Motores paso a pasoSe puede utilizar para controlar la velocidad y el posicionamiento sin usar dispositivos de retroalimentación (es decir, control de lazo abierto), lo que lo convierte en una solución económica y confiable. Los motores paso a paso se han utilizado ampliamente en equipos e instrumentos de automatización. Sin embargo, muchos usuarios y personal técnico tienen preguntas sobre cómo elegir el motor paso a paso adecuado, cómo optimizar su rendimiento o cómo obtener el máximo rendimiento. Este artículo analiza la selección de motores paso a paso, centrándose en la aplicación de la experiencia en ingeniería de motores paso a paso. Espero que su popularización en equipos de automatización sea una referencia.
1、Introducción demotor paso a paso
El motor paso a paso, también conocido como motor de pulsos o motor paso a paso, avanza un ángulo determinado cada vez que cambia el estado de excitación según la señal de pulso de entrada y permanece estacionario en una posición específica cuando el estado de excitación permanece invariable. Esto permite que el motor paso a paso convierta la señal de pulso de entrada en un desplazamiento angular correspondiente para la salida. Controlando el número de pulsos de entrada, se puede determinar con precisión el desplazamiento angular de la salida para lograr el mejor posicionamiento; y controlando la frecuencia de los pulsos de entrada, se puede controlar con precisión la velocidad angular de la salida y lograr la regulación de velocidad. A finales de la década de 1960, surgieron diversos motores paso a paso prácticos, y en los últimos 40 años se ha experimentado un rápido desarrollo. Los motores paso a paso se han convertido en motores de CC, asíncronos y síncronos, convirtiéndose en un tipo básico de motor. Existen tres tipos de motores paso a paso: reactivos (tipo VR), de imán permanente (tipo PM) e híbridos (tipo HB). El motor paso a paso híbrido combina las ventajas de los dos primeros. El motor paso a paso consta de un rotor (núcleo del rotor, imanes permanentes, eje, rodamientos de bolas), un estator (bobinado, núcleo del estator), tapas de extremo delantera y trasera, etc. El motor paso a paso híbrido bifásico más típico tiene un estator con 8 dientes grandes, 40 dientes pequeños y un rotor con 50 dientes pequeños; un motor trifásico tiene un estator con 9 dientes grandes, 45 dientes pequeños y un rotor con 50 dientes pequeños.
2、Principio de control
Elmotor paso a pasoNo se puede conectar directamente a la fuente de alimentación ni recibir directamente señales de pulsos eléctricos; debe implementarse a través de una interfaz especial: el controlador del motor paso a paso, que interactúa con la fuente de alimentación y el controlador. El controlador del motor paso a paso generalmente se compone de un distribuidor de anillo y un circuito amplificador de potencia. El divisor de anillo recibe las señales de control del controlador. Cada vez que se recibe una señal de pulso, la salida del divisor de anillo se convierte una vez, por lo que la presencia o ausencia de la señal de pulso y su frecuencia pueden determinar si la velocidad del motor paso a paso es alta o baja, acelerando o desacelerando para arrancar o detener. El distribuidor de anillo también debe monitorear la señal de dirección del controlador para determinar si sus transiciones de estado de salida son positivas o negativas, y así determinar la dirección del motor paso a paso.
3. Parámetros principales
①Número de bloque: principalmente 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, etc.
②Número de fases: Número de bobinas dentro del motor paso a paso. El número de fases del motor paso a paso generalmente es bifásico, trifásico y pentafásico. En China se utilizan principalmente motores paso a paso bifásicos, aunque los trifásicos también tienen algunas aplicaciones. En Japón, se utilizan con mayor frecuencia motores paso a paso pentafásicos.
③Ángulo de paso: Correspondiente a una señal de pulso, el desplazamiento angular de la rotación del rotor del motor. La fórmula para calcular el ángulo de paso del motor paso a paso es la siguiente.
Ángulo de paso = 360° ÷ (2 mz)
m el número de fases de un motor paso a paso
Z el número de dientes del rotor de un motor paso a paso.
Según la fórmula anterior, el ángulo de paso de los motores paso a paso bifásicos, trifásicos y pentafásicos es de 1,8°, 1,2° y 0,72° respectivamente.
④ Par de retención: es el par del devanado del estator del motor a través de la corriente nominal. Sin embargo, el rotor no gira y el estator lo bloquea. El par de retención es el parámetro más importante de los motores paso a paso y la base principal para su selección.
⑤ Par de posicionamiento: es el par necesario para girar el rotor con fuerza externa cuando el motor no pasa corriente. El par es uno de los indicadores de rendimiento para evaluar el motor. En igualdad de condiciones, cuanto menor sea el par de posicionamiento, menor será el efecto de ranura, lo que favorecerá la suavidad del motor al funcionar a baja velocidad. Características de frecuencia de par: se refiere principalmente a las características de frecuencia de par prolongadas. El motor, al funcionar de forma estable a una velocidad determinada, puede soportar el par máximo sin perder el paso. La curva momento-frecuencia describe la relación entre el par máximo y la velocidad (frecuencia) sin perder el paso. La curva de frecuencia de par es un parámetro importante del motor paso a paso y la base fundamental para su selección.
