Motor pas cu pas. Selectarea și calculul motoarelor pas cu pas pentru cnc

Motoarele pas cu pas pot fi găsite în dispozitivul auto tablouri de bord, imprimante, unități CD, scule electrice, în general - oriunde aveți nevoie de o precizie de poziționare sporită. Dar cel mai faimos SHD primit în mașinile CNC.

Dar de ce se numește acest mecanism așa - „motor pas cu pas”? Pe scurt, este un motor sincron fără perii cu înfășurări multiple de sârmă. Electricitate este alimentat într-unul dintre înfășurările statorului (element staționar) și astfel fixează rotorul (partea mobilă) într-o anumită poziție. Apoi curentul curge într-o altă înfășurare și rotorul face o nouă mișcare. Această schimbare secvențială de poziție se numește „pas”. Și este datorită acestui principiu de lucru Motor pas cu pasși-a primit numele.

Dispozitiv și tipuri de motoare pas cu pas

Astăzi, există trei tipuri principale de motoare pas cu pas:

Trebuie remarcat faptul că microstepping-ul este posibil doar la motoarele pas cu pas hibride. Fiecare microstep este realizat printr-un control independent al înfășurării. Prin controlul raportului de curent, rotorul poate fi blocat chiar și în secțiunea intermediară dintre două trepte adiacente. Acest lucru îmbunătățește netezimea mișcării elementului mobil și permite o precizie optimă de poziționare. Numărul de pași în acest mod poate ajunge chiar la 51.200 pe rotație.

Mulți amatori își pun întrebarea: de ce a fost aleasă forma dințată a rotorului? Răspunsul este simplu: pentru a obține o dependență periodică a înfășurării statorului de poziția unghiulară a rotorului. Decalajul dintre caneluri se face mult mai mare decât între dinți. Acest lucru permite o conductivitate magnetică mai mică a golurilor în raport cu conductivitatea dinților. În caz contrar, motorul pas cu pas pur și simplu nu ar putea funcționa. Este evident că este totalitatea tuturor caracteristici de proiectare, precum și forma și compoziția elementelor, permit SD să fie un mecanism deplin și nu doar o bucată de metal.

În plus, în funcție de tipul înfășurărilor, SM se împarte în:

• bipolar... Au câte o înfășurare pentru fiecare fază. Schimbarea direcției câmpului magnetic din acestea este asigurată prin inversarea șoferului - o jumătate de punte sau o punte bipolară;
• unipolar... Un astfel de motor pas cu pas are, de asemenea, un singur înfășurare în fiecare dintre faze, dar, în același timp, se face un robinet din mijlocul oricărei înfășurări individuale. Astfel, direcția câmpului poate fi schimbată prin comutarea jumătății utilizate a înfășurării. Șoferul are nevoie doar de patru taste, deci este mai simplu decât un motor bipolar.

Caracteristicile motorului pas cu pas

V documentatie tehnica la motoarele pas cu pas, puteți găsi următoarea listă de caracteristici:

1. Cuplu sau cuplu... Se măsoară în kilograme-forță centimetri. Adesea, la acest articol este atașat un grafic, care exprimă dependența cuplu de la viteză. Cu cât acest indicator este mai mare, cu atât motorul prinde mai repede viteza la pornire.
2. Moment de așteptare... Arată cât de greu poate statorul să blocheze rotorul atunci când motorul este pornit, dar nu funcționează. Adică este parametrul de cuplu la viteză zero. Conform graficului, acesta scade proporțional direct cu creșterea vitezei de rotație. Acest indicator este măsurat în uncii-pe-inch. Cuplul de menținere în măsura specificată de producător poate fi demonstrat de motor numai în modul static, cu condiția ca curent total servit în două faze simultan.
3. Cuplul de frânare... Aceasta este cantitatea de forță care împiedică rotirea rotorului în absența curentului de alimentare. Adică forța de blocare a rotorului atunci când este oprit. Se mai numește și momentul de așteptare. La motoarele pas cu pas hibride, nu mai mult de o zecime din forță împiedică rotirea rotorului la alimentarea cu curent complet. Această caracteristică măsurată în aceleași unități ca cuplul de reținere.
4. Tensiune nominală... Acest indicator depinde în mod direct de inductanța înfășurărilor și vă permite să determinați tensiunea optimă care ar trebui furnizată motorului. Cea mai bună tensiune potrivită pentru motorul dvs. pas cu pas este cuprinsă între 4 și 25 de valori din nominal. Dacă depășiți curentul de alimentare, motorul se va supraîncălzi, ducând la deteriorări. Și dacă tensiunea nu este suficientă, atunci pur și simplu nu va porni. Această caracteristică este indicată în Volți. Pentru a calcula puterea de curent optimă, se folosește o formulă specială U = 32 x√L, unde L este inductanța înfășurării și U este valoarea dorită.
5. Separat, este indicat rezultatul testelor dielectrice, timp în care s-a determinat tensiunea maximă pe care o poate suporta înfășurarea pentru o anumită perioadă de timp. Acest indicator determină puterea motorului, cât de bine poate rezista la suprasarcină.
6. Momentul de inerție al părții mobile a motorului... Determină viteza accelerației motorului pas cu pas. Această valoare este măsurată în grame centimetri pătrați.
7. Numărul de pași pe revoluție(se iau în considerare doar pașii completi, nu se iau în considerare jumătatea valorilor). Cu cât sunt mai mulți pași, cu atât este mai puternic și mai rapid motorul.
8. Lungime și greutate... Aceasta se referă la lungimea corpului, cu excepția arborelui. Dar în parametrul „greutate” este indicată greutatea totală a produsului. Depinde de mărime și greutate în ce condiții poate fi utilizat motorul. În unele cazuri, aveți nevoie motor compact, în timp ce în altele, doar cel mai mare și mai puternic va face.

