Il motore passo-passo è anche noto come motore a impulsi o motore passo-passo. Avanza di un certo angolo ogni volta che lo stato di eccitazione viene modificato in base al segnale di impulso di ingresso e rimane in una posizione fissa quando lo stato di eccitazione rimane invariato. Pertanto, il motore passo-passo può convertire il segnale di impulso di ingresso nel corrispondente spostamento angolare per l'uscita. Controllando il numero di impulsi di ingresso, lo spostamento angolare dell'uscita può essere determinato con precisione per ottenere la funzione di posizionamento; e controllando la frequenza degli impulsi di ingresso, la velocità angolare dell'uscita può essere controllata accuratamente per raggiungere lo scopo della regolazione della velocità. Pertanto, i motori passo-passo possono essere presi in considerazione quando è richiesto un posizionamento accurato o un controllo della velocità.
1.1 Classificazione dei motori passo passo
Esistono tre tipi di motori passo-passo: reattivi (tipo VR), a magneti permanenti (tipo PM) e ibridi (tipo HB).
Il passo a magneti permanenti è generalmente bifase, la coppia e il volume sono piccoli e l'angolo di passo è generalmente di 7,5 gradi o 15 gradi, che viene utilizzato principalmente nei prodotti di consumo a basso costo.
Lo stepping reattivo è generalmente trifase, che può ottenere un'elevata coppia in uscita. L'angolo di passo è generalmente di 1,5 gradi, ma il rumore e le vibrazioni sono molto grandi. È stato eliminato nei paesi sviluppati come l'Europa e gli Stati Uniti negli anni '80.
Stepping ibrido si riferisce alla combinazione dei vantaggi del magnete permanente e reattivo. È diviso in bifase, trifase e cinque fasi. L'angolo di passo a due fasi è generalmente di 1,8 gradi e l'angolo di passo a tre fasi è 0.9 gradi . L'angolo del passo in cinque fasi è generalmente di 0,72 gradi . Il motore passo-passo ibrido combina i vantaggi dei primi due tipi di motori passo-passo. Attualmente, i motori passo-passo utilizzati nell'industria manifatturiera di apparecchiature domestiche sono fondamentalmente motori passo-passo ibridi.
Pertanto, i motori passo-passo descritti di seguito sono tutti indicati come "motori passo-passo ibridi".
1.2 Struttura del motore passo-passo
Il motore passo-passo è costituito da un rotore (nucleo del rotore, magnete permanente, albero rotante, cuscinetto a sfere), uno statore (avvolgimento, nucleo dello statore), coperchi anteriore e posteriore, ecc. Il più tipico motore passo-passo ibrido bifase ha 8 grandi denti , 40 dentini nello statore e 50 dentini nel rotore; lo statore del motore trifase ha 9 denti grandi, 45 denti piccoli e il rotore ha 50 denti piccoli. dente.
Figura 1 Diagramma schematico della composizione del motore passo-passo
1.3 Principio di controllo del motore passo-passo
Il motore passo-passo non può collegarsi direttamente all'alimentazione per funzionare, né può ricevere direttamente segnali di impulsi elettrici. Deve interagire con l'alimentatore e il controller attraverso un'interfaccia speciale: il driver del motore passo-passo. Il driver del motore passo-passo (vedi Figura 2) è generalmente composto da un distributore ad anello e da un circuito di amplificazione di potenza. Il distributore ad anello riceve i segnali di controllo dal controller. Ogni volta che viene ricevuto un segnale di impulso, l'uscita del distributore ad anello verrà convertita una volta, quindi la presenza o l'assenza del segnale di impulso e la frequenza possono determinare la velocità del motore passo-passo, l'accelerazione o decelerazione, l'avvio o l'arresto. Il distributore ad anello deve anche monitorare il segnale di direzione del controller per determinare se la transizione del suo stato di uscita è sequenza positiva o sequenza inversa, determinando così la direzione del motore passo-passo.
Figura 2 Schema di controllo del motore passo-passo
2 Parametri principali del motore passo-passo
2.1 Il numero di frame include principalmente 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 e così via.
2.2 Numero di fasi Il numero di bobine all'interno del motore passo-passo. Il numero di fasi del motore passo-passo comprende generalmente due fasi, tre fasi e cinque fasi. Il motore passo-passo utilizzato in Cina è principalmente bifase e in alcune applicazioni viene utilizzato anche trifase. In Giappone vengono utilizzati di più i motori passo-passo a cinque fasi.
2.3 Angolo di passo Corrispondente all'ingresso di un segnale a impulsi, lo spostamento angolare del rotore del motore. La formula per calcolare l'angolo di passo del motore passo-passo è la seguente:
Nella formula: - l'angolo di passo del motore passo-passo; m - il numero di fasi del motore passo-passo; - il numero di denti del rotore del motore passo-passo.
Secondo la formula di calcolo sopra, gli angoli di passo dei motori passo-passo bifase, trifase e cinquefase sono rispettivamente di 1,80, 1,20 e 0,72 gradi.
2.4 La coppia di mantenimento (coppia statica) si riferisce alla coppia alla quale lo statore blocca il rotore quando l'avvolgimento dello statore del motore è alimentato con corrente nominale, ma il rotore non ruota. La coppia di mantenimento è il parametro più importante del motore passo-passo ed è la base principale per la selezione del motore.
