Là một bộ truyền động,động cơ bướclà một trong những sản phẩm chủ chốt của cơ điện tử, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển tự động hóa khác nhau. Với sự phát triển của công nghệ vi điện tử và máy tính, nhu cầu về động cơ bước ngày càng tăng và được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế quốc gia.
01 Cái gì là mộtđộng cơ bước
Động cơ bước là một thiết bị cơ điện chuyển đổi trực tiếp các xung điện thành chuyển động cơ học. Bằng cách kiểm soát trình tự, tần số và số lượng xung điện được áp dụng cho cuộn dây động cơ, có thể kiểm soát được khả năng lái, tốc độ và góc quay của động cơ bước. Không cần sử dụng hệ thống điều khiển phản hồi vòng kín với cảm biến vị trí, có thể đạt được khả năng kiểm soát vị trí và tốc độ chính xác bằng cách sử dụng hệ thống điều khiển vòng hở đơn giản, chi phí thấp bao gồm một động cơ bước và bộ điều khiển đi kèm.
02 động cơ bướccấu trúc cơ bản và nguyên lý hoạt động
Cấu trúc cơ bản:
Nguyên lý hoạt động: bộ điều khiển động cơ bước theo xung điều khiển bên ngoài và tín hiệu hướng, thông qua mạch logic bên trong, điều khiển các cuộn dây động cơ bước theo trình tự thời gian nhất định tiến hoặc lùi được cấp điện, để động cơ quay tiến / lùi hoặc khóa.
Lấy động cơ bước hai pha 1,8 độ làm ví dụ: khi cả hai cuộn dây được cấp điện và kích thích, trục đầu ra của động cơ sẽ đứng yên và được khóa ở vị trí. Mô-men xoắn cực đại sẽ giữ cho động cơ được khóa ở dòng điện định mức là mô-men xoắn giữ. Nếu dòng điện trong một trong các cuộn dây được chuyển hướng, động cơ sẽ quay một bước (1,8 độ) theo một hướng nhất định.
Tương tự như vậy, nếu dòng điện trong cuộn dây khác đổi hướng, động cơ sẽ quay một bước (1,8 độ) theo hướng ngược lại với hướng trước. Khi dòng điện qua các cuộn dây được chuyển hướng tuần tự để kích thích, động cơ sẽ quay theo một bước liên tục theo hướng đã cho với độ chính xác rất cao. Đối với 1,8 độ của động cơ bước hai pha, một tuần quay mất 200 bước.
Động cơ bước hai pha có hai loại cuộn dây: lưỡng cực và đơn cực. Động cơ lưỡng cực chỉ có một cuộn dây cho mỗi pha, động cơ quay liên tục dòng điện trong cùng một cuộn dây để kích thích tuần tự thay đổi, thiết kế mạch truyền động đòi hỏi tám công tắc điện tử để chuyển mạch tuần tự.
Động cơ đơn cực có hai cuộn dây quấn có cực tính ngược nhau trên mỗi pha và động cơ
quay liên tục bằng cách luân phiên cấp điện cho hai cuộn dây trên cùng một pha.
Mạch truyền động được thiết kế để chỉ cần bốn công tắc điện tử. Trong lưỡng cực
chế độ lái, mô-men xoắn đầu ra của động cơ tăng khoảng 40% so với
chế độ truyền động đơn cực vì các cuộn dây quấn của mỗi pha được kích thích 100%.
03, Tải động cơ bước
A. Tải trọng mô men (Tf)
Tf = G * r
G: Tải trọng
r: bán kính
B. Tải trọng quán tính (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Khối lượng tải
R1: Bán kính của vòng ngoài
R2: Bán kính của vòng trong
dω/dt: Gia tốc góc
04, đường cong mô men xoắn tốc độ động cơ bước
Đường cong tốc độ-mô-men xoắn là một biểu hiện quan trọng của đặc tính đầu ra của động cơ bước
động cơ.
A. Điểm tần số hoạt động của động cơ bước
Giá trị tốc độ của động cơ bước tại một điểm nhất định.
n = q * Hz / (360 * D)
n: vòng/giây
Hz: Giá trị tần số
D: Giá trị nội suy mạch ổ đĩa
q: góc bước của động cơ bước
Ví dụ, động cơ bước có góc nghiêng 1,8°, với ổ đĩa nội suy 1/2(tức là 0,9° mỗi bước), có tốc độ 1,25 vòng/giây ở tần số hoạt động 500 Hz.
