בחירת מנועי צעד בציוד אוטומציה

מנועי צעדניתן להשתמש בו לבקרת מהירות ובקרת מיקום ללא שימוש בהתקני משוב (כלומר, בקרת לולאה פתוחה), כך שפתרון הנעה זה הוא גם חסכוני וגם אמין. בציוד אוטומציה ומכשירים, הנעת צעד נמצאת בשימוש נרחב מאוד. אך משתמשים רבים ואנשי מקצוע טכניים מתעניינים בבחירת מנוע הצעד המתאים, כיצד להשיג את הביצועים הטובים ביותר של הנעת הצעד או בשאלות נוספות. מאמר זה דן בבחירת מנועי צעד, תוך התמקדות ביישום ניסיון בהנדסת מנועי צעד, ואני מקווה שהפופולריות של מנועי צעד בציוד אוטומציה תשחק תפקיד חשוב.

 

1. מבוא שלמנוע צעד

מנוע צעד ידוע גם כמנוע פולסים או מנוע צעדים. הוא מתקדם בזווית מסוימת בכל פעם שמצב העירור משתנה בהתאם לאות פולס הקלט, ונשאר נייח במיקום מסוים כאשר מצב העירור נשאר ללא שינוי. זה מאפשר למנוע הצעד להמיר את אות פולס הקלט לתזוזה זוויתית מתאימה עבור הפלט. על ידי שליטה במספר פולסי הקלט ניתן לקבוע במדויק את התזוזה הזוויתית של הפלט על מנת להשיג את המיקום הטוב ביותר; ועל ידי שליטה בתדירות פולסי הקלט ניתן לשלוט במדויק במהירות הזוויתית של הפלט ולהשיג את מטרת ויסות המהירות. בסוף שנות ה-60 נוצרו מגוון מנועי צעד מעשיים, ו-40 השנים האחרונות ראו פיתוח מהיר. מנועי צעד הצליחו להפוך למנועי DC, מנועים אסינכרוניים ומנועים סינכרוניים לצד זה, והפכו לסוג בסיסי של מנוע. ישנם שלושה סוגים של מנועי צעד: ריאקטיביים (סוג VR), מגנט קבוע (סוג PM) והיברידיים (סוג HB). מנוע הצעד ההיברידי משלב את היתרונות של שתי הצורות הראשונות של מנוע צעד. מנוע הצעדים מורכב מרוטור (ליבת הרוטור, מגנטים קבועים, ציר, מיסבים כדוריים), סטטור (סלילה, ליבת סטטור), מכסי קצה קדמיים ואחוריים וכו'. למנוע הצעדים ההיברידי הדו-פאזי האופייני ביותר יש סטטור עם 8 שיניים גדולות, 40 שיניים קטנות ורוטור עם 50 שיניים קטנות; למנוע תלת פאזי יש סטטור עם 9 שיניים גדולות, 45 שיניים קטנות ורוטור עם 50 שיניים קטנות.

 

2、עקרון הבקרה

המנוע צעדלא ניתן לחבר אותו ישירות לספק הכוח, וגם לא לקבל אותות פולסים חשמליים ישירות, יש לממש זאת באמצעות ממשק מיוחד - מנהל התקן מנוע הצעד כדי לתקשר עם ספק הכוח והבקר. מנהל התקן מנוע הצעד מורכב בדרך כלל ממפזר טבעתי וממעגל מגבר הספק. מחלק הטבעת מקבל את אותות הבקרה מהבקר. בכל פעם שמתקבל אות פולס, הפלט של מחלק הטבעת מומר פעם אחת, כך שנוכחותו או היעדרו ותדירותו של אות הפולס יכולים לקבוע האם מהירות מנוע הצעד גבוהה או נמוכה, האם הוא מאיץ או מאט כדי להתחיל או לעצור. מחלק הטבעת חייב גם לנטר את אות הכיוון מהבקר כדי לקבוע האם מעברי מצב הפלט שלו הם בסדר חיובי או שלילי, ובכך לקבוע את היגוי מנוע הצעד.

 

3, פרמטרים עיקריים

①מספר בלוק: בעיקר 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 וכו'.

