіцыянаваннем без выкарыстання прылад зваротнай сувязі (г.зн. кіраванне з разамкнутым контурам), таму гэта рашэнне для прывада з'яўляецца эканамічным і надзейным. Крокавы прывад вельмі шырока выкарыстоўваецца ў абсталяванні аўтаматызацыі і прыборах. Але ў многіх карыстальнікаў і тэхнічных спецыялістаў узнікаюць пытанні аб тым, як выбраць падыходны крокавы рухавік, як дасягнуць найлепшай прадукцыйнасці крокавага прывада, або іншыя пытанні. У гэтым артыкуле абмяркоўваецца выбар крокавых рухавікоў, з акцэнтам на прымяненне вопыту ў галіне інжынерыі крокавых рухавікоў. Я спадзяюся, што папулярызацыя крокавых рухавікоў у абсталяванні аўтаматызацыі адыграе пэўную ролю.
1. Уводзіныкрокавы рухавік
Крокавы рухавік таксама вядомы як імпульсны рухавік або крокавы рухавік. Ён перамяшчаецца на пэўны вугал кожны раз, калі стан узбуджэння змяняецца ў адпаведнасці з уваходным імпульсным сігналам, і застаецца нерухомым у пэўным становішчы, калі стан узбуджэння застаецца нязменным. Гэта дазваляе крокаваму рухавіку пераўтвараць уваходны імпульсны сігнал у адпаведнае вуглавое зрушэнне для выхаду. Кантралюючы колькасць уваходных імпульсаў, можна дакладна вызначыць вуглавое зрушэнне выхаду для дасягнення найлепшага пазіцыянавання; а кантралюючы частату уваходных імпульсаў, можна дакладна кантраляваць вуглавую хуткасць выхаду і дасягнуць мэты рэгулявання хуткасці. У канцы 1960-х гадоў з'явілася мноства практычных крокавых рухавікоў, і за апошнія 40 гадоў яны хутка развіваліся. Крокавыя рухавікі маглі сумяшчаць рухавікі пастаяннага току, асінхронныя і сінхронныя рухавікі, стаўшы асноўным тыпам рухавікоў. Існуе тры тыпы крокавых рухавікоў: рэактыўныя (тып VR), з пастаяннымі магнітамі (тып PM) і гібрыдныя (тып HB). Гібрыдны крокавы рухавік спалучае ў сабе перавагі першых двух тыпаў крокавых рухавікоў. Крокавы рухавік складаецца з ротара (стрыжань ротара, пастаянныя магніты, вал, шарыкападшыпнікі), статара (абмотка, стрыжань статара), пярэдняй і задняй тарцовых крышак і г.д. Найбольш тыповы двухфазны гібрыдны крокавы рухавік мае статар з 8 буйнымі зубцамі, 40 дробнымі зубцамі і ротар з 50 дробнымі зубцамі; трохфазны рухавік мае статар з 9 буйнымі зубцамі, 45 дробнымі зубцамі і ротар з 50 дробнымі зубцамі.
2. Прынцып кіравання
Theкрокавы рухавікНельга падключаць непасрэдна да крыніцы харчавання і не можа непасрэдна прымаць электрычныя імпульсныя сігналы, таму для ўзаемадзеяння з крыніцай харчавання і кантролерам неабходна выкарыстоўваць спецыяльны інтэрфейс — драйвер крокавага рухавіка. Драйвер крокавага рухавіка звычайна складаецца з кальцавога размеркавальніка і схемы ўзмацняльніка магутнасці. Кальцавы дзельнік атрымлівае кіруючыя сігналы ад кантролера. Кожны раз, калі паступае імпульсны сігнал, выхад кальцавога дзельніка пераўтвараецца адзін раз, таму наяўнасць або адсутнасць і частата імпульснага сігналу могуць вызначыць, ці высокая або нізкая хуткасць крокавага рухавіка, ці паскараецца або запавольваецца ён для запуску або прыпынку. Кальцавы размеркавальнік таксама павінен кантраляваць сігнал кірунку ад кантролера, каб вызначыць, ці знаходзяцца пераходы яго выходнага стану ў станоўчым або адмоўным парадку, і такім чынам вызначыць кіраванне крокавым рухавіком.
3. Асноўныя параметры
①Нумар блока: у асноўным 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 і г.д.
