ในฐานะตัวกระตุ้นมอเตอร์สเต็ปเปอร์เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์หลักของเมคคาทรอนิกส์ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบควบคุมอัตโนมัติต่างๆ ด้วยการพัฒนาของไมโครอิเล็กทรอนิกส์และเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ ความต้องการสเต็ปเปอร์มอเตอร์จึงเพิ่มขึ้นทุกวัน และถูกนำไปใช้ในสาขาเศรษฐกิจต่างๆ ของประเทศ
01 คืออะไรมอเตอร์สเต็ปเปอร์
มอเตอร์สเต็ปเปอร์เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าเครื่องกลที่แปลงพัลส์ไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่เชิงกลโดยตรง ด้วยการควบคุมลำดับ ความถี่ และจำนวนพัลส์ไฟฟ้าที่ส่งไปยังขดลวดมอเตอร์ สามารถควบคุมการบังคับเลี้ยว ความเร็ว และมุมหมุนของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ได้ โดยไม่ต้องใช้ระบบควบคุมป้อนกลับแบบวงปิดที่มีการตรวจจับตำแหน่ง สามารถควบคุมตำแหน่งและความเร็วได้อย่างแม่นยำด้วยระบบควบคุมวงเปิดที่เรียบง่ายและราคาประหยัด ซึ่งประกอบด้วยมอเตอร์สเต็ปเปอร์และไดรเวอร์ที่เกี่ยวข้อง
02 มอเตอร์สเต็ปเปอร์โครงสร้างพื้นฐานและหลักการทำงาน
โครงสร้างพื้นฐาน：
หลักการทำงาน: ไดรเวอร์มอเตอร์สเต็ปเปอร์ตามพัลส์ควบคุมภายนอกและสัญญาณทิศทาง ผ่านวงจรลอจิกภายใน ควบคุมขดลวดมอเตอร์สเต็ปเปอร์ในลำดับเวลาที่กำหนด ขับเคลื่อนไปข้างหน้าหรือข้างหลัง เพื่อให้มอเตอร์หมุนไปข้างหน้า/ถอยหลังหรือล็อค
ยกตัวอย่างเช่นมอเตอร์สเต็ปเปอร์สองเฟส 1.8 องศา เมื่อขดลวดทั้งสองถูกจ่ายพลังงานและถูกกระตุ้น เพลาส่งออกของมอเตอร์จะอยู่กับที่และล็อกตำแหน่ง แรงบิดสูงสุดที่จะทำให้มอเตอร์ล็อกอยู่ที่กระแสไฟฟ้าที่กำหนดคือแรงบิดยึด หากกระแสในขดลวดใดขดลวดหนึ่งถูกเปลี่ยนทิศทาง มอเตอร์จะหมุนหนึ่งสเต็ป (1.8 องศา) ในทิศทางที่กำหนด
ในทำนองเดียวกัน หากกระแสในขดลวดอีกข้างเปลี่ยนทิศทาง มอเตอร์จะหมุนหนึ่งสเต็ป (1.8 องศา) ในทิศทางตรงกันข้ามกับขดลวดเดิม เมื่อกระแสผ่านขดลวดถูกเปลี่ยนทิศทางไปยังจุดกระตุ้นตามลำดับ มอเตอร์จะหมุนสเต็ปอย่างต่อเนื่องในทิศทางที่กำหนดด้วยความแม่นยำสูงมาก สำหรับมอเตอร์สเต็ปเปอร์สองเฟสที่ 1.8 องศา การหมุนหนึ่งสัปดาห์จะใช้เวลา 200 สเต็ป
มอเตอร์สเต็ปเปอร์แบบสองเฟสมีขดลวดสองประเภท ได้แก่ ไบโพลาร์และยูนิโพลาร์ มอเตอร์ไบโพลาร์มีขดลวดเพียงขดลวดเดียวต่อเฟส มอเตอร์สามารถหมุนกระแสในขดลวดเดียวกันอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับการกระตุ้นแบบต่อเนื่องได้ การออกแบบวงจรขับเคลื่อนต้องใช้สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์แปดตัวสำหรับการสลับแบบต่อเนื่อง
มอเตอร์แบบยูนิโพลาร์มีขดลวดสองขดลวดที่มีขั้วตรงข้ามกันในแต่ละเฟส และมอเตอร์
หมุนอย่างต่อเนื่องโดยการจ่ายพลังงานสลับให้กับขดลวดทั้งสองที่อยู่ในเฟสเดียวกัน
วงจรขับเคลื่อนได้รับการออกแบบมาให้ใช้สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์เพียงสี่ตัวเท่านั้น ในไบโพลาร์
โหมดขับเคลื่อน แรงบิดเอาต์พุตของมอเตอร์เพิ่มขึ้นประมาณ 40% เมื่อเทียบกับ
โหมดไดรฟ์แบบยูนิโพลาร์ เนื่องจากขดลวดของแต่ละเฟสได้รับการกระตุ้น 100%
03, โหลดมอเตอร์สเต็ปเปอร์
ก. ภาระโมเมนต์ (Tf)