B. Khu vực tự khởi động động cơ bước
Khu vực mà động cơ bước có thể được khởi động và dừng trực tiếp.
C. Khu vực hoạt động liên tục
Trong khu vực này, động cơ bước không thể được khởi động hoặc dừng trực tiếp. Động cơ bước trongkhu vực này trước tiên phải đi qua khu vực tự khởi động và sau đó được tăng tốc để đạt tớikhu vực hoạt động. Tương tự như vậy, động cơ bước trong khu vực này không thể được phanh trực tiếp,nếu không thì dễ khiến động cơ bước không đồng bộ, trước tiên phải giảm tốc độ xuốngkhu vực tự khởi động và sau đó phanh lại.
D. Tần số khởi động tối đa của động cơ bước
Trạng thái không tải của động cơ, để đảm bảo rằng động cơ bước không bị mất hoạt động bước củatần số xung tối đa.
E. Tần số hoạt động tối đa của động cơ bước
Tần số xung tối đa mà động cơ được kích thích để chạy mà không mất một bước nàokhông có tải.
F. Mô men khởi động động cơ bước / mô men kéo vào
Để đáp ứng động cơ bước ở tần số xung nhất định để bắt đầu và bắt đầu chạy, mà không cầnmất các bước mô-men xoắn tải tối đa.
G. Mô men xoắn chạy của động cơ bước/mô men xoắn kéo vào
Mô-men xoắn tải tối đa đáp ứng hoạt động ổn định của động cơ bước ởtần số xung nhất định mà không mất bước.
05 Điều khiển chuyển động tăng tốc/giảm tốc của động cơ bước
Khi điểm tần số hoạt động của động cơ bước trong đường cong tốc độ-mô-men xoắn liên tụcvùng hoạt động, cách rút ngắn động cơ khởi động hoặc dừng tăng tốc hoặc giảm tốcthời gian, để động cơ chạy lâu hơn ở trạng thái tốc độ tốt nhất, do đó tăngthời gian chạy hiệu quả của động cơ rất quan trọng.
Như thể hiện trong hình bên dưới, đường cong đặc tính mô men động của động cơ bước làmột đường thẳng nằm ngang ở tốc độ thấp; ở tốc độ cao, đường cong giảm theo cấp số nhândo ảnh hưởng của độ tự cảm.
Chúng ta biết rằng tải động cơ bước là TL, giả sử chúng ta muốn tăng tốc từ F0 đến F1 trongthời gian ngắn nhất (tr), làm thế nào để tính thời gian ngắn nhất tr?
(1) Bình thường, TJ = 70% Tm
(2) tr = 1,8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F(t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Gia tốc mũ ở điều kiện tốc độ cao
(1) Bình thường
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * Trong [(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)
Ghi chú.
J biểu thị quán tính quay của rôto động cơ khi có tải.
q là góc quay của mỗi bước, là góc bước của động cơ bước trong
trường hợp của toàn bộ ổ đĩa.
Trong hoạt động giảm tốc, chỉ cần đảo ngược tần số xung gia tốc ở trên là có thể
đã tính toán.
06 động cơ bước rung và tiếng ồn
Nói chung, động cơ bước trong hoạt động không tải, khi tần số hoạt động của động cơgần bằng hoặc bằng tần số vốn có của rôto động cơ sẽ cộng hưởng, nghiêm trọng sẽxảy ra hiện tượng không đồng bộ.
Một số giải pháp cho cộng hưởng:
A. Tránh vùng rung động: để tần số hoạt động của động cơ không nằm trongphạm vi rung động
B. Áp dụng chế độ truyền động phân chia: Sử dụng chế độ truyền động vi bước để giảm độ rung bằng cách
chia nhỏ bước ban đầu thành nhiều bước để tăng độ phân giải của từng bước
bước động cơ. Điều này có thể đạt được bằng cách điều chỉnh tỷ số pha/dòng điện của động cơ.
Vi bước không làm tăng độ chính xác của góc bước, nhưng làm cho động cơ chạy nhanh hơn
trơn tru và ít tiếng ồn hơn. Mô-men xoắn thường thấp hơn 15% đối với hoạt động nửa bước
so với hoạt động theo bước đầy đủ và thấp hơn 30% đối với điều khiển dòng điện dạng sóng sin.
Thời gian đăng: 09-11-2022