②Колькасць фаз: колькасць абмотак унутры крокавага рухавіка, колькасць фаз крокавага рухавіка звычайна бывае двухфазнай, трохфазнай і пяціфазнай. У Кітаі ў асноўным выкарыстоўваюцца двухфазныя крокавыя рухавікі, трохфазныя таксама маюць некаторыя сферы прымянення. У Японіі часцей выкарыстоўваюцца пяціфазныя крокавыя рухавікі.
③Куток кроку: адпавядае імпульснаму сігналу, вуглавое зрушэнне кручэння ротара рухавіка. Формула разліку кута кроку крокавага рухавіка выглядае наступным чынам.
Кут кроку = 360° ÷ (2 мц)
m колькасць фаз крокавага рухавіка
Z — колькасць зуб'яў ротара крокавага рухавіка.
Згодна з прыведзенай вышэй формулай, кут кроку двухфазных, трохфазных і пяціфазных крокавых рухавікоў складае 1,8°, 1,2° і 0,72° адпаведна.
④ Крутоўны момант утрымання: гэта крутоўны момант абмоткі статара рухавіка пры намінальным току, але ротар не круціцца, статар блакуе ротар. Крутоўны момант утрымання з'яўляецца найважнейшым параметрам крокавых рухавікоў і асноўнай асновай для выбару рухавіка.
⑤ Крутоўны момант пазіцыянавання: гэта крутоўны момант, неабходны для павароту ротара пад уздзеяннем знешняй сілы, калі праз рухавік не праходзіць ток. Крутоўны момант з'яўляецца адным з паказчыкаў прадукцыйнасці рухавіка. Калі іншыя параметры аднолькавыя, то чым меншы крутоўны момант пазіцыянавання, тым меншы "эфект шчыліны", тым больш спрыяльна гэта ўплывае на плаўнасць працы рухавіка на нізкай хуткасці. Частотныя характарыстыкі крутоўнага моманту: у асноўным адносяцца да працяглых частасных характарыстык крутоўнага моманту, пры якіх рухавік можа стабільна працаваць на пэўнай хуткасці і вытрымліваць максімальны крутоўны момант без страты ступеністасці. Крывая момант-частота выкарыстоўваецца для апісання сувязі паміж максімальным крутоўным момантам і хуткасцю (частатай) без страты ступеністасці. Крывая частаты крутоўнага моманту з'яўляецца важным параметрам крокавага рухавіка і з'яўляецца асноўнай асновай для выбару рухавіка.
⑥ Намінальны ток: ток абмоткі рухавіка, неабходны для падтрымання намінальнага крутоўнага моманту, эфектыўнае значэнне
4. Выбар пунктаў
У прамысловых умовах хуткасць крокавага рухавіка выкарыстоўваецца да 600 ~ 1500 абаротаў у хвіліну, пры больш высокай хуткасці можна разгледзець замкнёны контур прывада крокавага рухавіка або выбраць больш адпаведную праграму сервапрывада для крокавага рухавіка (гл. малюнак ніжэй).
(1) Выбар вугла прыступкі
У залежнасці ад колькасці фаз рухавіка існуе тры тыпы крокавых рухавікоў: 1,8° (двухфазны), 1,2° (трохфазны), 0,72° (пяціфазны). Вядома, пяціфазны крокавы рухавік мае найвышэйшую дакладнасць, але яго рухавік і драйвер каштуюць даражэй, таму ён рэдка выкарыстоўваецца ў Кітаі. Акрамя таго, у цяперашні час асноўныя крокавыя драйверы выкарыстоўваюць тэхналогію падраздзялення, у 4 падраздзяленнях ніжэй дакладнасць падраздзялення крокавага рухавіка ўсё яшчэ можа быць гарантавана, таму, калі ўлічваць толькі паказчыкі дакладнасці крокавага рухавіка, пяціфазны крокавы рухавік можна замяніць двухфазным або трохфазным крокавым рухавіком. Напрыклад, пры выкарыстанні нейкага тыпу вываду для нагрузкі шрубы 5 мм, калі выкарыстоўваецца двухфазны крокавы рухавік і драйвер усталяваны на 4 падраздзяленні, колькасць імпульсаў на абарот рухавіка складае 200 х 4 = 800, а эквівалент імпульсу складае 5 ÷ 800 = 0,00625 мм = 6,25 мкм, такая дакладнасць можа задаволіць большасць патрабаванняў прыкладання.
