Stepper моторын жолооч хэрхэн ажилладаг вэ

Орчин үеийн хөдөлгөөнийг хянах системүүд нь туйлын нарийвчлал, найдвартай хүчийг шаарддаг. Стандарт микроконтроллер ба программчлагдах логик хянагч (PLC) нь техник хангамжийн чухал хязгаарлалтыг хуваалцдаг. Тэд шаталсан моторын ороомогуудыг эрчим хүчээр хангахад шаардлагатай өндөр гүйдэл, асар их хүчдэлийг шууд хангаж чадахгүй. Энэхүү хэт их эрчим хүчний зөрүүг арилгахын тулд танд тусгай зуучлагч бүрэлдэхүүн хэрэгтэй.

-г оруулна уу моторын жолооч . Энэхүү амин чухал төхөөрөмж нь бага энергитэй логик дохиог цаг хугацаатай, өндөр чадлын гаралт болгон хувиргадаг. Үүнгүйгээр таны мотор зүгээр л эргэхгүй, байр сууриа барихгүй. Өнөөдөр бид эдгээр дотоод цахилгаан механикийг ойлгоход бүх анхаарлаа хандуулж байна.

Эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүд хэрхэн ажилладагийг мэдэх нь зөв техник хангамжийг тодорхойлоход маш чухал юм. Та өндөр хурдтай үед гэнэтийн эргэлтийн алдагдлаас хэрхэн сэргийлэх талаар суралцах болно. Бид мөн дунд зурвасын резонанс эсвэл хэт их дулааны хэт ачааллаас үүдэлтэй гамшгийн системийн эвдрэлээс хэрхэн зайлсхийх талаар судлах болно. Эдгээр чухал үйлдвэрлэлийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг удирддаг инженерийн үндсэн зарчмуудыг авч үзье.

Гол арга хэмжээ

• Stepper моторын драйвер нь бага хүчдэлийн алхам ба чиглэлийн логик дохион дээр үндэслэн өндөр гүйдлийн импульсийг моторын фазуудад дараалуулж ажилладаг.

• Орчин үеийн үйлдвэрлэлийн хэрэглээ нь өндөр хурдны эргүүлэх моментийн хуучин тогтмол хүчдэлийн хөтчүүдээс илүү тогтмол гүйдэлтэй (хоппер) хөтчүүд дээр тулгуурладаг.

• Microstepping нь резонансыг бууруулж, хөдөлгөөний жигд байдлыг сайжруулахын тулд пропорциональ фазын гүйдлийг ашигладаг боловч эргүүлэх моментийн алдагдлыг нарийн тооцоолох шаардлагатай байдаг.

• Зөв үнэлгээ хийхийн тулд моторын драйверын тасралтгүй гүйдлийн үзүүлэлт, дулааны ялгаруулах чадвар, хяналтын интерфейсийг яг хэрэглээний орчинд тохируулах шаардлагатай.

Үндсэн механизм: Логикийг хөдөлгөөнд хөрвүүлэх

Хөдөлгөөний удирдлагыг ойлгохын тулд та дохионы урсгалыг зураглах ёстой. Механик ачааллыг аюулгүй зөөхөд системүүд хатуу шатлалд тулгуурладаг. Архитектур нь шийдвэр гаргах логикийг хүнд хүч дамжуулахаас тусгаарладаг.

Энд дохионы гинжин хэлхээний стандарт урсгал байна.

1. Хянагч (тархи): Програмчлагдсан хөдөлгөөний профайл дээр үндэслэн бага хүчдэлийн логик импульс үүсгэдэг.

2. Жолооч (булчин): Логик дохиог уншиж, зохих ёсоор өндөр хүчдэлийн хүчийг шилжүүлдэг.

3. Хөдөлгүүр (хөдөлгүүр): цахилгаан соронзон хүчийг үүсгэхийн тулд ороомогт хүнд гүйдэл хүлээн авдаг.