Tf = G * r
G: น้ำหนักบรรทุก
r: รัศมี
B. ภาระความเฉื่อย (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (กก. * ซม.)
M: มวลโหลด
R1: รัศมีของวงแหวนด้านนอก
R2: รัศมีของวงแหวนด้านใน
dω/dt: ความเร่งเชิงมุม
04 กราฟความเร็ว-แรงบิดของมอเตอร์สเต็ปเปอร์
กราฟความเร็ว-แรงบิดเป็นการแสดงออกที่สำคัญของลักษณะเอาต์พุตของสเต็ปเปอร์
มอเตอร์
ก. จุดความถี่การทำงานของมอเตอร์สเต็ปเปอร์
ค่าความเร็วของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่จุดใดจุดหนึ่ง
n = q * เฮิรตซ์ / (360 * ดี)
n: รอบ/วินาที
Hz: ค่าความถี่
D: ค่าการสอดแทรกวงจรไดรฟ์
ถาม: มุมสเต็ปเปอร์มอเตอร์
ตัวอย่างเช่น มอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่มีมุมพิทช์ 1.8° พร้อมไดรฟ์อินเทอร์โพเลชั่น 1/2(กล่าวคือ 0.9° ต่อขั้น) มีความเร็ว 1.25 r/s ที่ความถี่ในการทำงาน 500 Hz
B. พื้นที่สตาร์ทมอเตอร์สเต็ปเปอร์อัตโนมัติ
พื้นที่ที่สามารถเริ่มและหยุดมอเตอร์สเต็ปเปอร์ได้โดยตรง
C. พื้นที่การทำงานต่อเนื่อง
ในพื้นที่นี้ มอเตอร์สเต็ปเปอร์ไม่สามารถสตาร์ทหรือหยุดได้โดยตรง มอเตอร์สเต็ปเปอร์ในพื้นที่นี้จะต้องผ่านพื้นที่เริ่มต้นด้วยตนเองก่อนแล้วจึงเร่งความเร็วเพื่อไปถึงพื้นที่ปฏิบัติการ ในทำนองเดียวกัน มอเตอร์สเต็ปเปอร์ในพื้นที่นี้ไม่สามารถเบรกได้โดยตรงมิฉะนั้นอาจทำให้มอเตอร์สเต็ปเปอร์ทำงานไม่ตรงจังหวะได้ง่าย ต้องลดความเร็วลงก่อนบริเวณสตาร์ทเองแล้วเบรก
D. ความถี่เริ่มต้นสูงสุดของมอเตอร์สเต็ปเปอร์
มอเตอร์ไม่มีโหลด เพื่อให้แน่ใจว่ามอเตอร์สเต็ปเปอร์ไม่สูญเสียการทำงานแบบสเต็ปของความถี่พัลส์สูงสุด
E. ความถี่การทำงานสูงสุดของมอเตอร์สเต็ปเปอร์
ความถี่พัลส์สูงสุดที่มอเตอร์จะถูกกระตุ้นให้ทำงานโดยไม่สูญเสียขั้นตอนไม่มีภาระใดๆ
F. แรงบิดเริ่มต้นของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ / แรงบิดดึงเข้า
เพื่อให้มอเตอร์สเต็ปเปอร์ทำงานตามความถี่พัลส์ที่กำหนดเพื่อเริ่มต้นและเริ่มทำงานโดยไม่ต้องการสูญเสียขั้นตอนของแรงบิดโหลดสูงสุด
G. แรงบิดในการทำงานของมอเตอร์สเต็ปเปอร์/แรงบิดดึงเข้า
แรงบิดโหลดสูงสุดที่ตอบสนองการทำงานที่เสถียรของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ที่ความถี่พัลส์ที่แน่นอนโดยไม่สูญเสียขั้นตอน
05 การควบคุมการเคลื่อนที่แบบเร่ง/ลดความเร็วของมอเตอร์สเต็ปเปอร์
