Seleção de motores de passo em equipamentos de automação

Motores de passoPode ser usado para controle de velocidade e posicionamento sem o uso de dispositivos de feedback (ou seja, controle em malha aberta), tornando esta solução de acionamento econômica e confiável. O acionamento de passo tem sido amplamente utilizado em equipamentos e instrumentos de automação. No entanto, muitos usuários e técnicos têm dúvidas sobre como escolher o motor de passo apropriado, como obter o melhor desempenho do acionamento ou ainda têm outras dúvidas. Este artigo discute a seleção de motores de passo, com foco na aplicação de alguma experiência em engenharia de motores de passo. Espero que a popularização dos motores de passo em equipamentos de automação desempenhe um papel importante na referência.

 

1、Introdução demotor de passo

O motor de passo também é conhecido como motor de pulso ou motor de passo. Ele avança em um determinado ângulo sempre que o estado de excitação é alterado de acordo com o sinal de pulso de entrada e permanece estacionário em uma determinada posição quando o estado de excitação permanece inalterado. Isso permite que o motor de passo converta o sinal de pulso de entrada em um deslocamento angular correspondente para a saída. Ao controlar o número de pulsos de entrada, você pode determinar com precisão o deslocamento angular da saída para obter o melhor posicionamento; e ao controlar a frequência dos pulsos de entrada, você pode controlar com precisão a velocidade angular da saída e atingir o objetivo de regulação de velocidade. No final da década de 1960, uma variedade de motores de passo práticos surgiu, e os últimos 40 anos testemunharam um rápido desenvolvimento. Os motores de passo foram capazes de motores CC, motores assíncronos, bem como motores síncronos, tornando-se um tipo básico de motor. Existem três tipos de motores de passo: reativo (tipo VR), ímã permanente (tipo PM) e híbrido (tipo HB). O motor de passo híbrido combina as vantagens dos dois primeiros tipos de motor de passo. O motor de passo consiste em um rotor (núcleo do rotor, ímãs permanentes, eixo, rolamentos de esferas), um estator (enrolamento, núcleo do estator), tampas de extremidade dianteira e traseira, etc. O motor de passo híbrido bifásico mais típico tem um estator com 8 dentes grandes, 40 dentes pequenos e um rotor com 50 dentes pequenos; um motor trifásico tem um estator com 9 dentes grandes, 45 dentes pequenos e um rotor com 50 dentes pequenos

 

2、Princípio de controle

Omotor de passonão pode ser conectado diretamente à fonte de alimentação, nem pode receber diretamente sinais de pulso elétrico, ele deve ser realizado através de uma interface especial - o driver do motor de passo para interagir com a fonte de alimentação e o controlador. O driver do motor de passo é geralmente composto por um distribuidor de anel e um circuito amplificador de potência. O divisor de anel recebe os sinais de controle do controlador. Cada vez que um sinal de pulso é recebido, a saída do divisor de anel é convertida uma vez, de modo que a presença ou ausência e a frequência do sinal de pulso podem determinar se a velocidade do motor de passo é alta ou baixa, acelerando ou desacelerando para iniciar ou parar. O distribuidor de anel também deve monitorar o sinal de direção do controlador para determinar se suas transições de estado de saída são em ordem positiva ou negativa e, assim, determinar a direção do motor de passo.

 

3、Parâmetros principais

①Número do bloco: principalmente 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, etc.

②Número de fases: o número de bobinas dentro do motor de passo. O número de fases do motor de passo geralmente é bifásico, trifásico e pentafásico. A China utiliza principalmente motores de passo bifásicos, mas os trifásicos também têm algumas aplicações. O Japão utiliza com mais frequência motores de passo pentafásicos.

③Ângulo de passo: corresponde a um sinal de pulso, o deslocamento angular da rotação do rotor do motor. A fórmula para calcular o ângulo de passo do motor de passo é a seguinte:

Ângulo de passo = 360° ÷ (2mz)

m o número de fases de um motor de passo

Z o número de dentes do rotor de um motor de passo.

De acordo com a fórmula acima, o ângulo de passo dos motores de passo bifásicos, trifásicos e pentafásicos é de 1,8°, 1,2° e 0,72°, respectivamente

④ Torque de retenção: é o torque do enrolamento do estator do motor através da corrente nominal, mas o rotor não gira, o estator trava o rotor. O torque de retenção é o parâmetro mais importante dos motores de passo e é a principal base para a seleção do motor.

⑤ Torque de posicionamento: é o torque necessário para girar o rotor com força externa quando o motor não passa corrente. O torque é um dos indicadores de desempenho para avaliar o motor. Caso os outros parâmetros sejam os mesmos, quanto menor o torque de posicionamento, menor o "efeito ranhura", mais benéfico para a suavidade do motor em baixa velocidade. Características de frequência de torque: refere-se principalmente às características de frequência de torque prolongadas, o que permite que o motor funcione de forma estável a uma determinada velocidade, suportando o torque máximo sem perda de passo. A curva momento-frequência é usada para descrever a relação entre o torque máximo e a velocidade (frequência) sem perda de passo. A curva de frequência de torque é um parâmetro importante do motor de passo e é a principal base para a seleção do motor.

