Як прывад,крокавы рухавікз'яўляецца адным з ключавых прадуктаў мехатронікі, які шырока выкарыстоўваецца ў розных сістэмах аўтаматызаванага кіравання. З развіццём мікраэлектронікі і камп'ютэрных тэхналогій попыт на крокавыя рухавікі расце з кожным днём, і яны выкарыстоўваюцца ў розных галінах нацыянальнай эканомікі.
01 Што такоекрокавы рухавік
Крокавы рухавік — гэта электрамеханічная прылада, якая непасрэдна пераўтварае электрычныя імпульсы ў механічны рух. Кіруючы паслядоўнасцю, частатой і колькасцю электрычных імпульсаў, якія паступаюць на шпульку рухавіка, можна кіраваць кіраваннем, хуткасцю і вуглом павароту крокавага рухавіка. Без выкарыстання сістэмы кіравання з зваротнай сувяззю і датчыкам становішча, дакладнае кіраванне становішчам і хуткасцю можа быць дасягнута з дапамогай простай і недарагой сістэмы кіравання з разамкнутым контурам, якая складаецца з крокавага рухавіка і адпаведнага драйвера.
02 крокавы рухавікасноўная структура і прынцып працы
Асноўная структура：
Прынцып працы: драйвер крокавага рухавіка ў адпаведнасці з знешнім імпульсам кіравання і сігналам кірунку, праз сваю ўнутраную лагічную схему, кіруе абмоткамі крокавага рухавіка ў пэўнай паслядоўнасці часу прамога або зваротнага кручэння, так што рухавік круціцца прамога/зваротнага кірунку або блакуецца.
Возьмем у якасці прыкладу двухфазны крокавы рухавік на 1,8 градуса: калі абедзве абмоткі знаходзяцца пад напругай і ўзбуджаюцца, выходны вал рухавіка будзе нерухомым і заблакіраваным у становішчы. Максімальны крутоўны момант, які будзе ўтрымліваць рухавік заблакаваны на намінальным току, - гэта ўтрымлівальны момант. Калі ток у адной з абмотак перанакіраваць, рухавік павернецца на адзін крок (1,8 градуса) у зададзеным кірунку.
Аналагічна, калі ток у іншай абмотцы зменіць кірунак, рухавік павернецца на адзін крок (1,8 градуса) у процілеглым кірунку адносна папярэдняга. Калі токі праз абмоткі шпулькі паслядоўна перанакіроўваюцца на ўзбуджэнне, рухавік будзе круціцца бесперапынна ў зададзеным кірунку з вельмі высокай дакладнасцю. Для кручэння на 1,8 градуса двухфазны крокавы рухавік за тыдзень робіць 200 крокаў.
Двухфазныя крокавыя рухавікі маюць два тыпы абмотак: біпалярныя і ўніпалярныя. Біпалярныя рухавікі маюць толькі адну абмотку на фазу, рухавік пастаянна круціцца, ток у адной і той жа абмотцы мае паслядоўна зменнае ўзбуджэнне, канструкцыя схемы прывада патрабуе васьмі электронных перамыкачоў для паслядоўнага пераключэння.
Уніпалярныя рухавікі маюць дзве абмоткі процілеглай палярнасці на кожнай фазе, і рухавік
круціцца бесперапынна, па чарзе падключаючы энергію да дзвюх абмотак на адной фазе.
Схема кіравання распрацавана так, каб патрабаваць толькі чатырох электронных перамыкачоў. У біпалярным рэжыме
рэжым руху, выходны крутоўны момант рухавіка павялічваецца прыкладна на 40% у параўнанні з
уніпалярны рэжым кіравання, таму што абмоткі кожнай фазы ўзбуджаныя на 100%.
03, Нагрузка крокавага рухавіка
А. Момантная нагрузка (Tf)
Tf = G * r
G: Вага грузу
r: радыус
B. Інэрцыйная нагрузка (ТДж)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12 + R22) / 2 (кг * см)
M: Маса грузу
R1: Радыус вонкавага кальца
R2: Радыус унутранага кальца
dω/dt: вуглавое паскарэнне
04, крывая хуткасці і крутоўнага моманту крокавага рухавіка
Крывая хуткасці і крутоўнага моманту з'яўляецца важным выразам выходных характарыстык крокавага рухавіка
рухавікі.
A. Кропка рабочай частаты крокавага рухавіка
Значэнне хуткасці крокавага рухавіка ў пэўны момант.
n = q * Гц / (360 * D)
n: аб/с
Гц: значэнне частаты
D: Значэнне інтэрпаляцыі схемы кіравання
q: кут кроку крокавага рухавіка
Напрыклад, крокавы рухавік з вуглом нахілу 1,8°, з прывадам інтэрпаляцыі 1/2(г.зн. 0,9° на крок), мае хуткасць 1,25 аб/с пры рабочай частаце 500 Гц.