Удирдагч нь түүнтэй ярьдаг мотор драйвер . стандарт интерфэйс ашиглан Хамгийн түгээмэл протокол нь Алхам ба Чиглэл (Step/Dir) дохион дээр тулгуурладаг. 'Алхам' зүү нь цагийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ зүү нь өсөн нэмэгдэж буй ирмэгийн импульс хүлээн авах бүрт драйвер нь фазын шилжилтийг өдөөдөг. Нэг импульс нь нэг хөдөлгүүрийн алхамтай тэнцэнэ.

'Dir' зүү нь дарааллын дарааллыг зааж өгдөг. Өндөр дохио нь цагийн зүүний дагуу (CW) эргэхийг зааж өгч болно. Бага дохио нь цагийн зүүний эсрэг (CCW) эргэлтийн дарааллыг өөрчилдөг. Алхам импульсийн давтамж нь таны моторын хурдыг тодорхойлдог.

Жолооч дотор H-гүүр гэж нэрлэгддэг хэлхээ нь хүнд ачаа өргөх ажлыг гүйцэтгэдэг. Хоёр туйлт stepper мотор нь хоёр өөр ороомгийн ороомогтой. Эдгээр ороомогуудыг эрчим хүчээр хангах нь цахилгаан соронзон үүсгэдэг. H-гүүр нь нэг ороомгийн эргэн тойронд 'H' тохиргоонд байрлуулсан дөрвөн электрон унтраалга, ихэвчлэн MOSFET-ээс бүрдэнэ.

Эдгээр транзисторуудын тодорхой хосуудыг нээж, хааснаар драйвер нь гүйдлийн урсгалын яг чиглэлийг хянадаг. Гүйдлийн урсгалыг өөрчлөх нь статорын шүдний соронзон туйлшралыг өөрчилдөг. Олон ороомог дээрх эдгээр туйлшралыг эргүүлэх дараалал нь роторыг тэгшлээд урагшлахад хүргэдэг. Нарийвчлалтай шилжих нь орчин үеийн жолооч бүрийн үндсэн үйл ажиллагааг тодорхойлдог.

Мотор драйверын үндсэн архитектурууд (Шийдлийн ангилал)

Хөдөлгүүрийн ороомог руу гүйдэл шахах арга нь гүйцэтгэлд ихээхэн нөлөөлдөг. Инженерүүд хөтчүүдийг цахилгаан дамжуулах аргад үндэслэн хоёр өөр архитектурт ангилдаг.

Тогтмол хүчдэлийн (L/R) хөтчүүд

Хуучин системүүд нь ихэвчлэн тогтмол хүчдэлийн хөтчүүдийг ашигладаг. Эдгээр хэлхээнүүд нь цахилгаан тэжээлийн тогтмол хүчдэлийг моторын ороомог дээр шууд хэрэглэдэг. Тэд хамгийн их тасралтгүй гүйдлийг хязгаарлахын тулд моторын дотоод эсэргүүцэл дээр бүрэн тулгуурладаг.

Хэдийгээр маш энгийн боловч тэд бие махбодийн ноцтой хязгаарлалттай байдаг. Моторын ороомог нь индукцийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Индукц нь цахилгаан гүйдлийн хурдацтай өөрчлөлтийг эсэргүүцдэг. Жолооч ороомог асаахыг оролдох үед гүйдэл аажмаар нэмэгддэг. Бага хурдтай үед энэ нь сайн ажилладаг.

Эргэлтийн өндөр хурдтай үед жолооч үе шатыг хурдан сольдог. Индукцийн улмаас дараагийн фазын шилжилт эхлэхээс өмнө гүйдэл хэзээ ч дээд цэгтээ хүрдэггүй. Үүний үр дүнд өндөр хурдны эргэлтийн момент огцом буурдаг. Инженерүүд орчин үеийн нарийн машин механизмд тогтмол хүчдэлийн хөтчүүдийг ашиглахыг зөвлөдөггүй.