Să luăm ca exemplu un motor pas cu pas nema. Motor PL57H41, ceea ce înseamnă lățime-înălțime (diametru) pe o flanșă pătrată de 57 mm - PL57. Lungime motor fără arbore 41mm - H41. Cuplul, menținerea și alte momente ale motorului depind mai mult de diametru decât de lungimea motorului.

Specificații PL57H110

Specificații PL86H113

Conexiune, drivere și codificatoare

De regulă, motoarele pas cu pas sunt controlate prin intermediul unor drivere speciale conectate la portul LTP al computerului. Șoferul primește semnalele generate de program și le transformă în comenzi către motor, care sunt transmise prin alimentarea cu curent a înfășurărilor. Software poate regla traiectoria, amploarea, viteza și amploarea mișcării.

Șoferul este o unitate de comandă a motorului pas cu pas. În mașinile CNC, semnalele de control sunt generate pe controlerele CNC, prin urmare, 4 ieșiri ale unui motor pas cu pas, firele de control de la controlerul CNC (de obicei 4 fire) și puterea + și - de la sursa de alimentare sunt conectate la driver. Semnalele de la controler merg la șofer, unde controlează deja comutarea tastelor circuit de alimentare tensiunea de alimentare provenită de la sursa de alimentare prin aceste taste către motor.

Driverul trebuie selectat în funcție de curentul maxim de ieșire tensiunea necesară la bornele pentru înfășurările motorului. Curentul livrat de șofer trebuie să fie fie același cu cel pe care îl va consuma motorul, fie mai mare. Șoferul are comutatoare cu ajutorul cărora puteți seta parametrii de tensiune de ieșire doriți și nu arde motorul.

Ordinea conectării unui motor pas cu pas la un circuit comun depinde de câte fire există în unitatea dvs. și de cât de exact doriți să utilizați motorul pas cu pas. Există o mulțime de modele și fiecare dintre ele are propria schemă de cablare. Numărul de fire din motor poate varia de la patru la șase. Patru motoare cu sârmă sunt utilizate exclusiv cu angrenaje bipolare.

Fiecare două înfășurări au două fire. Pentru a determina perechile necesare și relația dintre ele, veți avea nevoie de un contor. Cele mai puternice sunt motoarele cu șase fire. Au un robinet central și două fire pentru fiecare înfășurare individuală. Un astfel de motor pas cu pas poate fi conectat atât la dispozitive bipolare, cât și la dispozitive unipolare. Veți avea nevoie de un special Aparat de măsură pentru a separa firele. Pentru dispozitivele unipolare, utilizați toate cele șase fire. Pentru bipolare, este suficient un singur robinet central și un fir pentru o înfășurare.

Butonul central este un fir obișnuit, care se mai numește „mijloc” sau „centru”. Se găsește în unele tipuri de motoare pas cu pas. V motoare unipolare există trei fire pentru fiecare înfășurare. Două dintre ele sunt proiectate pentru a fi conectate la tranzistoare. Iar cea din mijloc, adică macaraua centrală, trebuie conectată la o sursă de tensiune. Adică, dacă nu este nevoie să conectați tranzistoare, puteți ignora pur și simplu cele două fire laterale.

Motoarele cu cinci fire sunt similare cu cele cu șase fire, cu toate acestea, în ele, firele centrale sunt aduse într-un singur cablu comun, împreună cu restul. Fără pauze, nu veți putea separa înfășurările între ele. Cel mai bine este să localizați firul de mijloc și să îl conectați la alți conductori - aceasta va fi o opțiune eficientă și cel mai puțin periculoasă.

Codificatoarele sunt adesea folosite cu motoare pas cu pas. Sunt pur și simplu senzori a căror misiune este de a trimite semnale către software. Mulți experți consideră că, în majoritatea cazurilor, nu are sens să combinați un motor pas cu pas cu codificatoare și este o risipă ineficientă de bani. Dar dacă există o dependență neliniară a mișcării de numărul de pași, atunci când este necesar să se construiască a cincea coordonată, codificatorul va fi de neînlocuit. Vă va ajuta să urmăriți mai ușor unghiurile de rotație a mesei, economisind timp eliminând nevoia de metode mai complexe.

Aplicații, argumente pro și contra

SD sunt deosebit de răspândite în industriile de înaltă tehnologie și grele. Datorită faptului că sunt foarte ieftine și sunt aranjate destul de simplu, cererea pentru ele nu se estompează nici măcar în secolul XXI. Adesea le puteți găsi în mașini CNC, echipamente robotizate, pe dispozitive de automatizare (alimentare, dozare, sudare automată și mecanisme de asamblare etc.).

Motoarele pas cu pas sunt deosebit de populare în proiectarea tabelelor de coordonare și a mașinilor CNC. Datorită costului redus al software-ului necesar pentru funcționarea lor, motoarele pas cu pas sunt indispensabile în sectorul de fabricație, în panourile de control, sarcinile de programare și setare și în alte elemente ale mecanismelor.

Motoarele pas cu pas sunt adesea folosite în elementele periferice ale computerelor, prese și instrumente de tipărit, mașini de frezat și mașini de desen, sisteme de monitorizare și control, perforatoare și cititoare de benzi.

Servomotorele concurează în popularitate cu motoarele pas cu pas, care pot îndeplini funcții similare în aceleași condiții ca motoarele pas cu pas.