2.5 Coppia di arresto Si riferisce alla coppia richiesta per ruotare il rotore con una forza esterna quando il motore non ha corrente. Questa coppia è uno degli indicatori di prestazione del motore. A parità di altri parametri, minore è la coppia di arresto, minore è l'"effetto cogging", il che è più vantaggioso per la stabilità del motore a bassa velocità.
2.6 Caratteristica coppia-frequenza Si riferisce principalmente alla caratteristica coppia-frequenza di estrazione, la coppia massima che il motore può sopportare senza perdere passo quando il motore gira stabilmente ad una certa velocità. La curva coppia-frequenza viene utilizzata per descrivere la relazione tra la coppia massima e la velocità (frequenza) senza perdita di passo. La curva coppia-frequenza è un parametro importante del motore passo-passo ed è una delle basi principali per la scelta del motore. Curva caratteristica momento-frequenza (vedi figura 3).
Figura 3 Curva coppia-frequenza del motore passo-passo
2.7 Corrente nominale Il valore efficace della corrente dell'avvolgimento del motore richiesta per mantenere la coppia nominale.
Figura 4 Tabella dei parametri del motore passo-passo (estratta dal catalogo generale dei prodotti passo-passo intelligenti Leisai 2021-2022)
3 Fasi di selezione del motore passo-passo
La velocità del motore passo-passo utilizzato nelle applicazioni industriali è di 600 ~ 1500 e maggiore è la velocità, è possibile prendere in considerazione l'azionamento del motore passo-passo ad anello chiuso o lo schema del servoazionamento è più adatto. Fasi di selezione del motore passo-passo (vedere la Figura 5).
Figura 5 Fasi di selezione del motore passo-passo
3.1 Selezione dell'angolo di passo
Come accennato in 1.1, in base al numero di fasi del motore, ci sono tre angoli di passo: 1,80 (bifase), 1,20 (trifase) e 0,72 gradi (quintafase). Naturalmente, la precisione dell'angolo di passo a cinque fasi è la più alta, ma il motore e il driver sono costosi, quindi è usato raramente in Cina. Inoltre, gli attuali driver stepper tradizionali utilizzano tutti la tecnologia di azionamento a suddivisione. Al di sotto di 8 suddivisioni, la precisione dell'angolo di passo della suddivisione può ancora essere garantita, quindi se si considera solo l'indice di precisione dell'angolo di passo, il passo a cinque fasi Il motore può essere sostituito da un motore passo-passo bifase o trifase.
Ad esempio, in un'applicazione con carico a vite con passo di 5 mm, se si utilizza un motore passo-passo bifase e il driver è impostato su 8 suddivisioni, il numero di impulsi per giro del motore è 200×8=1600 e l'impulso equivalente è 5 ÷1 600=0 .00313 mm=3 .13 , questa precisione può soddisfare la maggior parte dei requisiti applicativi.
3.2 Selezione della coppia statica (coppia di mantenimento)
I meccanismi di trasmissione del carico comunemente usati includono cinghie sincrone, tiranti, cremagliere e pignoni, ecc. Innanzitutto, calcolare il carico della macchina (principalmente coppia di accelerazione più coppia di attrito) e convertirlo nella coppia di carico richiesta sull'albero motore. Quindi, in base alla velocità di rotazione massima richiesta dal motore, viene selezionato un motore passo-passo con coppia di mantenimento adeguata per i seguenti due diversi casi d'uso:
(1) Per l'applicazione della velocità motore richiesta inferiore a 300: se il carico della macchina viene convertito nella coppia di carico richiesta sull'albero motore, la coppia di carico viene moltiplicata per un fattore di sicurezza SF (generalmente 1,5 ~ 2.0), ovvero la coppia di mantenimento richiesta del motore passo-passo.
(2) Per applicazioni in cui la velocità del motore richiesta è maggiore di 300: impostare la velocità massima, se il carico della macchina viene convertito nella coppia di carico richiesta sull'albero motore, la coppia di carico viene moltiplicata per il fattore di sicurezza SF (generalmente 2,5 ~ 3.5) per ottenere la coppia di mantenimento. Facendo riferimento alla Figura 6, viene inizialmente selezionato un modello adatto. Quindi controllare e confrontare sulla curva coppia-frequenza: Sulla curva coppia-frequenza, utilizzare la velocità massima richiesta per trovare che la coppia massima fuori passo corrispondente alla velocità massima è del 20 percento o più. In caso contrario, è necessario riselezionare un motore con una coppia di mantenimento maggiore e ricontrollare e confrontare in base alla curva coppia-frequenza del motore appena selezionato.
3.3 Selezione della taglia del motore
Più grande è il telaio del motore, maggiore è la sua coppia di tenuta. Dimensioni del telaio comuni e intervalli di coppia di mantenimento dei motori passo-passo (vedere la Figura 6).
Figura 6 Taglie comuni dei motori passo-passo e relative coppie di mantenimento
In base alla coppia di mantenimento calcolata al punto (2), selezionare la taglia del telaio appropriata e le specifiche specifiche del motore corrispondente dalla Figura 4.
3.4 Selezionare il driver passo passo corrispondente in base alla corrente nominale
Ad esempio, se la corrente nominale di un motore 57CM23 è 5A, la corrente massima ammissibile del driver scelto deve essere superiore a 5A (si noti che è il valore RMS anziché il valore di picco), altrimenti se si sceglie un driver con una corrente massima di soli 3 A, quindi la coppia massima in uscita del motore può essere solo di circa il 60 percento!