(2) Выбар статычнага крутоўнага моманту (крутоўнага моманту ўтрымання)
Звычайна выкарыстоўваныя механізмы перадачы нагрузкі ўключаюць сінхронныя рамяні, ніткападобныя стрыжні, рэечныя рэйкі і г.д. Спачатку кліенты разлічваюць нагрузку сваёй машыны (у асноўным крутоўны момант паскарэння плюс крутоўны момант трэння), пераўтвораную ў неабходны крутоўны момант нагрузкі на вале рухавіка. Затым, у залежнасці ад максімальнай хуткасці руху, неабходнай для электрычных кветак, наступныя два розныя выпадкі выкарыстання выбіраюць адпаведны крутоўны момант утрымання крокавага рухавіка ① для прымянення неабходнай хуткасці рухавіка 300 м/с або менш: калі нагрузка машыны пераўтворыцца ў неабходны крутоўны момант нагрузкі на вале рухавіка T1, то гэты крутоўны момант нагрузкі памнажаецца на каэфіцыент бяспекі SF (звычайна прымаецца за 1,5-2,0), гэта значыць неабходны крутоўны момант утрымання крокавага рухавіка Tn ②2. Для прымянення, якое патрабуе хуткасці рухавіка 300 м/с або больш: усталюйце максімальную хуткасць Nmax, калі нагрузка машыны пераўтворыцца ў вал рухавіка, неабходны крутоўны момант нагрузкі роўны T1, то гэты крутоўны момант нагрузкі памнажаецца на каэфіцыент бяспекі SF (звычайна 2,5-3,5), што дае крутоўны момант утрымання Tn. Звярніцеся да малюнка 4 і абярыце адпаведную мадэль. Затым выкарыстайце крывую момант-частота для праверкі і параўнання: на крывой момант-частота максімальная хуткасць Nmax, неабходная карыстальніку, адпавядае максімальнаму стратнаму крокаваму моманту T2, тады максімальны стратны крокавы момант T2 павінен быць больш чым на 20% большым за T1. У адваротным выпадку неабходна выбраць новы рухавік з большым круцільным момантам і зноў праверыць і параўнаць у адпаведнасці з крывой крутоўнага моманту-частоты зноў абранага рухавіка.
(3) Чым большы базавы нумар рухавіка, тым большы круцільны момант.
(4) у залежнасці ад намінальнага току выбраць адпаведны драйвер крокавага рухавіка.
Напрыклад, калі намінальны ток рухавіка 57CM23 складае 5 А, то максімальна дапушчальны ток прывада павінен перавышаць 5 А (звярніце ўвагу, што гэта эфектыўнае значэнне, а не пікавае), інакш, калі вы выбераце максімальны ток прывада толькі 3 А, максімальны выхадны крутоўны момант рухавіка можа скласці толькі каля 60%!
5, вопыт працы з праграмай
(1) праблема нізкачастотнага рэзанансу крокавага рухавіка
Падраздзяляльны прывад крокавых рухавікоў — гэта эфектыўны спосаб зніжэння нізкачастотнага рэзанансу крокавых рухавікоў. Пры хуткасці ніжэй за 150 абаротаў у хвіліну падраздзяляльны прывад вельмі эфектыўна зніжае вібрацыю рухавіка. Тэарэтычна, чым большы падраздзяленне, тым лепшы эфект зніжэння вібрацыі крокавага рухавіка, але на самой справе падраздзяленне павялічваецца да 8 ці 16 пасля таго, як эфект паляпшэння зніжэння вібрацыі крокавага рухавіка дасягае крайняга ўзроўню.
У апошнія гады ў краіне і за мяжой з'явіліся драйверы крокавых рухавікоў з нізкачастотным рэзанансам, такія як прадукты серыі DM і DM-S ад Leisai, якія выкарыстоўваюць тэхналогію нізкачастотнага рэзанансу. У гэтай серыі драйвераў выкарыстоўваецца гарманічная кампенсацыя, якая дзякуючы кампенсацыі амплітуднага і фазавага ўзгаднення можа значна знізіць нізкачастотныя вібрацыі крокавага рухавіка, што дазваляе дасягнуць нізкай вібрацыі і нізкага ўзроўню шуму пры працы рухавіка.
(2) Уплыў падзелу крокавых рухавікоў на дакладнасць пазіцыянавання
Схема кіравання крокавым рухавіком з падраздзяленнем можа не толькі палепшыць плаўнасць руху прылады, але і эфектыўна палепшыць дакладнасць пазіцыянавання абсталявання. Выпрабаванні паказваюць, што: У платформе руху з сінхронным раменным прывадам крокавы рухавік з падраздзяленнем 4 можа быць дакладна пазіцыянаваны на кожным кроку.
Час публікацыі: 11 чэрвеня 2023 г.