Avantajele motoarelor pas cu pas împotriva servomotorelor:

1. Acestea funcționează corect sub o gamă largă de sarcini.
2. Unghi fix de rotație, dimensiuni standardizate ale motorului.
3. Cost scăzut.
4. Ușor de instalat și de utilizat, fiabil, durabil.
5. Dacă și eu turații mari motorul nu arde, dar omite treptele.

Principalele dezavantaje ale motoarelor pas cu pas în comparație cu motoarele servo:

1. Eficiență redusă. Consum ridicat energie indiferent de sarcină.
2. O scădere bruscă a cuplului cu creșterea vitezei.
3. Cu această dimensiune și greutate, puterea este mai mică decât se aștepta.
4. În timpul funcționării, motorul se încălzește foarte tare.
5. Nivel ridicat de zgomot la frecvențe înalte și medii.

Articolul conține informații de bază despre funcționarea unui motor pas cu pas și recomandări pentru metoda de selecție.

În prezent, piața este plină de oferte de o mare varietate de motoare, pentru o mare varietate de aplicații, ceea ce nu este surprinzător atunci când alegeți un motor pas cu pas, chiar dacă ați pregătit și ați studiat proprietățile motoarelor pas cu pas, ați aflat proprietatea lor principală de pierderea momentului cu o creștere a vitezei de rotație și, după estimarea momentului de inerție al sarcinii, redus la arbore, a stabilit aproximativ ce cuplu la ce viteze ar trebui obținut de la pas cu pas. Deci, cum alegeți un motor pas cu pas și la ce ar trebui să vă uitați mai întâi atunci când cumpărați?

1. Tipul motorului - bipolar, unipolar, trifazat etc.

Niciunul dintre tipurile de motoare nu are avantaje radicale față de altele. Dar fiecare are al său caracteristici mici... Deci, motoarele trifazate sunt mai rapide - au un cuplu mai mic decât motoarele bipolare de aceeași dimensiune, dar îl păstrează mai bine, astfel sunt bune de utilizat cu cutii de viteze, în angrenaje de mare viteză... Bipolar - cel mai frecvent, oferă un specific ridicat la viteze mici, este ușor să cumpărați un șofer pentru ei în loc de unul eșuat. Unipolar - reprezintă soluție flexibilă, de fapt, conțin mai multe tipuri motoare bipolare(în funcție de modul în care sunt conectate înfășurările), precum și de motorul unipolar cu 6 pini. În marea majoritate a bipolarului, este suficient și, dacă este necesar de mare viteză rotație - este logic să folosiți un motor trifazat.

2. Graficul dependenței momentului de viteză

Principala caracteristică. Puteți consulta acest grafic pentru a vedea dacă un anumit motor pas cu pas poate îndeplini deloc specificațiile cerințelor dvs.

3. Inductanța

Calculați rădăcina pătrată a inductanței înfășurării și înmulțiți-o cu 32 pentru a compara aceasta cu tensiunea sursei de alimentare pentru șofer. Aceste numere nu ar trebui să difere mult - dacă tensiunea de alimentare este cu mult (cu 30% sau mai mult) mai mare decât numărul obținut, motorul va produce zgomot și căldură; dacă se scurtează, cuplul va scădea cu o viteză prea rapidă.

4. Parametrii geometrici

Flanșă, diametrul arborelui - important ca dimensiuni de legătură... Flansa, împreună cu lungimea motorului, delimitează și „puterea” motorului pas cu pas.

Informații teoretice despre modurile de funcționare ale unui motor pas cu pas

Într-un motor ideal nu există frecare, cuplul său este proporțional cu rotațiile amperiale ale înfășurărilor și singurul caracteristică electrică este inductanță. Inductanța L caracterizează capacitatea înfășurării de a stoca energia într-un câmp magnetic. Inductoarele au proprietatea rezistenței inductive, adică rezistenţă curent alternativ, care este cu atât mai mare, cu cât curentul se schimbă mai rapid, ceea ce înseamnă că rezistența inductivă crește odată cu viteza de rotație a motorului. Conform legii lui Ohm, curentul este direct proporțional cu tensiunea și invers proporțional cu impedanța, din care rezultă că curentul de înfășurare scade odată cu creșterea vitezei de rotație. pentru că cuplul este proporțional cu amperi-rotații, iar curentul este invers proporțional cu viteza, atunci cuplul va fi, de asemenea, invers proporțional cu viteza. Acestea. la viteza zero, momentul tinde spre infinit, cu o creștere a vitezei, momentul (și curentul) începe să tindă spre zero.

Electric, motor real diferă de cea ideală în principal prin rezistența non-zero a înfășurării, precum și prin componentele feromagnetice, care tind să se satureze cu un câmp magnetic, ceea ce duce la pierderi de histerezis și pierderi de curenți turbionari. Saturația limitează cuplul și curenții turbionari și pierderile de histerezis determină încălzirea motorului. Luați în considerare curba dependenței cuplului motorului pas cu pas de viteză.

După cum puteți vedea din grafic, sub o anumită limită de viteză, cuplul și, prin urmare, curentul crește foarte repede, până la niveluri care deteriorează motorul. Pentru a evita acest lucru, șoferul trebuie să limiteze creșterea curentă la o anumită valoare. Deoarece cuplul este proporțional cu curentul, cuplul va fi constant din momentul menținerii până la pragul de viteză și, deasupra pragului, curentul va fi limitat de inductanța înfășurărilor.

Ca rezultat, caracteristica viteză-cuplu motor ideal va începe de la punctul în care cuplul este constant până la punctul în care motorul încetează să mai genereze și să consume energie reactivă. Un motor pas cu pas real are pierderi care schimbă caracteristica ideală a turației-viteză. Contribuția cuplului din armonicile dințate ale câmpului magnetic este deosebit de mare (este uneori indicată în documentația pentru motor). Întotdeauna există pierderi în motor și, cu cât arborele motorului pas cu pas se rotește mai repede, cu atât pierderile sunt mai mari și acestea trebuie, de asemenea, scăzute din caracteristica ideală.

