כמפעיל,מנוע צעדהוא אחד המוצרים המרכזיים של מכטרוניקה, הנמצא בשימוש נרחב במערכות בקרה אוטומציה שונות. עם התפתחות המיקרואלקטרוניקה וטכנולוגיית המחשבים, הביקוש למנועי צעד עולה מיום ליום, והם משמשים בתחומים כלכליים לאומיים שונים.
01 מהומנוע צעד
מנוע צעד הוא מכשיר אלקטרומכני הממיר ישירות פולסים חשמליים לתנועה מכנית. על ידי שליטה ברצף, בתדירות ובמספר הפולסים החשמליים המופעלים על סליל המנוע, ניתן לשלוט בהיגוי, במהירות ובזווית הסיבוב של מנוע הצעד. ללא שימוש במערכת בקרת משוב בלולאה סגורה עם חישת מיקום, ניתן להשיג בקרת מיקום ומהירות מדויקת באמצעות מערכת בקרה בלולאה פתוחה פשוטה ובעלות נמוכה המורכבת ממנוע צעד ודרייבר נלווה.
02 מנוע צעדמבנה בסיסי ועקרון עבודה
מבנה בסיסי:
עקרון עבודה: מנהל התקן של מנוע צעד שולטים על פי אות הדופק והכיוון החיצוני של הבקרה, באמצעות מעגל היגיון פנימי, ומפעילים את פיתולי מנוע הצעד ברצף תזמון מסוים קדימה או אחורה, כך שהמנוע מסתובב קדימה/אחורה או ננעל.
קחו לדוגמה מנוע צעד דו-פאזי בעל זווית של 1.8 מעלות: כאשר שני הסלילים מופעלים ומעוררים, ציר המוצא של המנוע יהיה נייח ונעול במקומו. מומנט ההחזקה המרבי שישמור על המנוע נעול בזרם המדורג הוא מומנט ההחזקה. אם הזרם באחד הסלילים מנותב, המנוע יסתובב צעד אחד (1.8 מעלות) בכיוון נתון.
באופן דומה, אם הזרם בסליל השני משנה כיוון, המנוע יסתובב צעד אחד (1.8 מעלות) בכיוון ההפוך מהראשון. כאשר הזרמים דרך סלילי הסליל מופנים ברצף לעירור, המנוע יסתובב בצעד רציף בכיוון הנתון בדיוק גבוה מאוד. עבור סיבוב של 1.8 מעלות של מנוע צעד דו-פאזי, שבוע לוקח 200 צעדים.
למנועי צעד דו-פאזיים יש שני סוגי פיתולים: דו-קוטביים וחד-קוטביים. למנועים דו-קוטביים יש סליל פיתול אחד בלבד לכל פאזה, כך שהמנוע מסתובב רציף של הזרם באותו סליל ומפעיל עירור משתנה סדרתי, ותכנון מעגל ההינע דורש שמונה מתגים אלקטרוניים למיתוג סדרתי.
למנועים חד-קוטביים יש שני סלילי פיתול בעלי קוטביות הפוכה בכל פאזה, והמנוע
מסתובב ברציפות על ידי הפעלה לסירוגין של שני סלילי הליפוף באותה פאזה.
מעגל ההינע מתוכנן לדרוש רק ארבעה מתגים אלקטרוניים. במצב דו-קוטבי
במצב נהיגה, מומנט המוצא של המנוע גדל בכ-40% בהשוואה ל
מצב הנעה חד קוטבי מכיוון שסלילי הליפוף של כל פאזה מעוררים ב-100%.
03, עומס מנוע צעד
א. עומס מומנט (Tf)
Tf = G * r
G: משקל עומס
r: רדיוס
ב. עומס אינרציה (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (ק"ג * ס"מ)
M: מסת עומס
R1: רדיוס הטבעת החיצונית
R2: רדיוס הטבעת הפנימית
dω/dt: תאוצה זוויתית
04, עקומת מהירות-מומנט של מנוע צעד
עקומת המהירות-מומנט היא ביטוי חשוב למאפייני הפלט של מנוע צעד.
מנועים.
א. נקודת תדר פעולה של מנוע צעד
ערך המהירות של מנוע הצעד בנקודה מסוימת.
n = q * הרץ / (360 * ד)
n: סל"ד/שנייה
הרץ: ערך תדר
D: ערך אינטרפולציה של מעגל ההינע
ש: זווית צעד של מנוע צעד
לדוגמה, מנוע צעד עם זווית גובה של 1.8°, עם מנוע אינטרפולציה של 1/2(כלומר, 0.9° לכל צעד), בעל מהירות של 1.25 סל"ד בתדר פעולה של 500 הרץ.
