Қадамдық қозғалтқыштаркері байланыс құрылғыларын (яғни ашық циклді басқаруды) пайдаланбай жылдамдықты басқару және позициялауды басқару үшін пайдаланылуы мүмкін, сондықтан бұл жетек шешімі үнемді және сенімді. Автоматтандыру жабдықтарында, аспаптарда, қадамдық жетек өте кеңінен қолданылды. Бірақ көптеген пайдаланушылар техникалық персоналдың тиісті қадамдық қозғалтқышты қалай таңдау керектігі, қадамдық жетектің ең жақсы өнімділігін қалай жасау керектігі туралы сұрақтары бар. Бұл мақалада қадамдық қозғалтқыштарды таңдау талқыланады, қадамдық қозғалтқыш инженериясының кейбір тәжірибесін қолдануға бағытталған, мен автоматтандыру жабдықтарында қадамдық қозғалтқыштарды танымал ету анықтамалық рөл атқарады деп үміттенемін.
1, Кіріспеқадамдық қозғалтқыш
Қадамдық қозғалтқыш импульстік қозғалтқыш немесе қадамдық қозғалтқыш деп те аталады. Қоздыру күйі кіріс импульстік сигналына сәйкес өзгерген сайын белгілі бір бұрышпен алға жылжиды және қоздыру күйі өзгермеген кезде белгілі бір орында қозғалмайтын күйде қалады. Бұл қадамдық қозғалтқышқа кіріс импульстік сигналын шығыс үшін сәйкес бұрыштық ығысуға түрлендіруге мүмкіндік береді. Кіріс импульстарының санын басқару арқылы сіз ең жақсы позициялауға қол жеткізу үшін шығыстың бұрыштық ығысуын дәл анықтай аласыз; ал кіріс импульстарының жиілігін басқару арқылы сіз шығыстың бұрыштық жылдамдығын дәл басқара аласыз және жылдамдықты реттеу мақсатына қол жеткізе аласыз. 1960 жылдардың соңында әртүрлі практикалық қадамдық қозғалтқыштар пайда болды және соңғы 40 жылда қарқынды даму байқалды. Қадамдық қозғалтқыштар тұрақты ток қозғалтқыштарымен, асинхронды қозғалтқыштармен және синхронды қозғалтқыштармен қатар жұмыс істей бастады, бұл қозғалтқыштың негізгі түріне айналды. Қадамдық қозғалтқыштардың үш түрі бар: реактивті (VR түрі), тұрақты магнит (PM түрі) және гибридті (HB түрі). Гибридті қадамдық қозғалтқыш қадамдық қозғалтқыштың алғашқы екі түрінің артықшылықтарын біріктіреді. Баспалдақ қозғалтқышы ротордан (ротор өзегі, тұрақты магниттер, білік, шар мойынтіректер), статордан (орама, статор өзегі), алдыңғы және артқы қақпақтардан және т.б. тұрады. Ең көп таралған екі фазалы гибридті баспалдақ қозғалтқышында 8 үлкен тістері, 40 кішкентай тістері бар статор және 50 кішкентай тістері бар ротор бар; үш фазалы қозғалтқышта 9 үлкен тістері бар статор, 45 кішкентай тістері және 50 кішкентай тістері бар ротор бар.
2, Басқару принципі
Theқадамдық қозғалтқышқуат көзіне тікелей қосыла алмайды, сондай-ақ электр импульстік сигналдарды тікелей қабылдай алмайды, оны арнайы интерфейс арқылы жүзеге асыру керек - қуат көзі мен контроллермен өзара әрекеттесу үшін қадамдық қозғалтқыш драйвері. Қадамдық қозғалтқыш драйвері әдетте сақиналы таратқыштан және қуат күшейткіш тізбегінен тұрады. Сақиналы бөлгіш контроллерден басқару сигналдарын қабылдайды. Импульстік сигнал қабылданған сайын сақиналы бөлгіштің шығысы бір рет түрлендіріледі, сондықтан импульстік сигналдың болуы немесе болмауы және жиілігі қадамдық қозғалтқыштың жылдамдығы жоғары немесе төмен екенін, іске қосу немесе тоқтату үшін үдеу немесе баяулауды анықтай алады. Сақиналы таратқыш сонымен қатар контроллерден келетін бағыт сигналын бақылап, оның шығыс күйінің ауысулары оң немесе теріс ретпен екенін анықтауы керек және осылайша қадамдық қозғалтқыштың рульдік басқаруын анықтайды.
3, Негізгі параметрлер
①Блок нөмірі: негізінен 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 және т.б.