Rețineți cum putere reală scade odată cu creșterea vitezei, inclusiv pe segmentul „putere constantă”. Rotunjirea la punctul de tranziție se datorează procesului tranzitoriu din circuit - șoferul se transformă treptat de la o sursă de curent la o sursă de tensiune.

Rezonanță de frecvență medie

Un motor pas cu pas este extrem de susceptibil la rezonanță, fiind de fapt un analog al unui pendul „suspendat pe un arc”, unde greutatea este rotorul, iar arcul este câmpul magnetic și are o frecvență naturală care depinde de puterea curentă. și inerția rotorului. În momentul în care diferența de fază între cuplu și viteză atinge 180 de grade, apare rezonanța - schimbarea câmpului magnetic începe să coincidă cu viteza, iar viteza rotorului atunci când se poziționează pe pas nou devine prea mare. La rezonanță, o parte semnificativă a energiei câmpului magnetic este cheltuită pentru a depăși inerția rotorului atunci când oscilează în jurul poziției de echilibru, care se exprimă într-o scădere semnificativă a cuplului pe arbore. Energia cinetică acumulată a rotorului este consumată atunci când rezonanța are loc în aproximativ 1-10 secunde, prin urmare, motorul poate fi accelerat trecând zona de rezonanță fără consecințe, dar nu va fi posibil să funcționeze mult timp - arborele va Stop. Pentru a elimina acest fenomen, driverele folosesc diferiți algoritmi antiresonanți.

Puterea motorului

Ieșirea motorului (viteza × cuplul) este proporțională cu tensiunea împărțită la rădăcina pătrată a inductanței. Dacă dublăm tensiunea PWM, vom obține o altă curbă CMX, situată mai sus, iar puterea din secțiunea de putere constantă se va dubla. Imaginea diferă de curent. Figura de mai jos arată ce se va întâmpla când șoferul este setat la 2 ori curentul nominal pentru motor. Motorul începe să emită de 4 ori mai multă căldură, iar momentul este aprins turații mici crește de mai puțin de 2 ori datorită saturației nucleelor ​​de înfășurare.

După cum puteți vedea, puterea nu crește deloc. Este întotdeauna recomandat să setați curentul conducătorului auto egal cu valoarea nominală pentru motor. Acest lucru va reduce, printre altele, vibrațiile la frecvențe joase și va îmbunătăți caracteristicile modului de microstepping.

Tensiunea de alimentare și încălzirea motorului

Principalele motive pentru încălzirea motorului sunt pierderile din rezistența înfășurărilor și pierderile feromagnetice. Prima parte este familiară pentru toată lumea - aceasta este energia termică eliberată la rezistența activă a firelor de înfășurare, egală cu I2R. Contribuția acestui termen este mare numai atunci când motorul este în modul de așteptare și scade brusc odată cu creșterea vitezei motorului. Pierderile feromagnetice se numesc pierderi de curent Foucault și pierderi de histerezis. Acestea depind de schimbarea curentului și, prin urmare, de tensiunea de alimentare și sunt emise ca căldură. După cum s-a menționat mai sus, puterea motorului crește în proporție directă cu tensiunea, dar cresc și pierderile feromagnetice și, spre deosebire de putere, este neliniară, ceea ce limitează tensiunea maximă care poate fi folosit pentru șofer. Putem spune că puterea netă maximă a unui motor pas cu pas este determinată de cantitatea de căldură care poate fi generată în siguranță pe acesta. Prin urmare, nu ar trebui să încercați să stoarceți o jumătate de kilowat dintr-un motor din seria 57 conectând driverul la o sursă de 10 kV - tensiunea are limite rezonabile. Pot fi numărate căi diferite... Empiric, s-au obținut mai multe estimări superioare pentru tensiunea maximă de alimentare a driverului PWM: aceasta nu trebuie să depășească tensiunea nominală a înfășurărilor cu mai mult de 25 de ori sau valoarea 32√ L, unde L este inductanța înfășurării.

Pentru claritate, mai jos este un grafic care prezintă pierderile feromagnetice pentru un motor cu caracteristici nominale 4 A, 3 B.

Pe scurt despre puterea motorului pas cu pas

Alegerea motorului și a tensiunii de alimentare depinde în totalitate de sarcină. În mod ideal, motorul ar trebui să asigure un cuplu suficient la turația maximă planificată. Este necesar să se distingă cuplul de puterea motorului: un cuplu mare pornit viteze mici nu înseamnă că motorul este puternic. Puterea de ieșire - altele, mai mult parametru important, poate fi estimat aproximativ din curba viteză-cuplu. Teoretic, puterea maximă care poate fi recepționată stabil de la un driver alimentat de 80 V și 7 A este de aproximativ 250 wați (1/3 CP), dar în realitate acest lucru ar necesita 2 sau 3 motoare NEMA 34. Motoarele NEMA 23 sunt prea mici pentru disiparea căldurii, iar NEMA 42, datorită dimensiunii sale, nu se încadrează în impedanță: dacă curentul lor nominal este mai mic de 7 A, atunci tensiunea va fi mai mare de 80 V și invers. Cuplul armonic la motoarele NEMA 42 este semnificativ mai mare decât la motoarele mici și trebuie luat în considerare la calcularea puterii. Cu alte cuvinte, puterea de ieșire a motoarelor NEMA 42 scade mai repede decât motoarele mai mici. NEMA 42 trebuie utilizat atunci când este necesar un cuplu mare la turații mici și nu are rost să folosiți un motor cu roți dințate.