Тогтмол гүйдлийн (хугалагч) хөтчүүд

Орчин үеийн програмууд нь бараг зөвхөн байнгын одоогийн архитектурт тулгуурладаг. Эдгээрийг Chopper хөтчүүд гэж нэрлэдэг. Тогтмол хүчдэл хэрэглэхийн оронд бутлуурын хөтчүүд гаралтыг идэвхтэй хянаж, зохицуулахын тулд импульсийн өргөн модуляцийг (PWM) ашигладаг.

Chopper хөтчүүд нь хөдөлгүүрийн нэрлэсэн хэмжээнээс хамаагүй өндөр тэжээлийн хүчдэл дээр ажилладаг. Энэхүү өндөр хүчдэл нь алхны үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь гүйдлийг индуктив ороомог руу маш хурдан оруулдаг. Драйвер нь дотоод мэдрэхүйн резистор ашиглан нэмэгдэж буй гүйдлийг байнга хянаж байдаг.

Гүйдэл нь урьдчилан тодорхойлсон хязгаарт хүрсэн тохиолдолд драйвер 'цацах' эсвэл цахилгааныг шууд унтраадаг. Гүйдэл нь аяндаа мууддаг тул жолооч цахилгааныг дахин асаана. Энэхүү хурдан шилжих мөчлөг нь тогтмол дундаж гүйдлийг хадгалж байдаг. Индукцийг хурдан даван туулснаар бутлуурын хөтчүүд нь маш их эргэлтийн хурдтай үед ч өндөр эргүүлэх моментыг хадгалж байдаг. Эдгээр нь үйлдвэрлэлийн эцсийн стандартыг илэрхийлдэг.

Microstepping болон гүйцэтгэлийн солилцооны механик

Эрт хөдөлгөөний системүүд нь бүрэн шаттай эсвэл хагас шаттай фазын шилжилт дээр тулгуурладаг. Гүйдэл бүхэлдээ асаалттай эсвэл бүрэн унтарсан. Энэхүү дижитал арга нь хатуу ширүүн хөдөлгөөнийг бий болгодог. Microstepping нь дижитал системд аналог нарийн чанарыг нэвтрүүлэх замаар үүнийг шийддэг.

Microstepping нь H-гүүр хэрхэн ажиллахыг үндсээр нь өөрчилдөг. Хоёртын шилжүүлгийн оронд драйвер нь пропорциональ фазын гүйдлийг гаргадаг. Энэ нь синус болон косинусын долгионы хэлбэрийг ашиглан хоёр ороомог дахь гүйдлийг зохицуулдаг. Хоёр ороомогыг нэгэн зэрэг тодорхой харьцаагаар хэсэгчлэн эрчимжүүлснээр соронзон хүч тэнцвэрждэг. Энэ нь роторыг физик статорын шүдний хоорондох байрлалыг хадгалах боломжийг олгодог.

Стандарт мотор нэг эргэлт тутамд 200 физик алхам хийдэг. 1/16 микро алхалт ашиглан жолооч нэг эргэлт тутамд 3200 электрон байрлалыг удирддаг.

Энэ технологийн онцлог шинж чанаруудыг үр дүнд нь үнэлье:

• Ашиг тус: Microstepping нь бага хурдтай механик чичиргээг эрс багасгадаг. Энэ нь ихэвчлэн 100-200 RPM-д ажиглагддаг дунд зурвасын хор хөнөөлтэй резонансыг багасгадаг. Акустик профиль нь илүү зөөлөн болж, бүрэн гишгүүрийн хатуу нунтаглах чимээг арилгадаг.

