Como actuador,motor paso a pasoEs uno de los productos clave de la mecatrónica, ampliamente utilizado en diversos sistemas de control de automatización. Con el desarrollo de la microelectrónica y la tecnología informática, la demanda de motores paso a paso aumenta día a día y se utilizan en diversos sectores económicos nacionales.
01 ¿Qué es un?motor paso a paso
Un motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que convierte directamente pulsos eléctricos en movimiento mecánico. Controlando la secuencia, la frecuencia y el número de pulsos eléctricos aplicados a la bobina del motor, se pueden controlar la dirección, la velocidad y el ángulo de rotación del motor paso a paso. Sin necesidad de un sistema de control de retroalimentación de bucle cerrado con detección de posición, se puede lograr un control preciso de la posición y la velocidad mediante un sistema de control de bucle abierto simple y económico, compuesto por un motor paso a paso y su controlador.
02 motor paso a pasoEstructura básica y principio de funcionamiento
Estructura básica:
Principio de funcionamiento: el controlador del motor paso a paso de acuerdo con el pulso de control externo y la señal de dirección, a través de su circuito lógico interno, controla los devanados del motor paso a paso en una secuencia de tiempo determinada hacia adelante o hacia atrás energizados, de modo que el motor gire hacia adelante / hacia atrás o se bloquee.
Tomemos como ejemplo un motor paso a paso bifásico de 1,8 grados: cuando ambos devanados están energizados y excitados, el eje de salida del motor permanece estacionario y bloqueado en su posición. El par máximo que mantiene el motor bloqueado a la corriente nominal es el par de retención. Si se redirige la corriente en uno de los devanados, el motor girará un paso (1,8 grados) en una dirección determinada.
De forma similar, si la corriente en el otro devanado cambia de dirección, el motor girará un paso (1,8 grados) en sentido contrario. Cuando las corrientes que circulan por los devanados se redirigen secuencialmente a la excitación, el motor girará en un paso continuo en la dirección dada con gran precisión. Para un motor paso a paso bifásico de 1,8 grados, la rotación de una semana requiere 200 pasos.
Los motores paso a paso bifásicos tienen dos tipos de bobinados: bipolares y unipolares. Los motores bipolares tienen solo una bobina por fase. El motor gira continuamente la corriente en la misma bobina para una excitación secuencialmente variable. El diseño del circuito de accionamiento requiere ocho interruptores electrónicos para la conmutación secuencial.
Los motores unipolares tienen dos bobinas de bobinado de polaridad opuesta en cada fase y el motor
gira continuamente energizando alternativamente las dos bobinas de bobinado en la misma fase.
El circuito de accionamiento está diseñado para requerir solo cuatro interruptores electrónicos. En el bipolar
En el modo de conducción, el par de salida del motor aumenta aproximadamente un 40 % en comparación con el
modo de accionamiento unipolar porque las bobinas de bobinado de cada fase están 100% excitadas.
03, Carga del motor paso a paso
A. Carga de momento (Tf)
Tf = G * r
G: Peso de la carga
r: radio
B. Carga de inercia (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Masa de carga
R1: Radio del anillo exterior
R2: Radio del anillo interior
dω/dt: Aceleración angular
04, curva de velocidad-par del motor paso a paso
La curva de velocidad-par es una expresión importante de las características de salida del motor paso a paso.
motores.
A. Punto de frecuencia de operación del motor paso a paso
El valor de velocidad del motor paso a paso en un punto determinado.
n = q * Hz / (360 * D)
n: rev/seg
Hz: Valor de frecuencia
D: Valor de interpolación del circuito de accionamiento
q: ángulo de paso del motor paso a paso
Por ejemplo, un motor paso a paso con un ángulo de paso de 1,8°, con un accionamiento de interpolación de 1/2(es decir, 0,9° por paso), tiene una velocidad de 1,25 r/s a una frecuencia de funcionamiento de 500 Hz.
B. Área de arranque automático del motor paso a paso
El área donde se puede iniciar y detener directamente el motor paso a paso.
C. Área de operación continua
En esta área, el motor paso a paso no se puede iniciar ni detener directamente. Motores paso a paso enEsta zona debe pasar primero por la zona de autoarranque y luego acelerarse para llegar a laÁrea de operación. De igual manera, el motor paso a paso en esta área no se puede frenar directamente.De lo contrario, es fácil que el motor paso a paso se desfase, por lo que primero se debe desacelerar parala zona de arranque automático y luego frenó.
D. Frecuencia máxima de arranque del motor paso a paso
Estado sin carga del motor, para garantizar que el motor paso a paso no pierda la operación de paso delfrecuencia máxima de pulso.
E. Frecuencia máxima de funcionamiento del motor paso a paso
La frecuencia de pulso máxima a la que se excita el motor para que funcione sin perder un paso.sin carga.
F. Par de arranque/par de arranque del motor paso a paso
Para que el motor paso a paso se ponga en marcha a una determinada frecuencia de pulso, sin necesidad de arrancar.perdiendo pasos del par de carga máximo.
G. Par de funcionamiento/par de arrastre del motor paso a paso
El par de carga máximo que satisface el funcionamiento estable del motor paso a paso a unacierta frecuencia de pulso sin pérdida de paso.
05 Control de movimiento de aceleración/desaceleración del motor paso a paso
Cuando la frecuencia de operación del motor paso a paso se encuentra en la curva de velocidad-par de forma continuaRegión de operación, cómo acortar el arranque del motor o detener la aceleración o desaceleracióntiempo, de modo que el motor funcione durante más tiempo en el mejor estado de velocidad, aumentando así laEl tiempo de funcionamiento efectivo del motor es muy crítico.
Como se muestra en la figura a continuación, la curva característica de par dinámico del motor paso a paso esuna línea recta horizontal a baja velocidad; a alta velocidad, la curva disminuye exponencialmentedebido a la influencia de la inductancia.
Sabemos que la carga del motor paso a paso es TL, supongamos que queremos acelerar de F0 a F1 enel tiempo más corto (tr), ¿cómo calcular el tiempo más corto tr?
(1) Normalmente, 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. Aceleración exponencial en condiciones de alta velocidad
(1) Normalmente
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * En [(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)
Notas.
J indica la inercia rotacional del rotor del motor bajo carga.
q es el ángulo de rotación de cada paso, que es el ángulo de paso del motor paso a paso en el
caso de toda la unidad.
En la operación de desaceleración, simplemente se puede invertir la frecuencia del pulso de aceleración anterior.
calculado.
06 Vibración y ruido del motor paso a paso
En términos generales, el motor paso a paso en funcionamiento sin carga, cuando la frecuencia de operación del motores cercano o igual a la frecuencia inherente del rotor del motor resonará, será gravese produce un fenómeno de desfase.
Varias soluciones para la resonancia:
A. Evite la zona de vibración: para que la frecuencia de funcionamiento del motor no caiga dentroel rango de vibración
B. Adopte el modo de conducción de subdivisión: utilice el modo de conducción de micropasos para reducir la vibración
subdividir el paso original en varios pasos para aumentar la resolución de cada uno
Paso del motor. Esto se puede lograr ajustando la relación fase-corriente del motor.
El micropaso no aumenta la precisión del ángulo de paso, pero hace que el motor funcione más
Suavemente y con menos ruido. El par suele ser un 15 % menor para la operación de medio paso.
que para el funcionamiento de paso completo, y un 30 % menor para el control de corriente de onda sinusoidal.
Hora de publicación: 09-nov-2022