CARE SUNT DESPRE SPECIFICAȚIILE MOTORULUI DE PAS

Dacă ați omis tot ce este scris mai sus sau ați citit, dar ați înțeles puțin, acest capitol vă va ajuta să aflați cum să ajungeți la partea practică. Câteva cuvinte despre dimensiunea motorului. Dezvoltarea producției de motoare pas cu pas a făcut pași mari, iar acum motoarele pas cu pas sunt de aceeași dimensiune diferiți producători au caracteristici foarte asemănătoare. Dimensiunea motorului stabilește cadrul în care se poate schimba. caracteristică principală- curba viteză-cuplu. Inductanţă înfășurările arată cât de abruptă va fi curba CMX la aceeași tensiune de alimentare a driverului cu PWM: dacă luăm 2 motoare de aceeași dimensiune cu inductanțe diferite și le controlăm cu un singur driver cu aceeași tensiune de alimentare, curbele CMX obținute va diferi prin abruptitate:

Inductanță mai mare vă oferă potențial de cuplu mai mare, dar pentru a face acest lucru aveți nevoie de un șofer cu o tensiune de alimentare mai mare - atunci curba CMX va crește proporțional cu creșterea tensiunii. În practică, aproape toate firmele produc motoare de aceeași dimensiune în două versiuni - „lent” și „rapid”, cu inductanță ridicată și scăzută. Mai mult, modelele „rapide” sunt mai populare - necesită tensiune mai mică la viteze mari, ceea ce înseamnă șoferi mai ieftini și o sursă de alimentare. Și dacă dintr-o dată nu există suficientă putere, puteți lua un motor mai mare. Modelele „lente” rămân pentru aplicații specifice - în cazurile în care nu sunt necesare viteze mari de la acționarea pas cu pas, este necesar un cuplu mare de susținere etc.

Actual înfășurarea este legată indirect de cuplu, dar practic se vorbește despre șoferul care va trebui să fie selectat pentru acest motor - ar trebui să poată livra exact acest nivel de curent.

Tensiunea de alimentare a bobinajului arată ce tensiune constantă (nu PWM) poate fi aplicată înfășurării - aceasta este valoarea tensiunii utilizate de șoferi tensiune constantă... Va fi util la calcularea maximului tensiune admisibilă sursa de alimentare a șoferului cu PWM și este, de asemenea, legată indirect de cuplul maxim.

ALGORITM PENTRU A SELECȚIA UN MOTOR CU PAS

Deci, cum alegi un motor? Depinde de ce date aveți. În general, alegerea unui motor se reduce la alegerea a 5 lucruri - producător, tip de motor, dimensiune, curent de fază și inductanță. Primul parametru este dificil de evaluat - puțini oameni au un eșantion reprezentativ de eșantioane de la diferiți furnizori. În ceea ce privește tipul de motor, vă recomandăm ca ori de câte ori există incertitudine în selecție, să utilizați motoare pas cu pas cu inductanță scăzută cu 4 conductori bipolari. Acestea. alegerea este în principal în alegerea dimensiunii motorului (în aceeași dimensiune, caracteristicile motoarelor cu aceeași inductanță a aproape tuturor producătorilor sunt practic aceleași). Pentru selecție model specific se poate utiliza următorul algoritm:

1. Calculați viteza maximă de rotație V în r / s pe care doriți să o obțineți de la unitate și cuplul M pe care trebuie să îl obțineți la această viteză (puneți o marjă de 25-40% în această valoare).
2. Convertiți viteza de rotație la PPS cu cadență maximă, pentru motor standard cu un pas de 1,8 grade PPS = 200 * V.
3. Selectați o dimensiune a motorului care este aproximativ potrivită la prima vedere, de la modele disponibile selectați un motor cu cea mai mică inductanță pentru această dimensiune.
4. Utilizați curba CMX a producătorului pentru a găsi valoarea PPS. Verificați dacă cuplul indicat pe curbă este suficient.
5. Dacă cuplul afișat pe curbă este prea mic, luați în considerare un motor mai mare, dacă este prea mare, luați în considerare un motor mai mic.

Cu toate acestea, această metodă oferă adesea rezultate incorecte datorită unui număr mare de factori și ipoteze la calcularea momentului. Puteți obține cu ușurință acest lucru pentru a controla o freză mică de portal cu un portal cu o greutate de 15 kg, aveți nevoie brusc de motoare ST86-114. Metodele empirice sunt utilizate mai des și se dovedesc a fi mai exacte. Una dintre aceste metode este de a determina motoarele după greutatea portalului și dimensiunea zonei de lucru. De exemplu, alegerea unui motor pas cu pas pentru transmisie orizontală (axele X și Y) se poate face pe baza greutății piesei mobile, a transmisiei, ghidajelor și materialelor planificate pentru prelucrare. Pentru mașinile de portic cu aspect clasic, cu transfer cu șurub cu bilă, pas 5 mm pe rotație, pentru prelucrarea lemnului și a plasticului, viteză mișcare inactivă până la 4000 mm / min, presupunând că axele de ghidare sunt fără preîncărcare și sunt reglate astfel încât partea mobilă să ruleze pe ele fără rezistență, pot fi recomandate următoarele valori:

O altă abordare obișnuită este analizarea mașinilor-unelte finite de pe piață, care sunt apropiate de cele proiectate în ceea ce privește dimensiunea și performanța - un design dovedit înseamnă că motoarele sunt deja potrivite în mod optim, iar performanța lor poate fi luată ca bază.

Orice persoană care va asambla independent o mașină CNC va avea nevoie de un motor pas cu pas. Principalul lucru este să decideți în prealabil asupra scopului dispozitivului. Cele mai mari eforturi și indicatori sunt necesari pentru prelucrarea metalelor neferoase, care este luată în considerare separat la alegerea unui motor pas cu pas pentru CNC.