เมื่อจุดความถี่การทำงานของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ในเส้นโค้งความเร็ว-แรงบิดของความต่อเนื่องบริเวณปฏิบัติการ วิธีทำให้มอเตอร์สั้นลงเมื่อเริ่มหรือหยุดการเร่งหรือลดความเร็วเวลาเพื่อให้มอเตอร์ทำงานได้นานขึ้นในสภาวะความเร็วที่ดีที่สุด จึงทำให้เพิ่มระยะเวลาการทำงานที่มีประสิทธิภาพของมอเตอร์ถือเป็นสิ่งสำคัญมาก
ตามที่แสดงในรูปด้านล่าง เส้นโค้งลักษณะแรงบิดแบบไดนามิกของมอเตอร์สเต็ปเปอร์คือเส้นตรงแนวนอนที่ความเร็วต่ำ ที่ความเร็วสูงเส้นโค้งจะลดลงแบบเลขชี้กำลังเนื่องจากอิทธิพลของความเหนี่ยวนำ
เรารู้ว่าโหลดมอเตอร์สเต็ปเปอร์คือ TL สมมติว่าเราต้องการเร่งความเร็วจาก F0 ไป F1เวลาที่สั้นที่สุด (tr) คำนวณเวลาที่สั้นที่สุด tr ได้อย่างไร?
(1) โดยปกติ TJ = 70% Tm
(2) tr = 1.8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * เสื้อ/tr + F0, 0
ข. ความเร่งแบบเลขชี้กำลังในสภาวะความเร็วสูง
(1) ปกติ
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * ใน [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]
(3)
F (t) = F2 * [1 - อี^(-t/F4)] + F0, 0
F2 = (TL-TJ 0) * (F1-F0)/TJ 1-TJ 0)
F4 = 1.8 * 10-5 * เจ * คิว * F2/(TJ 0-TL)
หมายเหตุ.
J หมายถึงความเฉื่อยของการหมุนของโรเตอร์มอเตอร์ภายใต้ภาระ
q คือมุมการหมุนของแต่ละสเต็ป ซึ่งเป็นมุมสเต็ปของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ใน
กรณีของไดรฟ์ทั้งหมด
ในการดำเนินการลดความเร็ว เพียงแค่ย้อนกลับความถี่พัลส์เร่งความเร็วข้างต้นก็สามารถทำได้
คำนวณแล้ว
06 การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนของมอเตอร์สเต็ปเปอร์
โดยทั่วไปแล้วมอเตอร์สเต็ปเปอร์ในการทำงานแบบไม่มีโหลด เมื่อความถี่การทำงานของมอเตอร์ใกล้เคียงหรือเท่ากับความถี่โดยธรรมชาติของโรเตอร์มอเตอร์จะเกิดการสั่นพ้องอย่างรุนแรงเกิดขึ้นอย่างผิดปกติ
วิธีแก้ปัญหาการสั่นพ้องมีหลายวิธี:
ก. หลีกเลี่ยงโซนการสั่นสะเทือน: เพื่อให้ความถี่ในการทำงานของมอเตอร์ไม่ตกอยู่ภายในช่วงการสั่นสะเทือน
B. ใช้โหมดไดรฟ์แบบแบ่งย่อย: ใช้โหมดไดรฟ์แบบไมโครสเต็ปเพื่อลดการสั่นสะเทือนโดย
การแบ่งขั้นตอนเดิมออกเป็นหลายขั้นตอนเพื่อเพิ่มความละเอียดของแต่ละขั้นตอน
ขั้นตอนมอเตอร์ สามารถทำได้โดยการปรับอัตราส่วนเฟสต่อกระแสของมอเตอร์
ไมโครสเต็ปปิ้งไม่ได้เพิ่มความแม่นยำของมุมสเต็ป แต่ทำให้มอเตอร์ทำงานมากขึ้น
ราบรื่นและมีเสียงรบกวนน้อยลง โดยทั่วไปแรงบิดจะลดลง 15% สำหรับการทำงานแบบครึ่งขั้น
เมื่อเทียบกับการทำงานแบบขั้นตอนเต็มขั้น และลดลง 30% สำหรับการควบคุมกระแสคลื่นไซน์
เวลาโพสต์: 9 พ.ย. 2565