②מספר פאזות: מספר הסלילים בתוך מנוע הצעד, מספר הפאזות של מנוע הצעד הוא בדרך כלל דו-פאזי, תלת-פאזי וחמישה פאזים. סין משתמשת בעיקר במנועי צעד דו-פאזיים, ויש גם כמה יישומים במנועי תלת-פאזיים. יפן משתמשת לעתים קרובות יותר במנועי צעד חמישה פאזים.

③זווית צעד: התזוזה הזוויתית של סיבוב רוטור המנוע, בהתאם לאות הדופק. נוסחת חישוב זווית הצעד של מנוע הצעד היא כדלקמן.

זווית צעד = 360° ÷ (2mz)

m מספר הפאזות של מנוע צעד

Z הוא מספר השיניים של הרוטור של מנוע צעד.

לפי הנוסחה לעיל, זווית הצעד של מנועי צעד דו-פאזיים, תלת-פאזיים וחמישה-פאזיים היא 1.8°, 1.2° ו-0.72° בהתאמה.

④ מומנט החזקה: הוא מומנט סליל הסטטור של המנוע דרך הזרם המדורג, אך הרוטור אינו מסתובב, והסטטור נועל את הרוטור. מומנט החזקה הוא הפרמטר החשוב ביותר של מנועי צעד, והוא הבסיס העיקרי לבחירת מנוע.

⑤ מומנט מיקום: הוא המומנט הנדרש כדי לסובב את הרוטור עם כוח חיצוני כאשר המנוע אינו מעביר זרם. המומנט הוא אחד ממדדי הביצועים להערכת המנוע. במקרה של פרמטרים אחרים זהים, ככל שמומנט המיקום קטן יותר, פירושו ש"אפקט החריץ" קטן יותר, כך יעילות פעולת המנוע במהירויות נמוכות מועילה יותר. מאפייני תדר מומנט: מתייחס בעיקר למאפייני תדר מומנט מתוחים, פעולה יציבה של המנוע במהירות מסוימת יכולה לעמוד במומנט המרבי מבלי לאבד צעד. עקומת מומנט-תדר משמשת לתיאור הקשר בין המומנט המרבי למהירות (תדר) מבלי לאבד צעד. עקומת תדר מומנט היא פרמטר חשוב של מנוע צעד והיא הבסיס העיקרי לבחירת מנוע.

⑥ זרם מדורג: זרם סליל המנוע הנדרש כדי לשמור על מומנט מדורג, הערך האפקטיבי

 

4、בחירת נקודות

יישומים תעשייתיים המשמשים במהירות מנוע צעד של עד 600 ~ 1500 סל"ד. עבור מהירויות גבוהות יותר, ניתן לשקול הנעת מנוע צעד בלולאה סגורה, או לבחור תוכנית הנעת סרוו מתאימה יותר לבחירת שלבי מנוע צעד (ראה איור למטה).

 

(1) בחירת זווית צעד

בהתאם למספר הפאזות של המנוע, ישנם שלושה סוגים של זווית צעד: 1.8° (דו-פאזי), 1.2° (תלת-פאזי), 0.72° (חמישה-פאזי). כמובן, לזווית צעד חמש-פאזי יש את הדיוק הגבוה ביותר, אך המנוע והנהג שלה יקרים יותר, ולכן הוא נמצא בשימוש נדיר בסין. בנוסף, מנועי הצעד המרכזיים משתמשים כיום בטכנולוגיית הנעת חלוקה לחלוקה. ב-4 חלוקות החלוקה שלהלן, עדיין ניתן להבטיח את דיוק זווית הצעד של חלוקה לחלוקה, כך שאם רק מדדי דיוק זווית הצעד נלקחים בחשבון, ניתן להחליף את מנוע הצעד חמש-פאזי במנוע צעד דו-פאזי או תלת-פאזי. לדוגמה, ביישום של סוג כלשהו של מוליך לעומס בורג של 5 מ"מ, אם משתמשים במנוע צעד דו-פאזי והנהג מוגדר על 4 חלוקות משנה, מספר הפולסים לכל סיבוב של המנוע הוא 200 x 4 = 800, ושווה הערך לפולסים הוא 5 ÷ 800 = 0.00625 מ"מ = 6.25 מיקרומטר, דיוק זה יכול לעמוד ברוב דרישות היישום.