Care sunt criteriile de alegere?

Trebuie amintit că, în comparație cu motoare convenționale, steppers necesită mai mult scheme complexe Pentru conducere. Și nu există atât de multe criterii.

1. Parametru de inductanță.

Primul pas este determinarea rădăcinii pătrate a inductanței înfășurării. Rezultatul este apoi înmulțit cu 32. Valoarea obținută ca total trebuie apoi să fie comparată cu tensiunea sursei de la care este alimentată conducătorul auto.

Aceste numere nu ar trebui să difere prea mult între ele. Motorul se va încălzi și va face prea mult zgomot dacă tensiunea de alimentare este cu 30% sau mai mare decât valoarea obținută. Dacă este mai mică, atunci, pe măsură ce viteza crește, cuplul scade. Cu cât inductanța este mai mare, cu atât este mai ușor să mențineți un cuplu ridicat. Dar pentru aceasta trebuie să selectați un driver care are o tensiune de alimentare ridicată. Abia atunci motorul pas cu pas funcționează corect.

1. Un grafic al modului în care cuplul și viteza sunt legate între ele.

Acest lucru va face posibilă înțelegerea modului în care motorul îndeplinește, în principiu, solicitările și specificațiile tehnice.

1. Parametrii planului geometric.

• Cuplu static maxim de sincronizare.
• Moment de inerție pentru rotoare.
• Curentul din fază este la nominal.
• Rezistența totală a fazelor de tip ohmic.

Despre tipurile de motoare

Pentru mașină, tipul de motoare pas cu pas utilizate este un parametru nu mai puțin important decât celelalte. Fiecare model este dotat cu propriile sale caracteristici.

1. Cele bipolare sunt cele mai des utilizate împreună cu un CNC.

Principalul avantaj este capacitatea de a selecta cu ușurință un driver nou în cazul în care cel vechi eșuează. La turații mici, se menține rezistivitatea ridicată.

1. Trei faze.

Acestea se caracterizează prin viteză mare. Relevant, dacă este exact acest parametru acordați cea mai mare atenție în caz de alegere.

1. Unipolar.

Acestea sunt mai multe tipuri de motoare bipolare, care diferă între ele și sunt selectate în funcție de conexiunea înfășurării.

Poate fi explorat modele gata făcute mașini oferite de piața actuală. Datorită acestei abordări, alegerea este mult simplificată. Principalul lucru este că caracteristicile și dimensiunile sunt potrivite pentru proiectul creat.

Despre forțele de tăiere

De multe ori proprietarii cred că trebuie să împingă din greu, altfel nu va funcționa corect. Aceasta este o amăgire care nu este adevărată. Cel mai important lucru este modul în care utilizatorul setează corect parametrii fluxului de lucru.

Nu este necesar să utilizați formule speciale complexe pentru a înțelege cum să acționați corect. De asemenea, îl puteți verifica direct cu mâinile goale.

Despre rezonanță la frecvențe medii

Motoarele pas cu pas sunt asociate cu o rezonanță puternică. De fapt, funcționează ca un pendul cu o greutate suspendată de un arc. Rolul sarcinii este realizat de rotor, iar câmpul cu energie magnetică este realizat de arc. Vibrațiile naturale au o frecvență determinată de doi indicatori:

1. Inerția rotorului.
2. Puterea actuală.

Rezonanța apare atunci când diferența dintre viteză și faza cuplului atinge 180 de grade. Aceasta înseamnă că există o corespondență între viteză și schimbări în câmpul magnetic. Mișcarea devine rapidă atunci când se poziționează într-un nou pas. Cuplul scade deoarece cea mai mare parte a energiei este consumată pentru a depăși inerția.

Despre codificatoare și drivere, conexiuni

Sunt necesare drivere speciale pentru a controla dispozitivul. Se conectează la porturile LTP ale calculatoare personale... Programul generează semnale, care sunt apoi recepționate de drivere. După aceea, motorul primește anumite comenzi. Alimentarea cu curent a înfășurărilor face posibilă organizarea funcționării întregului dispozitiv. Software-ul facilitează controlul:

• După mărimea motorului.
• Pentru viteze.
• Pe traiectorii.

Șoferul este unitatea responsabilă de controlul întregului motor. Formarea semnalului de control are loc cu participarea unui controler special. Ceea ce implică conectarea simultană a patru cabluri ale unui motor pas cu pas la dispozitiv. Energia provine din sursa de alimentare, negativă și pozitivă și este conectată la motoare pentru lucrări ulterioare.

Curentul maxim al tensiunii necesare către terminale este principalul factor pe baza căruia trebuie făcută o alegere. Curentul furnizat de driver poate fi de următoarele tipuri:

1. Același lucru pe care îl consumă motorul.
2. Mai mare decât valoarea menționată anterior.

Parametrii doriți pentru tensiunea inițială sunt selectați folosind comutatoare speciale.

Motoarele pas cu pas pot avea altă ordine conexiuni. De obicei depinde de câte fire este echipat unitatea. Este necesar să acordați atenție scopului dispozitivului. Există multe modele disponibile pe piață și aproape fiecare are propria versiune a circuitului plug-in. În interior sunt plasate până la 4-6 fire. Modulele bipolare sunt furnizate standard cu versiunile cu patru fire.

