Schrittmotor wird auch als Schrittmotor oder Schrittmotor bezeichnet. Es rückt jedes Mal um einen bestimmten Winkel vor, wenn der Anregungszustand gemäß dem Eingangsimpulssignal geändert wird, und bleibt an einer festen Position, wenn der Anregungszustand unverändert bleibt. Somit kann der Schrittmotor das Eingangsimpulssignal in die entsprechende Winkelverschiebung zur Ausgabe umwandeln. Durch Steuern der Anzahl von Eingangsimpulsen kann die Winkelverschiebung des Ausgangs genau bestimmt werden, um die Funktion des Positionierens zu erreichen; und durch Steuern der Frequenz der Eingangsimpulse kann die Winkelgeschwindigkeit des Ausgangs genau gesteuert werden, um den Zweck der Geschwindigkeitsregulierung zu erreichen. Daher können Schrittmotoren in Betracht gezogen werden, wenn eine genaue Positionierung oder Geschwindigkeitssteuerung erforderlich ist.
1.1 Klassifizierung von Schrittmotoren
Es gibt drei Arten von Schrittmotoren: Reaktiv (VR-Typ), Permanentmagnet (PM-Typ) und Hybrid (HB-Typ).
Das Permanentmagnet-Schritten ist im Allgemeinen zweiphasig, das Drehmoment und das Volumen sind klein und der Schrittwinkel beträgt im Allgemeinen 7,5 Grad oder 15 Grad, was hauptsächlich in kostengünstigen Konsumgütern verwendet wird.
Das reaktive Steppen ist im Allgemeinen dreiphasig, was eine große Drehmomentabgabe erreichen kann. Der Schrittwinkel beträgt im Allgemeinen 1,5 Grad, aber die Geräusche und Vibrationen sind sehr groß. Es wurde in den 1980er Jahren in entwickelten Ländern wie Europa und den Vereinigten Staaten eliminiert.
Hybrid Stepping bezieht sich auf das Mischen der Vorteile von Permanentmagneten und reaktiven Magneten. Es wird in zweiphasig, dreiphasig und fünfphasig unterteilt. Der Zweiphasen-Schrittwinkel beträgt im Allgemeinen 1,8 Grad, und der Dreiphasen-Schrittwinkel beträgt 0,9 Grad. Der Fünf-Phasen-Schrittwinkel beträgt im Allgemeinen 0,72 Grad. Der Hybrid-Schrittmotor vereint die Vorteile der ersten beiden Arten von Schrittmotoren. Gegenwärtig sind die Schrittmotoren, die in der Haushaltsgeräte-Herstellungsindustrie verwendet werden, grundsätzlich Hybrid-Schrittmotoren.
Daher werden die nachfolgend beschriebenen Schrittmotoren alle als "Hybrid-Schrittmotoren" bezeichnet.
1.2 Aufbau des Schrittmotors
Der Schrittmotor besteht aus einem Rotor (Rotorkern, Permanentmagnet, rotierende Welle, Kugellager), einem Stator (Wicklung, Statorkern), vorderer und hinterer Abdeckung usw. Der typischste Zweiphasen-Hybrid-Schrittmotor hat 8 große Zähne , 40 kleine Zähne im Stator und 50 kleine Zähne im Rotor; Der Stator des Drehstrommotors hat 9 große Zähne, 45 kleine Zähne und der Rotor hat 50 kleine Zähne. Zahn.
Abbildung 1 Schematische Darstellung der Zusammensetzung des Schrittmotors
1.3 Schrittmotor-Steuerungsprinzip
Der Schrittmotor kann nicht direkt an die Stromversorgung angeschlossen werden, um zu arbeiten, und er kann auch keine elektrischen Impulssignale direkt empfangen. Es muss über eine spezielle Schnittstelle – den Schrittmotortreiber – mit der Stromversorgung und dem Controller interagieren. Der Schrittmotortreiber (siehe Abbildung 2) besteht im Allgemeinen aus einem Ringverteiler und einer Leistungsverstärkerschaltung. Der Ringverteiler empfängt Steuersignale von der Steuerung. Jedes Mal, wenn ein Impulssignal empfangen wird, wird der Ausgang des Ringverteilers einmal umgewandelt, sodass das Vorhandensein oder Fehlen des Impulssignals und die Frequenz die Geschwindigkeit des Schrittmotors, Beschleunigung oder Verzögerung, Start oder Stopp bestimmen können. Der Ringverteiler muss auch das Richtungssignal der Steuerung überwachen, um zu bestimmen, ob der Übergang seines Ausgangszustands eine positive Sequenz oder eine umgekehrte Sequenz ist, wodurch die Richtung des Schrittmotors bestimmt wird.