B. Зона самазапуску крокавага рухавіка
Зона, дзе можна непасрэдна запускаць і спыняць крокавы рухавік.
C. Зона бесперапыннай працы
У гэтай зоне крокавы рухавік нельга запусціць або спыніць непасрэдна. Крокавыя рухавікі ўгэтая зона спачатку павінна прайсці праз зону самазапуску, а затым паскорыць рух, каб дасягнуцьрабочая зона. Аналагічна, крокавы рухавік у гэтай зоне нельга непасрэдна затармазіць,інакш лёгка прывесці да збою крокавага рухавіка, спачатку яго трэба запаволіць, кабзону самазапуску, а затым затармазіў.
D. Максімальная частата запуску крокавага рухавіка
Рухавік знаходзіцца ў стане халастога ходу, каб пераканацца, што крокавы рухавік не губляе крокавую працумаксімальная частата імпульсаў.
E. Максімальная рабочая частата крокавага рухавіка
Максімальная частата імпульсаў, пры якой рухавік узбуджаецца для працы без страты ступенібез нагрузкі.
F. Пускавы момант / момант уцягвання крокавага рухавіка
Каб задаволіць пэўную частату імпульсаў крокавага рухавіка для запуску і запуску, безстраты ступені максімальнага моманту нагрузкі.
G. Крутоўны момант/крутоўны момант уцягвання крокавага рухавіка
Максімальны крутоўны момант нагрузкі, які задавальняе ўстойлівую працу крокавага рухавіка прыпэўная частата імпульсаў без страты кроку.
05 Кіраванне рухам з дапамогай крокавага рухавіка для паскарэння/запаволення
Калі рабочая частата крокавага рухавіка знаходзіцца ў кропцы крывой хуткасці-крутоўнага моманту бесперапыннагавобласць эксплуатацыі, як скараціць час паскарэння або запаволення запуску або прыпынку рухавікачас, каб рухавік працаваў даўжэй у найлепшым стане хуткасці, тым самым павялічваючыэфектыўны час працы рухавіка вельмі важны.
Як паказана на малюнку ніжэй, крывая дынамічнай характарыстыкі крутоўнага моманту крокавага рухавікагарызантальная прамая лінія на нізкай хуткасці; на высокай хуткасці крывая экспаненцыяльна памяншаеццаз-за ўплыву індуктыўнасці.
Мы ведаем, што нагрузка крокавага рухавіка роўная TL, дапусцім, мы хочам паскорыць рух ад F0 да F1 занайкарацейшы час (tr), як вылічыць найкарацейшы час tr?
(1) Звычайна TJ = 70% Tm
(2) tr = 1,8 * 10 -5 * Дж * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Экспанентнае паскарэнне на высокай хуткасці
(1) Звычайна
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * У [(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 * Дж * q * F2/(TJ 0-TL)
Заўвагі.
J паказвае інэрцыю кручэння ротара рухавіка пад нагрузкай.
q — гэта вугал павароту кожнага кроку, які з'яўляецца вуглом кроку крокавага рухавіка ў
корпус усяго дыска.
У аперацыі запаволення проста адрэгуляваць вышэйпаказаную частату імпульсаў паскарэння.
разлічана.
06 вібрацыя і шум крокавага рухавіка
Звычайна крокавы рухавік працуе без нагрузкі, калі рабочая частата рухавікаблізкая або роўная ўласнай частаце ротара рухавіка, будзе рэзанаваць, сур'ёзная будзеузнікае з'ява неналадкі.
Некалькі рашэнняў для рэзанансу:
А. Пазбягайце зоны вібрацыі: каб рабочая частата рухавіка не трапляла ўдыяпазон вібрацый
B. Выкарыстоўвайце рэжым падзеленага прывада: выкарыстоўвайце рэжым мікракрокавага прывада для зніжэння вібрацыі шляхам
падзел зыходнага аднаго кроку на некалькі крокаў для павелічэння раздзяляльнай здольнасці кожнага з іх
крок рухавіка. Гэтага можна дасягнуць, рэгулюючы суадносіны фазы да току рухавіка.
Мікракрокаванне не павялічвае дакладнасць вугла кроку, але прымушае рухавік працаваць хутчэй
плаўна і з меншым шумам. Крутоўны момант звычайна на 15% ніжэйшы пры паўкрокавым рэжыме працы.
чым пры паўнаступенчатым рэжыме працы, і на 30% ніжэй пры кіраванні токам сінусоіды.
Час публікацыі: 9 лістапада 2022 г.