La fiecare două înfășurări vin cu două acționări. Trebuie să utilizați un contor obișnuit pentru a evita greșelile. Șase motoare cu sârmă sunt diferite putere maxima... Aceasta înseamnă că fiecare înfășurare este însoțită de două fire și un singur robinet central. Astfel de dispozitive permit două tipuri de conexiuni:

1. Cu dispozitive bipolare.
2. Cu modele unipolare.

Dispozitivele de măsurare sunt, de asemenea, utilizate pentru a separa firele. Dispozitivele unipolare presupun că sunt utilizate toate cele șase fire. În cazul bipolarului, puteți lua o singură priză centrală, împreună cu fire, câte o înfășurare.

Ce altceva să iei în considerare?

Un fir obișnuit se numește o atingere centrală. De asemenea, utilizează denumirile „central”, „mijlociu”. Unele modele de motoare pas cu pas sunt echipate cu dispozitive similare. Fiecare înfășurare vine cu trei fire când vine vorba de versiunile unipolare. Doi dintre ei organizează conexiunea la tranzistoare. Robinetul central sau mijlocul merge direct la sursa de alimentare sau la tensiune.

Cele două fire laterale pot fi ignorate în totalitate dacă nu se intenționează utilizarea tranzistoarelor.

Modelele cu cinci și șase fire sunt foarte asemănătoare. Dar în interior, firele centrale sunt aduse într-un singur cablu comun, împreună cu restul componentelor. Înfășurările nu pot fi conectate între ele dacă nu există pauze. Cel mai bine este să conectați firul de mijloc la alți conductori. Atunci nu va mai fi nevoie să vă faceți griji cu privire la eficacitatea și siguranța dispozitivului. Trebuie doar să luați piesele potrivite.

Concluzie

Ridica model potrivit motorul pentru mașină va fi mai ușor dacă studiați în avans principalele caracteristici, precum și ofertele de pe piața relevantă. Principalul lucru este să contactați furnizorii care sunt de încredere. Cea mai mică căsătorie și eroare vor duce la eșecul pieselor foarte scumpe.

Orice dezvoltare începe cu selectarea componentelor. La dezvoltarea mașinii CNC este foarte important să alegi corectul motor pas cu pas... Dacă aveți bani pentru a cumpăra motoare noi, atunci trebuie să determinați tensiunea de funcționare și puterea motorului. M-am cumpărat pentru o secundă Mașină CNC motoarele pas cu pas sunt după cum urmează: Nema17 1,7 A.

Dacă nu aveți suficienți bani sau pur și simplu încercați mâna în această zonă. Atunci cel mai probabil îl veți folosi motor de la imprimante... Aceasta este cea mai ieftină opțiune. Dar aici vă veți confrunta cu o serie de probleme. Motorul poate avea 4, 5, 6, 8 - fire pentru conectare. Cum să le conectați la drivere L298nși .

Să ne uităm la el în ordine. Ce fel de motor pas cu pas există. Dacă vedeți un număr par de ace, acesta este motor pas cu pas bipolar... Locația înfășurării pentru acest motor este următoarea.

Dacă motorul are 5 pini, este motor pas cu pas unipolar... Așa arată diagrama lui.

Al nostru driverele sunt proiectate pentru un motor cu 4 pini... Cum să fii? Cum să le conectați?

Motoarele pas cu pas cu 6 pini sunt conectate la driver în două moduri:

În acest caz, motorul pas cu pas are un cuplu de 1,4 ori mai mare. Cuplul este mai stabil la frecvențe joase.

Cu acest tip de conexiune, este necesar să reduceți curentul furnizat înfășurărilor motorului de √2 ori. De exemplu, dacă curentul nominal de funcționare al motorului este de 2 A, atunci când înfășurările sunt conectate în serie, curentul necesar este de 1,4 A, adică de 1,4 ori mai mic.

Acest lucru poate fi ușor de înțeles din următoarele raționamente.

Curentul nominal de funcționare indicat în catalog este calculat pentru rezistența unei înfășurări (R - exact ceea ce este dat în catalog). Când înfășurările sunt conectate în serie, rezistența înfășurării combinate se dublează (2R).

Consum de energie motor pas cu pas - I * 2 * R

Când înfășurările sunt activate în serie, consumul de energie devine pictogramă. * 2 * 2 * R

Consumul de energie nu depinde de tipul de conexiune, prin urmare I * 2 * R = Ipos. * 2 * 2 * R, de unde

Ipos. = I / √2, adică

Iconv. = 0,707 * I.

Deoarece cuplul motorului este direct proporțional cu magnitudinea câmpului magnetic creat de înfășurările statorului, acesta crește odată cu creșterea numărului de rotații de înfășurare și scade cu o scădere a curentului trecut prin înfășurări. Dar, din moment ce curentul a scăzut de √2 ori, iar numărul de rotații înfășurate a crescut de 2 ori, cuplul va crește de √2 ori.

Tlast. = 1,4 * T.

În al doilea caz, cuplul este mai stabil la frecvențe înalte. Parametrii motorului pas cu pas cu această conexiune corespund celor declarați în foaie tehnică, (cuplu, curent), cuplul este mai stabil la frecvențe înalte.

Motorul pas cu pas unipolar poate fi reproiectat.

Pentru a face acest lucru, trebuie să dezasamblați motorul pas cu pas și să tăiați firul care leagă centrul înfășurărilor. Iar la conectare, firul comun nu trebuie conectat nicăieri.

Ca rezultat, obținem un motor bipolar cu 4 conductoare.

Motoarele pas cu 8 pini pot fi conectate în trei moduri.

Conexiunea A - shagovik funcționează cu caracteristicile indicate în descriere (cuplu, curent), cuplul este mai stabil la frecvențe înalte.

Conexiunea B - cuplu de 1,4 ori, cuplul este mai stabil la frecvențe joase (față de A).

Conexiunea C - cuplu de 1,96 ori, cuplul este mai stabil la frecvențe înalte (față de A).