2 Фаза нөмірі: қадамдық қозғалтқыштың ішіндегі катушкалар саны, қадамдық қозғалтқыштың фазалық нөмірі әдетте екі фазалы, үш фазалы, бес фазалы болады. Қытай негізінен екі фазалы қадамдық қозғалтқыштарды пайдаланады, үш фазалы қозғалтқыштардың да кейбір қолданыстары бар. Жапонияда бес фазалы қадамдық қозғалтқыштар жиі қолданылады.
③Қадам бұрышы: импульстік сигналға сәйкес, қозғалтқыш роторының айналу бұрышының ығысуы. Қадамдық қозғалтқыштың қадам бұрышын есептеу формуласы келесідей
Қадам бұрышы = 360° ÷ (2мц)
m - қадамдық қозғалтқыштың фазаларының саны
Z - қадамдық қозғалтқыштың роторының тістерінің саны.
Жоғарыда келтірілген формулаға сәйкес, екі фазалы, үш фазалы және бес фазалы қадамдық қозғалтқыштардың қадам бұрышы сәйкесінше 1,8°, 1,2° және 0,72° құрайды.
④ Ұстау моменті: номиналды ток арқылы қозғалтқыштың статор орамасының моменті, бірақ ротор айналмайды, статор роторды бекітеді. Ұстау моменті қадамдық қозғалтқыштардың ең маңызды параметрі болып табылады және қозғалтқышты таңдаудың негізгі негізі болып табылады.
⑤ Орналастыру моменті: қозғалтқыш ток өткізбеген кезде роторды сыртқы күшпен айналдыру үшін қажетті момент. Момент қозғалтқышты бағалаудың өнімділік көрсеткіштерінің бірі болып табылады, басқа параметрлер бірдей болған жағдайда, орналастыру моменті неғұрлым аз болса, «ойық эффектісі» соғұрлым аз болады, қозғалтқыштың төмен жылдамдықта жұмыс істеуінің момент жиілігінің сипаттамалары соғұрлым пайдалы болады: негізінен созылған момент жиілігінің сипаттамаларына жатады, қозғалтқыштың белгілі бір жылдамдықта тұрақты жұмысы қадамды жоғалтпай максималды моментке төтеп бере алады. Момент-жиілік қисығы қадамды жоғалтпай максималды момент пен жылдамдық (жиілік) арасындағы байланысты сипаттау үшін қолданылады. Момент жиілігінің қисығы қадамдық қозғалтқыштың маңызды параметрі болып табылады және қозғалтқышты таңдаудың негізгі негізі болып табылады.
⑥ Номиналды ток: номиналды моментті ұстап тұру үшін қажетті қозғалтқыш орамасының тогы, тиімді мән
4. Ұпайларды таңдау
Өнеркәсіптік қолданбаларда сатылы қозғалтқыштың жылдамдығы 600-ден 1500 айн/мин-ге дейін жетеді, жылдамдығы жоғарырақ, тұйық циклді сатылы қозғалтқыштың жетегінің жетегін қарастыруға немесе серво жетек бағдарламасына сәйкес келетін сатылы қозғалтқышты таңдау қадамдарын таңдауға болады (төмендегі суретті қараңыз).
(1) Қадам бұрышын таңдау
Қозғалтқыштың фазаларының санына сәйкес, үш түрлі қадам бұрышы бар: 1,8° (екі фазалы), 1,2° (үш фазалы), 0,72° (бес фазалы). Әрине, бес фазалы қадам бұрышы ең жоғары дәлдікке ие, бірақ оның қозғалтқышы мен жетегінің құны қымбатырақ, сондықтан ол Қытайда сирек қолданылады. Сонымен қатар, негізгі қадамдық драйверлер қазір бөлімшелік жетек технологиясын қолданады, төмендегі 4 бөлімшеде бөлімшелік қадам бұрышының дәлдігіне әлі де кепілдік беруге болады, сондықтан егер қадам бұрышының дәлдік көрсеткіштерін ескерсек, бес фазалы қадамдық қозғалтқышты екі фазалы немесе үш фазалы қадамдық қозғалтқышпен ауыстыруға болады. Мысалы, 5 мм бұрандалы жүктеме үшін қандай да бір қорғасын түрін қолдану кезінде, егер екі фазалы сатылы қозғалтқыш пайдаланылса және жетек 4 кіші бұрышқа орнатылса, қозғалтқыштың бір айналымындағы импульстар саны 200 x 4 = 800, ал импульстік эквиваленті 5 ÷ 800 = 0,00625 мм = 6,25 мкм болса, бұл дәлдік қолдану талаптарының көпшілігін қанағаттандыра алады.