⑥ Corriente nominal: la corriente del devanado del motor necesaria para mantener el par nominal, el valor efectivo
4、Selección de puntos
Las aplicaciones industriales utilizan motores paso a paso con velocidades de hasta 600 ~ 1500 rpm; a mayor velocidad, puede considerar un controlador de motor paso a paso de circuito cerrado o elegir un programa de controlador de servomotor más apropiado para los pasos de selección de motores paso a paso (consulte la figura a continuación).
(1) Elección del ángulo de paso
Según el número de fases del motor, existen tres tipos de ángulo de paso: 1,8° (bifásico), 1,2° (trifásico) y 0,72° (cincofásico). Si bien el ángulo de paso de cinco fases ofrece la mayor precisión, su motor y controlador son más caros, por lo que rara vez se utiliza en China. Además, los controladores de motores paso a paso convencionales utilizan ahora la tecnología de subdivisión. En las cuatro subdivisiones siguientes, la precisión del ángulo de paso se puede garantizar. Por lo tanto, considerando únicamente los indicadores de precisión del ángulo de paso, el motor paso a paso de cinco fases puede sustituirse por un motor paso a paso bifásico o trifásico. Por ejemplo, en la aplicación de algún tipo de avance para una carga de tornillo de 5 mm, si se utiliza un motor paso a paso de dos fases y el controlador está configurado en 4 subdivisiones, el número de pulsos por revolución del motor es 200 x 4 = 800, y el equivalente de pulso es 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, esta precisión puede cumplir con la mayoría de los requisitos de la aplicación.
(2) Selección de par estático (par de retención)
Los mecanismos de transmisión de carga comúnmente usados incluyen correas síncronas, barras de filamento, cremallera y piñón, etc. Los clientes primero calculan la carga de su máquina (principalmente el par de aceleración más el par de fricción) convertida al par de carga requerido en el eje del motor. Luego, de acuerdo con la velocidad máxima de funcionamiento requerida por las flores eléctricas, los siguientes dos casos de uso diferentes para elegir el par de retención apropiado del motor paso a paso ① para la aplicación de la velocidad de motor requerida de 300pm o menos: si la carga de la máquina se convierte al par de carga requerido del eje del motor T1, entonces este par de carga se multiplica por un factor de seguridad SF (generalmente tomado como 1,5-2,0), es decir, el par de retención del motor paso a paso requerido Tn ②2 para Para aplicaciones que requieren una velocidad de motor de 300pm o más: establezca la velocidad máxima Nmax, si la carga de la máquina se convierte al eje del motor, el par de carga requerido es T1, entonces este par de carga se multiplica por un factor de seguridad SF (generalmente 2,5-3,5), que da el par de retención Tn. Consulte la Figura 4 y seleccione un modelo adecuado. A continuación, utilice la curva de momento-frecuencia para comprobar y comparar: en la curva de momento-frecuencia, la velocidad máxima Nmáx requerida por el usuario corresponde al par máximo de paso perdido de T2; por lo tanto, el par máximo de paso perdido de T2 debe ser superior en un 20 % al de T1. De lo contrario, es necesario seleccionar un nuevo motor con un par mayor y comprobar y comparar de nuevo según la curva de par-frecuencia del nuevo motor seleccionado.
(3) Cuanto mayor sea el número de base del motor, mayor será el par de retención.
(4) de acuerdo con la corriente nominal para seleccionar el controlador paso a paso correspondiente.
Por ejemplo, la corriente nominal de un motor 57CM23 es de 5 A, entonces usted elige la corriente máxima permitida del variador de más de 5 A (tenga en cuenta que es el valor efectivo en lugar del pico); de lo contrario, si elige una corriente máxima de solo 3 A, el par de salida máximo del motor solo puede ser de alrededor del 60 %.
5, experiencia en aplicaciones
(1) Problema de resonancia de baja frecuencia del motor paso a paso
El control de subdivisión de motores paso a paso es una forma eficaz de reducir la resonancia de baja frecuencia de los motores paso a paso. Por debajo de 150 rpm, el control de subdivisión es muy eficaz para reducir la vibración del motor. En teoría, cuanto mayor sea la subdivisión, mejor será el efecto en la reducción de la vibración del motor paso a paso; sin embargo, en la práctica, la subdivisión aumenta a 8 o 16 una vez que la mejora en la reducción de la vibración del motor paso a paso alcanza su punto máximo.
En los últimos años, se han comercializado controladores de motores paso a paso con tecnología antirresonancia de baja frecuencia, tanto nacionales como internacionales. Las series DM y DM-S de Leisai utilizan esta tecnología. Esta serie de controladores utiliza compensación armónica, que mediante la compensación de amplitud y fase reduce considerablemente la vibración de baja frecuencia del motor paso a paso, logrando un funcionamiento silencioso y con bajas vibraciones.
(2) El impacto de la subdivisión del motor paso a paso en la precisión del posicionamiento
El circuito de accionamiento de subdivisión del motor paso a paso no solo mejora la suavidad del movimiento del dispositivo, sino que también mejora eficazmente la precisión de posicionamiento del equipo. Las pruebas demuestran que, en la plataforma de movimiento con transmisión por correa síncrona, el motor paso a paso de 4 subdivisión puede posicionarse con precisión en cada paso.
Hora de publicación: 11 de junio de 2023