Așa că am rezolvat problema conectării motoarelor pas cu pas. Dar nu toate motoarele noastre vor funcționa. Mai trebuie să definesc tensiunea de funcționare motoare. Cel mai corect mod este de a găsi fișa cu date.Deci totulOpțiuniexistă. Dar nuNStoate motoarele de la imprimantă pot fi găsitefișa cu date.În astfel de cazuri, folosesc acest tabel. .

Nu știu cât de corect este acest tabel, dar totul converge pentru mine și funcționează așa cum ar trebui.

Aleg motorul astfel încât tensiunea de funcționare să fie mai mică sau egală cu tensiunea sursei de alimentare. Pentru motoarele cu tensiuni mai mici, curentul trebuie setat mai mic.

Ton va fi în articolul următor. Nudomnișoară!

Abonați-vă la canalul meu pe Youtubeși să vă alăturați grupurilor în

Atunci când selectați un motor pas cu pas pentru CNC, este necesar să vă bazați pe scopul planificat al mașinii și caracteristici tehnice... Mai jos sunt criteriile de selecție, clasificarea celor mai multe motoare populareși exemple de calcul.

Cum se alege un motor pas cu pas pentru CNC: criterii

1. Inductanţă. Calculați rădăcina pătrată a inductanței înfășurării și înmulțiți-o cu 32. Această valoare trebuie comparată cu tensiunea de alimentare a șoferului. Diferențele dintre aceste numere nu ar trebui să fie foarte diferite. Dacă tensiunea de alimentare este cu 30% sau mai mare decât valoarea obținută, atunci motorul se va încălzi și va face zgomot. Dacă este mai mic, cuplul va scădea prea repede cu viteza. O mai mare inductanță va oferi potențial de cuplu mai mare. Cu toate acestea, acest lucru va necesita un șofer cu o tensiune de alimentare mai mare.
2. Grafic cuplu versus viteză. Vă permite să determinați dacă motorul selectat îndeplinește condițiile din termenii de referință.
3. Parametrii geometrici. Lungimea motorului, flanșa și diametrul arborelui sunt importante.

Sfat: ar trebui să acordați atenție și rezistenței ohmice a fazelor, curentului nominal din fază, momentul de inerție al rotorului, cuplul maxim de sincronizare statică.

tipul motorului

Un criteriu important este tipul de motor pas cu pas pentru o mașină CNC. Modelele bipolare, unipolare și trifazate sunt utilizate pe scară largă. Fiecare dintre ele are propriile sale caracteristici:

• cele bipolare sunt cele mai des utilizate pentru CNC datorită selectării simple a unui nou driver atunci când cel vechi eșuează, rezistivitate ridicată la viteze mici;
• trifazic diferă mai multa viteza decât bipolar de aceeași dimensiune. Potrivit pentru aplicații în care este necesară o viteză de rotație mare;
• unipolare sunt mai multe tipuri de motoare bipolare, în funcție de conexiunea înfășurărilor.

Sfat: O altă modalitate de a selecta un motor este de a analiza mașinile-unelte finite de pe piață, care au dimensiuni apropiate și alte caracteristici față de cel dezvoltat.

Exemple de calcul de motoare pas cu pas pentru CNC

Determinați forțele care acționează în sistem

Este necesar să se determine forța de frecare în ghidaje, care depinde de materialele utilizate. De exemplu, coeficientul de frecare este de 0,2, greutatea piesei este de 300 kgf, greutatea mesei este de 100 kgf, accelerația necesară este de 2 m / s 2 și forța de tăiere este de 3000 N.

1. Pentru a calcula forța de frecare, trebuie să înmulțiți coeficientul de frecare cu greutatea sistemului în mișcare. De exemplu: 0,2 x 9,81 (100 kgf + 300 kgf). Se pare că 785 N.
2. Pentru a calcula forța de inerție, trebuie să înmulțiți masa tabelului cu partea cu accelerația necesară. De exemplu: 400 x 2 = 800 N.
3. A calcula forță deplină rezistența trebuie să adune forțele de frecare, inerție și tăiere. De exemplu: 785 + 800 + 3000. Rezultă 4585 N.

Referinţă: forța de rezistență ar trebui dezvoltată de unitatea de masă de pe piulița cu bilă unelte cu șurub.

Calculăm puterea

Formulele de mai jos sunt prezentate fără a lua în considerare inerția arborelui motorului pas cu pas și a altor mecanisme rotative. Prin urmare, pentru o precizie mai mare, se recomandă creșterea sau scăderea cerinței de accelerație cu 10%.

Pentru a calcula puterea unui motor pas cu pas, utilizați formula F = ma, unde:

• F este forța în newtoni necesară pentru a pune corpul în mișcare;
• m este greutatea corporală în kg;
• a este accelerația necesară m / s 2.

Pentru determinare puterea mecanică este necesar să se înmulțească forța rezistenței la mișcare cu viteza.

Calculăm reducerea rotațiilor

Determinat pe baza vitezei nominale a servo și viteza maxima mutând masa. De exemplu, viteza de deplasare este de 1.000 mm / min, iar pasul șurubului cu bile este de 10 mm. Apoi viteza de rotație a șurubului cu bile ar trebui să fie (1000/10) 100 rpm.

Respectați viteza nominală a actuatorului pentru a calcula raportul de reducere. De exemplu, acestea sunt de 5.000 rpm. Atunci reducerea va fi egală cu (5000/100) 50.

În mașinile-unelte, se folosesc deseori motoare pas cu pas de tip inductor fabricate în URSS. Vorbim despre modelele DSHI-200-2 și DSHI-200-3. Au următoarele caracteristici: