Với vai trò là bộ truyền động,động cơ bướcĐộng cơ bước là một trong những sản phẩm chủ chốt của ngành 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 chúng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực kinh tế quốc gia.
01 Cái gì làđộng cơ bước
Động cơ bước là một thiết bị điện cơ chuyển đổi trực tiếp các xung điện thành chuyển động cơ học. Bằng cách điều khiển trình tự, tần số và số lượng xung điện được cấp vào cuộn dây động cơ, người ta có thể điều khiển hướng, tốc độ và góc quay của động cơ bước. Không cần sử dụng hệ thống điều khiển phản hồi vòng kín có cảm biến vị trí, người ta có thể đạt được khả năng điều khiển vị trí và tốc độ chính xác bằng một 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, dựa trên xung điều khiển bên ngoài và tín hiệu hướng, thông qua mạch logic bên trong, điều khiển các cuộn dây của động cơ bước được cấp điện theo một trình tự thời gian nhất định để quay thuận hoặc nghịch, nhờ đó động cơ quay thuận/ngược hoặc bị khóa.
Lấy ví dụ động cơ bước hai pha 1,8 độ: 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 đó. Mômen xoắn cực đại giữ cho động cơ được khóa ở dòng điện định mức chính là mômen giữ. Nếu dòng điện trong một trong các cuộn dây bị chuyển hướng, động cơ sẽ quay một bước (1,8 độ) theo hướng đã cho.
Tương tự, nếu dòng điện trong cuộn dây kia đổi chiều, động cơ sẽ quay một bước (1,8 độ) theo hướng ngược lại với hướng trước đó. Khi dòng điện qua các cuộn dây được chuyển hướng tuần tự để kích thích, động cơ sẽ quay liên tục theo một bước nhất định theo hướng đã cho với độ chính xác rất cao. Đối với động cơ bước hai pha, quay 1,8 độ trong một tuần cần 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 trên mỗi pha, động cơ quay liên tục nhờ dòng điện trong cùng một cuộn dây được kích thích tuần tự, thiết kế mạch điều khiển yêu cầu tám công tắc điện tử để chuyển mạch tuần tự.
Động cơ một cực có hai cuộn dây quấn ngược cực trên mỗi pha, và động cơ
Nó quay liên tục bằng cách luân phiên cấp điện cho hai cuộn dây cùng pha.
Mạch điều khiển được thiết kế chỉ cần bốn công tắc điện tử. Trong mạch lưỡng cực
ở chế độ lái này, mô-men xoắn đầu ra của động cơ tăng khoảng 40% so với chế độ lái thông thường.
Chế độ dẫn động một cực vì các cuộn dây của mỗi pha được kích thích 100%.
03, Tải động cơ bước
A. Mômen tải (Tf)
Tf = G * r
G: Trọng lượng tải
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 tốc độ-mô-men xoắn của 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 thời điểm nhất định.
n = q * Hz / (360 * D)
n: vòng/giây
Hz: Giá trị tần số
D: Giá trị nội suy mạch điều khiển
q: góc bước của động cơ bước
Ví dụ, một động cơ bước có góc nghiêng 1,8°, với bộ điều khiển 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 của động cơ bước
Khu vực nơi có thể khởi động và dừng động cơ bước 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 đến được...khu vực hoạt động. Tương tự, động cơ bước trong khu vực này không thể được hãm trực tiếp.Nếu không, rất dễ gây ra hiện tượng động cơ bước bị lệch pha, trước tiên phải giảm tốc độ.khu vực tự khởi động rồi phanh lại.
D. Tần số khởi động tối đa của động cơ bước
Trạng thái không tải của động cơ, để đảm bảo động cơ bước không bị mất hoạt động bước.Tần số xung tối đa.
E. Tần số hoạt động tối đa của động cơ bước
Tần số xung tối đa mà tại đó động cơ được kích hoạt để hoạt động mà không bị mất bước.không tải.
F. Mô-men xoắn khởi động/mô-men xoắn kéo của động cơ bước
Để đáp ứng tần số xung nhất định cho động cơ bước khởi động và hoạt động, mà không cầnmất các bước của mô-men xoắn tải tối đa.
G. Mô-men xoắn hoạt động/mô-men xoắn hút của động cơ bước
Mômen xoắn tải tối đa đáp ứng được hoạt động ổn định của động cơ bước ở mức...Tần số xung nhất định mà không bị mất bước.
05 Điều khiển chuyển động tăng/giảm tốc bằng động cơ bước
Khi điểm tần số hoạt động của động cơ bước trên đường cong tốc độ-mô-men xoắn của quá trình vận hành liên tụcVùng hoạt động, làm thế nào để rút ngắn thời gian tăng tốc hoặc giảm tốc khi khởi động hoặc dừng động cơ?thời gian, để động cơ hoạt động lâu hơn ở trạng thái tốc độ tối ưu, nhờ đó tăng cườngThời gian hoạt động hiệu quả của động cơ rất quan trọng.
Như hình dưới đây thể hiện, đường cong đặc tính mô-men xoắn động của động cơ bước làĐường thẳng nằm ngang ở tốc độ thấp; ở tốc độ cao, đường cong giảm theo cấp số mũ.do ảnh hưởng của điện cảm.
Ta biết tải của động cơ bước là TL, giả sử ta muốn tăng tốc từ F0 lên F1 trongThời gian ngắn nhất (tr), làm thế nào để tính thời gian ngắn nhất tr?
(1) Thông 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 theo cấp số mũ trong điều kiện tốc độ cao
(1) Thông thường
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * In [(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 chịu tải.
q là góc quay của mỗi bước, tức là góc bước của động cơ bước.
trường hợp của toàn bộ ổ đĩa.
Trong quá trình giảm tốc, chỉ cần đảo ngược tần số xung gia tốc ở trên là có thể
đã tính toán.
06 rung động và tiếng ồn của động cơ bước
Nói chung, động cơ bước ở chế độ không tải, khi tần số hoạt động của động cơ là...Nếu tần số cộng hưởng gần bằng hoặc bằng tần số cộng hưởng riêng của rôto động cơ, nó sẽ gây ra hiện tượng cộng hưởng nghiêm trọng.Xảy ra hiện tượng lệch pha.
Một số giải pháp cho hiện tượng cộng hưởng:
A. Tránh vùng rung: để tần số hoạt động của động cơ không nằm trong phạm vi đó.phạm vi rung động
B. Áp dụng chế độ truyền động phân chia: Sử dụng chế độ truyền động vi bước để giảm rung động bằng cách
Chia nhỏ bước ban đầu thành nhiều bước nhỏ hơn để tăng độ phân giải của mỗi bước.
Bước động cơ. Điều này có thể đạt được bằng cách điều chỉnh tỷ lệ pha trên dòng điện của động cơ.
Chế độ vi bước không làm tăng độ chính xác góc bước, nhưng làm cho động cơ hoạt động hiệu quả hơn.
Hoạt động êm ái và ít tiếng ồn hơn. Mô-men xoắn thường thấp hơn 15% khi vận hành ở chế độ nửa bước.
so với chế độ vận hành từng bước đầy đủ, và thấp hơn 30% đối với chế độ điều khiển dòng điện hình sin.
Thời gian đăng bài: 09/11/2022