⑥ Corrente nominal: a corrente do enrolamento do motor necessária para manter o torque nominal, o valor efetivo

 

4、Selecionando pontos

Aplicações industriais usadas na velocidade do motor de passo de até 600 ~ 1500 rpm, em velocidades mais altas, você pode considerar um acionamento de motor de passo de malha fechada ou escolher um programa de acionamento servo mais apropriado para as etapas de seleção do motor de passo (veja a figura abaixo).

 

(1) Escolha do ângulo do passo

De acordo com o número de fases do motor, existem três tipos de ângulo de passo: 1,8° (bifásico), 1,2° (trifásico) e 0,72° (cinco fases). É claro que o ângulo de passo de cinco fases possui a maior precisão, mas seu motor e driver são mais caros, por isso raramente são utilizados na China. Além disso, os drivers de passo tradicionais agora utilizam a tecnologia de acionamento por subdivisão. Nas 4 subdivisões abaixo, a precisão do ângulo de passo por subdivisão ainda pode ser garantida. Portanto, considerando apenas os indicadores de precisão do ângulo de passo, o motor de passo de cinco fases pode ser substituído por um motor de passo bifásico ou trifásico. Por exemplo, na aplicação de algum tipo de cabo para carga de parafuso de 5 mm, se um motor de passo bifásico for usado e o driver for definido em 4 subdivisões, o número de pulsos por revolução do motor será 200 x 4 = 800, e o pulso equivalente será 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, essa precisão pode atender à maioria dos requisitos da aplicação.

(2) Seleção de torque estático (torque de retenção)

Os mecanismos de transmissão de carga comumente usados ​​incluem correias síncronas, barras de filamento, cremalheira e pinhão, etc. Os clientes primeiro calculam a carga da máquina (principalmente o torque de aceleração mais o torque de atrito) convertida no torque de carga necessário no eixo do motor. Em seguida, de acordo com a velocidade máxima de operação exigida pelas flores elétricas, os dois casos de uso diferentes a seguir para escolher o torque de retenção apropriado do motor de passo ① para a aplicação da velocidade do motor necessária de 300pm ou menos: se a carga da máquina for convertida para o torque de carga necessário do eixo do motor T1, então esse torque de carga é multiplicado por um fator de segurança SF (geralmente considerado como 1,5-2,0), ou seja, o torque de retenção necessário do motor de passo Tn ②2 para Para aplicações que exigem uma velocidade do motor de 300pm ou mais: defina a velocidade máxima Nmax, se a carga da máquina for convertida para o eixo do motor, o torque de carga necessário é T1, então esse torque de carga é multiplicado por um fator de segurança SF (geralmente 2,5-3,5), que fornece o torque de retenção Tn. Consulte a Figura 4 e selecione um modelo adequado. Em seguida, utilize a curva momento-frequência para verificar e comparar: na curva momento-frequência, a velocidade máxima Nmáx exigida pelo usuário corresponde ao torque máximo de passo perdido de T2, portanto, o torque máximo de passo perdido de T2 deve ser mais de 20% maior que T1. Caso contrário, é necessário selecionar um novo motor com torque maior e verificar e comparar novamente de acordo com a curva momento-frequência do motor recém-selecionado.

(3) Quanto maior o número de bases do motor, maior o torque de retenção.

(4) de acordo com a corrente nominal para selecionar o driver de passo correspondente.

Por exemplo, a corrente nominal de um motor 57CM23 é 5A, então você deve igualar a corrente máxima permitida do inversor a mais de 5A (observe que este é o valor efetivo e não o pico); caso contrário, se você escolher uma corrente máxima de apenas 3A, o torque máximo de saída do motor poderá ser de apenas cerca de 60%!

5, experiência de aplicação

(1) problema de ressonância de baixa frequência do motor de passo

O acionamento por subdivisão é uma forma eficaz de reduzir a ressonância de baixa frequência dos motores de passo. Abaixo de 150 rpm, o acionamento por subdivisão é muito eficaz na redução da vibração do motor. Teoricamente, quanto maior a subdivisão, melhor o efeito na redução da vibração do motor de passo, mas a situação real é que a subdivisão aumenta para 8 ou 16 após o efeito de melhoria na redução da vibração do motor de passo atingir o extremo.

Nos últimos anos, drivers de passo antirressonância de baixa frequência foram listados no mercado nacional e internacional, incluindo as séries DM e DM-S da Leisai, com a tecnologia antirressonância de baixa frequência. Esta série de drivers utiliza compensação harmônica, por meio da compensação de amplitude e fase, o que pode reduzir significativamente a vibração de baixa frequência do motor de passo, proporcionando baixa vibração e baixo ruído na operação do motor.

(2) O impacto da subdivisão do motor de passo na precisão do posicionamento

O circuito de acionamento por subdivisão do motor de passo não só melhora a suavidade do movimento do dispositivo, como também melhora efetivamente a precisão do posicionamento do equipamento. Testes demonstram que: na plataforma de movimento com acionamento por correia síncrona, o motor de passo com 4 subdivisões permite o posicionamento preciso do motor em cada etapa.