(2) Статикалық моментті (ұстап тұру моментін) таңдау
Жиі қолданылатын жүктеме беру механизмдеріне синхронды белдіктер, жіп тәрізді шыбықтар, тіректер және т.б. жатады. Тұтынушылар алдымен қозғалтқыш білігіне қажетті жүктеме моментіне түрлендірілген машина жүктемесін (негізінен үдеу моменті мен үйкеліс моменті) есептейді. Содан кейін, электрлік қозғалтқыштарға қажетті максималды жұмыс жылдамдығына сәйкес, 300 мин немесе одан аз қозғалтқыш жылдамдығын қолдану үшін қадамдық қозғалтқыштың тиісті ұстап тұру моментін таңдау үшін келесі екі түрлі пайдалану жағдайын қарастырыңыз: егер машина жүктемесі қозғалтқыш білігіне қажетті жүктеме моменті T1 түрлендірілсе, онда бұл жүктеме моменті қауіпсіздік коэффициенті SF-ке (әдетте 1,5-2,0 деп қабылданады) көбейтіледі, яғни қажетті қадамдық қозғалтқыштың ұстап тұру моменті Tn ②2 үшін. 300 мин немесе одан көп қозғалтқыш жылдамдығын қажет ететін қолданбалар үшін: максималды жылдамдық Nmax мәнін орнатыңыз, егер машина жүктемесі қозғалтқыш білігіне түрлендірілсе, қажетті жүктеме моменті T1 болады, онда бұл жүктеме моменті қауіпсіздік коэффициенті SF-ке (әдетте 2,5-3,5) көбейтіледі, бұл ұстап тұру моменті Tn береді. 4-суретті қараңыз және қолайлы модельді таңдаңыз. Содан кейін момент-жиілік қисығын пайдаланып тексеріп, салыстырыңыз: момент-жиілік қисығында пайдаланушыға қажетті максималды жылдамдық Nmax T2 максималды жоғалған қадам моментіне сәйкес келеді, содан кейін максималды жоғалған қадам моменті T2 T1-ден 20%-дан артық болуы керек. Әйтпесе, үлкенірек моменті бар жаңа қозғалтқышты таңдап, жаңадан таңдалған қозғалтқыштың момент жиілігі қисығына сәйкес қайтадан тексеріп, салыстыру қажет.
(3) Қозғалтқыш базасының саны неғұрлым үлкен болса, ұстап тұру моменті соғұрлым үлкен болады.
(4) сәйкес келетін қадамдық драйверді таңдау үшін номиналды токқа сәйкес.
Мысалы, 57CM23 қозғалтқышының номиналды тогы 5 А болса, онда сіз жетектің 5 А-дан асатын максималды рұқсат етілген тогына сәйкес келесіз (бұл шың емес, тиімді мән екенін ескеріңіз), әйтпесе егер сіз тек 3 А жетектің максималды тогын таңдасаңыз, қозғалтқыштың максималды шығыс моменті шамамен 60% ғана болуы мүмкін!
5, қолдану тәжірибесі
(1) қадамдық қозғалтқыштың төмен жиілікті резонанстық мәселесі
Бөлшектелген қадамдық жетегі қадамдық қозғалтқыштардың төмен жиілікті резонансын азайтудың тиімді әдісі болып табылады. 150 айн/мин төмен болса, бөлшектелген жетегі қозғалтқыштың дірілін азайтуда өте тиімді. Теориялық тұрғыдан алғанда, бөлшектеу неғұрлым үлкен болса, қадамдық қозғалтқыштың дірілін азайтуға соғұрлым жақсы әсер етеді, бірақ нақты жағдай қадамдық қозғалтқыштың дірілін азайтуға жақсарту әсері шегіне жеткеннен кейін бөлшектеу 8 немесе 16-ға дейін артады.
Соңғы жылдары елімізде де, шетелде де Leisai компаниясының DM, DM-S сериялы өнімдері, яғни төмен жиілікті резонанстық технологиясы шығарылды. Бұл сериялы драйверлер гармоникалық компенсацияны пайдаланады, амплитудасы мен фазаны сәйкестендіру компенсациясы арқылы қадамдық қозғалтқыштың төмен жиілікті дірілін айтарлықтай азайтып, қозғалтқыштың төмен дірілі мен шуылын азайтуға мүмкіндік береді.
(2) Қадамдық қозғалтқыштың бөлімшесінің орналасу дәлдігіне әсері
Қадамдық қозғалтқыштың бөлімшелік жетек тізбегі құрылғы қозғалысының тегістігін жақсартып қана қоймай, сонымен қатар жабдықтың орналасу дәлдігін тиімді түрде жақсарта алады. Сынақтар көрсеткендей: синхронды белдік жетегінің қозғалыс платформасында, 4 бөлімшелік қадамдық қозғалтқышта қозғалтқышты әр қадамда дәл орналастыруға болады.
Жарияланған уақыты: 2023 жылғы 11 маусым