(2) בחירת מומנט סטטי (מומנט החזקה)

מנגנוני העברת עומס נפוצים כוללים רצועות סינכרוניות, מוטות נימה, מתלה וגלגל שיניים וכו'. לקוחות מחשבים תחילה את עומס המכונה שלהם (בעיקר מומנט תאוצה בתוספת מומנט חיכוך) כשהם מומרים למומנט העומס הנדרש על ציר המנוע. לאחר מכן, בהתאם למהירות הריצה המקסימלית הנדרשת על ידי הפרחים החשמליים, שני מקרי שימוש שונים הבאים משמשים לבחירת מומנט ההחזקה המתאים של מנוע הצעד ① עבור יישום מהירות המנוע הנדרשת של 300pm או פחות: אם עומס המכונה מומר למומנט העומס הנדרש של ציר המנוע T1, אז מומנט העומס הזה מוכפל במקדם הבטיחות SF (בדרך כלל נלקח כ-1.5-2.0), כלומר, מומנט ההחזקה הנדרש של מנוע הצעד Tn ②2 עבור יישומים הדורשים מהירות מנוע של 300pm או יותר: קבע את המהירות המקסימלית Nmax, אם עומס המכונה מומר לציר המנוע, מומנט העומס הנדרש הוא T1, אז מומנט העומס הזה מוכפל במקדם הבטיחות SF (בדרך כלל 2.5-3.5), מה שנותן את מומנט ההחזקה Tn. עיין באיור 4 ובחר דגם מתאים. לאחר מכן, השתמשו בעקומת המומנט-תדר כדי לבדוק ולהשוות: בעקומת המומנט-תדר, המהירות המקסימלית Nmax הנדרשת על ידי המשתמש תואמת את מומנט הצעד האבוד המקסימלי של T2, אז מומנט הצעד האבוד המקסימלי T2 צריך להיות גדול ביותר מ-20% מ-T1. אחרת, יש צורך לבחור מנוע חדש עם מומנט גדול יותר, ולבדוק ולהשוות שוב בהתאם לעקומת תדר המומנט של המנוע שנבחר לאחרונה.

(3) ככל שמספר בסיס המנוע גדול יותר, כך מומנט ההחזקה גדול יותר.

(4) בהתאם לזרם המדורג, יש לבחור את מנהל ההתקן המתאים של הצעד.

לדוגמה, הזרם המדורג של מנוע 57CM23 הוא 5A, אז אתה תואם את הזרם המרבי המותר של ההינע של יותר מ-5A (שימו לב שזה הערך האפקטיבי ולא השיא), אחרת אם תבחרו זרם מרבי של 3A בלבד בהינע, מומנט הפלט המרבי של המנוע יכול להיות רק כ-60%!

5, ניסיון ביישום

(1) בעיית תהודה בתדר נמוך של מנוע צעד

מנוע צעד מסוג Subdivision הוא דרך יעילה להפחית את התהודה בתדר נמוך של מנועי צעד. מתחת ל-150 סל"ד, מנוע ה-Sumbration יעיל מאוד בהפחתת הרטט של המנוע. תיאורטית, ככל שה-Sumbration גדול יותר, כך ההשפעה על הפחתת הרטט של מנוע הצעד טובה יותר, אך המצב בפועל הוא שה-Sumbration עולה ל-8 או 16 לאחר שהשפעת השיפור על הפחתת הרטט של מנוע הצעד הגיעה לשיא.

בשנים האחרונות, ישנם מנהלי התקנים מסוג צעד נגד תהודה בתדר נמוך הרשומים בארץ ובחו"ל, סדרת מוצרי DM ו-DM-S של Leisai, המציעה טכנולוגיית נגד תהודה בתדר נמוך. סדרת מנהלי התקנים זו משתמשת בפיצוי הרמוני, באמצעות פיצוי התאמת אמפליטודה ופאזה, שיכול להפחית באופן משמעותי את הרטט בתדר נמוך של מנוע הצעד, כדי להשיג רעידות נמוכות ורעש נמוך של המנוע.

(2) ההשפעה של חלוקת מנועי צעד על דיוק המיקום

מעגל הנעה של מנוע צעד חלוקה לחלוקה יכול לא רק לשפר את החלקות של תנועת המכשיר, אלא גם לשפר ביעילות את דיוק המיקום של הציוד. בדיקות מראות כי: בפלטפורמת תנועה של הנעת חגורה סינכרונית, חלוקה לחלוקה של מנוע צעד 4, ניתן למקם את המנוע במדויק בכל שלב.