Abbildung 2 Steuerschema des Schrittmotors
2 Hauptparameter des Schrittmotors
2.1 Die Rahmennummer umfasst hauptsächlich 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 und so weiter.
2.2 Anzahl der Phasen Die Anzahl der Spulen im Inneren des Schrittmotors. Die Anzahl der Phasen des Schrittmotors umfasst im Allgemeinen zwei Phasen, drei Phasen und fünf Phasen. Der in China verwendete Schrittmotor ist hauptsächlich zweiphasig, und in einigen Anwendungen wird auch dreiphasig verwendet. In Japan werden eher Fünfphasen-Schrittmotoren verwendet.
2.3 Schrittwinkel Entsprechend der Eingabe eines Impulssignals die Winkelverschiebung des Rotors des Motors. Die Formel zur Berechnung des Schrittwinkels des Schrittmotors lautet wie folgt:
In der Formel: - der Schrittwinkel des Schrittmotors; m - die Anzahl der Phasen des Schrittmotors; - die Anzahl der Zähne des Rotors des Schrittmotors.
Gemäß der obigen Berechnungsformel betragen die Schrittwinkel der zweiphasigen, dreiphasigen und fünfphasigen Schrittmotoren 1,8 0, 1,20 bzw. 0,72 Grad.
2.4 Haltemoment (Standmoment) bezeichnet das Drehmoment, bei dem der Stator den Rotor blockiert, wenn die Statorwicklung des Motors mit Nennstrom versorgt wird, der Rotor sich aber nicht dreht. Das Haltemoment ist der wichtigste Parameter des Schrittmotors und die Hauptgrundlage für die Motorauswahl.
2.5 Rastmoment Es bezeichnet das Drehmoment, das erforderlich ist, um den Rotor mit äußerer Kraft zu drehen, wenn der Motor stromlos ist. Dieses Drehmoment ist einer der Leistungsindikatoren des Motors. Je kleiner das Rastmoment ist, desto geringer ist bei sonst gleichen Parametern der „Cogging-Effekt“, was der Standfestigkeit des Motors bei niedriger Drehzahl zugute kommt.
2.6 Drehmoment-Frequenz-Kennlinie Bezieht sich hauptsächlich auf die Ausreißdrehmoment-Frequenz-Kennlinie, das maximale Drehmoment, das der Motor ohne Schrittverlust aushalten kann, wenn der Motor stabil bei einer bestimmten Drehzahl läuft. Die Drehmoment-Frequenz-Kurve wird verwendet, um den Zusammenhang zwischen dem maximalen Drehmoment und der Drehzahl (Frequenz) ohne Schrittverlust zu beschreiben. Die Drehmoment-Frequenz-Kurve ist ein wichtiger Parameter des Schrittmotors und eine der Hauptgrundlagen für die Auswahl des Motors. Moment-Frequenz-Kennlinie (siehe Bild 3).
Abbildung 3 Drehmoment-Frequenz-Kurve des Schrittmotors
2.7 Nennstrom Der Effektivwert des Motorwicklungsstroms, der zur Aufrechterhaltung des Nenndrehmoments erforderlich ist.
Abbildung 4 Schrittmotor-Parametertabelle (Auszug aus dem allgemeinen Katalog der intelligenten Schrittmotorprodukte von Leisai 2021-2022)
3 Auswahlschritte des Schrittmotors
Die Geschwindigkeit des in industriellen Anwendungen verwendeten Schrittmotors beträgt 600 bis 1500, und je höher die Geschwindigkeit, desto besser kann der Schrittmotorantrieb mit geschlossenem Regelkreis in Betracht gezogen werden, oder das Servoantriebsschema ist besser geeignet. Auswahlschritte für Schrittmotoren (siehe Abbildung 5).