ב. אזור הפעלה עצמית של מנוע צעד
האזור שבו ניתן להפעיל ולעצור את מנוע הצעדים ישירות.
ג. אזור פעולה רציפה
באזור זה, לא ניתן להפעיל או לעצור את מנוע הצעדים ישירות. מנועי צעד באזור זה חייב לעבור תחילה דרך אזור ההתנעה העצמית ולאחר מכן להיות מואץ כדי להגיע לאזור הפעלה. באופן דומה, לא ניתן לבלום ישירות את מנוע הצעד באזור זה,אחרת קל לגרום למנוע הצעד לצאת משלב, יש להאט אותו תחילה לאזור ההתנעה העצמית ולאחר מכן בלם.
ד. תדר התחלה מקסימלי של מנוע צעד
מצב ללא עומס של המנוע, כדי להבטיח שמנוע הצעד לא יאבד את פעולת הצעד שלתדר דופק מקסימלי.
ה. תדר פעולה מקסימלי של מנוע צעד
תדר הפולסים המקסימלי שבו המנוע מעורר לפעולה מבלי לאבד צעדללא עומס.
ו. מומנט התחלתי / מומנט משיכה של מנוע צעד
כדי לעמוד במנוע הצעד בתדר דופק מסוים כדי להתחיל ולהתחיל לרוץ, ללאאובדן צעדים של מומנט העומס המרבי.
ז. מומנט ריצה/מומנט משיכה של מנוע צעד
מומנט העומס המרבי המספק את הפעולה היציבה של מנוע הצעד ב-תדר דופק מסוים ללא אובדן צעד.
05 בקרת תנועה של האצה/האטה של מנוע צעד
כאשר תדר הפעולה של מנוע הצעד נקודתי בעקומת המהירות-מומנט של רציףאזור פעולה, כיצד לקצר את האצה או ההאטה של התחלה או עצירה של המנועזמן, כך שהמנוע יפעל זמן רב יותר במצב המהירות הטוב ביותר, ובכך יגדיל אתזמן הריצה האפקטיבי של המנוע הוא קריטי מאוד.
כפי שמוצג באיור למטה, עקומת מאפיין המומנט הדינמי של מנוע צעד היאקו ישר אופקי במהירות נמוכה; במהירות גבוהה, העקומה יורדת באופן אקספוננציאליעקב השפעת האינדוקציה.
אנו יודעים שעומס מנוע הצעדים הוא TL, נניח שאנו רוצים להאיץ מ-F0 ל-F1 ב-הזמן הקצר ביותר (tr), איך לחשב את הזמן הקצר ביותר tr?
(1) בדרך כלל, TJ = 70% Tm
(2) tr = 1.8 * 10-5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
ב. תאוצה אקספוננציאלית במצב של מהירות גבוהה
(1) בדרך כלל
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * ב-[(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)
הערות.
J מציין את האינרציה הסיבובית של רוטור המנוע תחת עומס.
q היא זווית הסיבוב של כל צעד, שהיא זווית הצעד של מנוע הצעד ב
במקרה של כל הכונן.
בפעולת האטה, פשוט הפוך את תדר פולס התאוצה הנ"ל יכול להיות
מְחוֹשָׁב.
06 רטט ורעש של מנוע צעד
באופן כללי, מנוע צעד בפעולה ללא עומס, כאשר תדר הפעולה של המנועקרוב או שווה לתדר הטבוע של הרוטור המנוע יהדהד, רצון רצינימתרחשות תופעה לא צעד.
מספר פתרונות לתהודה:
א. הימנעו מאזור הרטט: כך שתדר הפעולה של המנוע לא ייפול בטווחטווח הרטט
ב. אימוץ מצב הנעה בחלוקה לחלוקה: השתמש במצב הנעה מיקרו-צעד כדי להפחית רעידות על ידי
חלוקת הצעד המקורי למספר שלבים כדי להגדיל את הרזולוציה של כל אחד מהם
צעד המנוע. ניתן להשיג זאת על ידי התאמת יחס הפאזה לזרם של המנוע.
מיקרוסטפינג לא מגביר את דיוק זווית הצעד, אבל גורם למנוע לפעול טוב יותר
בצורה חלקה ועם פחות רעש. המומנט בדרך כלל נמוך ב-15% עבור פעולה בחצי צעד
מאשר לפעולה בשלב מלא, ונמוך ב-30% עבור בקרת זרם גל סינוס.
זמן פרסום: 9 בנובמבר 2022