Abbildung 5 Auswahlschritte für Schrittmotoren
3.1 Auswahl des Schrittwinkels
Wie in 1.1 erwähnt, gibt es je nach Anzahl der Motorphasen drei Schrittwinkel: 1,8 0 (zweiphasig), 1,20 (dreiphasig) und 0,72 Grad (fünfphasig). Natürlich ist die Fünf-Phasen-Schrittwinkelgenauigkeit am höchsten, aber Motor und Treiber sind teuer, sodass sie in China selten verwendet werden. Darüber hinaus verwenden die aktuellen Mainstream-Stepper-Treiber alle die Subdivision-Drive-Technologie. Unterhalb von 8 Unterteilungen kann die Schrittwinkelgenauigkeit der Unterteilung immer noch garantiert werden, wenn Sie also nur den Schrittwinkelgenauigkeitsindex betrachten, ist der Fünfphasenschritt Der Motor kann durch einen Zweiphasen- oder Dreiphasenschrittmotor ersetzt werden.
Wenn beispielsweise bei einer Spindellastanwendung mit einer Steigung von 5 mm ein Zweiphasen-Schrittmotor verwendet wird und der Treiber auf 8 Unterteilungen eingestellt ist, beträgt die Anzahl der Impulse pro Umdrehung des Motors 200 × 8=1600 , und das Impulsäquivalent ist 5 ÷ 1 600=0 0,00313 mm=3 0,13 , diese Genauigkeit kann die meisten Anwendungsanforderungen erfüllen.
3.2 Auswahl des statischen Drehmoments (Haltemoment)
Übliche Lastübertragungsmechanismen sind Synchronriemen, Gewindestangen, Zahnstangen und Ritzel usw. Berechnen Sie zunächst die Maschinenlast (hauptsächlich Beschleunigungsmoment plus Reibmoment) und wandeln Sie sie in das erforderliche Lastmoment an der Motorwelle um. Dann wird entsprechend der vom Motor geforderten maximalen Laufgeschwindigkeit ein Schrittmotor mit geeignetem Haltemoment für die folgenden zwei unterschiedlichen Anwendungsfälle ausgewählt:
(1) Für die Anwendung der erforderlichen Motordrehzahl unter 300: Wird die Maschinenlast in das erforderliche Lastmoment an der Motorwelle umgerechnet, dann wird das Lastmoment mit einem Sicherheitsfaktor SF (im Allgemeinen 1,5 ~ 2,0), also das erforderliche Haltemoment des Schrittmotors.
(2) Für Anwendungen, bei denen die erforderliche Motordrehzahl mehr als 300 beträgt: Stellen Sie die maximale Drehzahl ein, wenn die Maschinenlast in das erforderliche Lastmoment an der Motorwelle umgerechnet wird, dann wird das Lastmoment mit dem Sicherheitsfaktor SF multipliziert (im Allgemeinen 2,5 ~ 3,5 ) um das Haltemoment zu erhalten. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird zunächst ein geeignetes Modell ausgewählt. Überprüfen und vergleichen Sie dann die Drehmoment-Frequenz-Kurve: Verwenden Sie auf der Drehmoment-Frequenz-Kurve die erforderliche maximale Drehzahl, um festzustellen, dass das maximale Drehmoment, das der maximalen Drehzahl entspricht, 20 Prozent oder mehr beträgt. Andernfalls ist es erforderlich, einen Motor mit einem größeren Haltemoment erneut auszuwählen und gemäß der Drehmoment-Frequenz-Kurve des neu ausgewählten Motors erneut zu prüfen und zu vergleichen.
3.3 Auswahl der Baugröße des Motors
Je größer der Motorrahmen, desto größer ist sein Haltemoment. Gängige Baugrößen und Haltemomentbereiche von Schrittmotoren (siehe Abbildung 6).
Bild 6 Gängige Baugrößen von Schrittmotoren und deren Haltemomente
Wählen Sie entsprechend dem in Schritt (2) berechneten Haltemoment die passende Baugröße und die spezifischen Spezifikationen des entsprechenden Motors aus Bild 4.
3.4 Wählen Sie den passenden Schritttreiber nach Nennstrom aus
Wenn beispielsweise der Nennstrom eines Motors 57CM23 5 A beträgt, muss der maximal zulässige Strom des von Ihnen gewählten Treibers mehr als 5 A betragen (bitte beachten Sie, dass es sich um den Effektivwert und nicht um den Spitzenwert handelt), andernfalls, wenn Sie a Treiber mit einem maximalen Strom von nur 3A, dann kann das maximale Ausgangsdrehmoment des Motors nur etwa 60 Prozent betragen!