• Эрсдэл: Олон хүмүүс цахилгааны нарийвчлалыг механик нарийвчлалтай андуурдаг. Илүү өндөр бичил алхам нь яг физик байрлалыг баталгаажуулдаггүй. Цаашилбал, барих моментийн алдагдал их байна. 1/32 микроалхамын хооронд үүссэн нэмэгдэл эргүүлэх момент нь бүтэн алхамын моментийн ердөө 5% орчим байна. Хэрэв динамик үрэлт эсвэл гадны ачаалал энэ өчүүхэн эргүүлэх моментоос хэтэрвэл мотор хөдөлж чадахгүй болно. Энэ нь дараагийн бүтэн туйлын байрлалд шилжих хүртэл микро алхмуудыг алгасах болно.

Моторын жолоочийг тодорхойлох үнэлгээний хэмжээсүүд

Тохиромжтой бүрэлдэхүүн хэсгийг сонгох нь математикийн нарийн үнэлгээг шаарддаг. Та техникийн үзүүлэлтүүдийг таах боломжгүй. Системийн найдвартай байдал нь жолоочийн чадавхийг мотор болон ажиллах орчинтой уялдуулахаас бүрэн хамаарна.

Цахилгааны өндөр зай ба нийцтэй байдал

Та тасралтгүй болон оргил гүйдлийн үнэлгээг хоёуланг нь үнэлэх ёстой. Моторын мэдээллийн хуудас нь фазын гүйдлийг зааж өгдөг. Таны жолоочийн тасралтгүй RMS үнэлгээ нь энэ шаардлагад нийцэх эсвэл аюулгүйгээр давах ёстой. Хүч чадал багатай төхөөрөмжийг сонгох нь аюултай дулааны тохируулгад хүргэдэг.

Нийлүүлэлтийн хүчдэлийн масштаб нь адилхан чухал юм. Өндөр хурдны гүйцэтгэлийг нэмэгдүүлэхийн тулд та хөдөлгүүрийн индукц дээр үндэслэн оновчтой хүчдэлийг тооцоолно. Инженерийн нийтлэг томьёо нь хамгийн их хүчдэлийг 32-ыг миллихенри дахь ороомгийн индукцийн квадрат язгуураар үржүүлж өгдөг. Хөдөлгүүрийн тусгаарлагчийн эвдрэлийн хүчдэлээс хэтрүүлж болохгүй, эс тэгвээс дотоод нум үүсэх, байнгын эвдрэл үүсэх эрсдэлтэй.

Дулааны менежмент ба хамгаалалт

Өндөр гүйдэл нь асар их дулааныг үүсгэдэг. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг үнэлэхдээ RDS(on) гэгддэг H-гүүр MOSFET-ийн дотоод эсэргүүцлийг харна уу. Бага RDS(асаалттай) утга нь сэлгэн залгах үед дулааны улмаас бага эрчим хүч зарцуулагдана гэсэн үг.

Аж үйлдвэрийн найдвартай байдал нь аюулгүй байдлын суурилуулалтыг шаарддаг. Дагаж мөрдөх үндсэн механизмууд нь бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хайлуулахаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд дулааны унтраалтыг багтаадаг. Хөдөлгүүрийн утсанд богино холболт үүссэн тохиолдолд хэт гүйдлийн хамгаалалт (OCP) нь самбарыг хэмнэдэг. Бага хүчдэлийн түгжээ (UVLO) нь эрчим хүчний хангамж гэнэтийн хурдатгалын шаардлагыг хангахын тулд тэмцэж байгаа үед тогтворгүй үйлдлээс сэргийлдэг.

Хяналтын интерфейс ба интеграци

Хэрхэн Мотор драйвер нь системийн нарийн төвөгтэй байдлыг заадаг. Энгийн машинууд нь бие даасан Step/Dir интерфэйсүүдтэй маш сайн ажилладаг. Тэдгээрийг бараг бүх хянагч нийтээр дэмждэг.

Нарийн төвөгтэй автоматжуулсан орчин нь ухаалаг хөтөч шаарддаг. Эдгээр нь SPI, EtherCAT эсвэл CANopen гэх мэт хүчирхэг үйлдвэрлэлийн харилцааны протоколуудыг ашигладаг. Эдгээр сүлжээнүүд нь төв PLC-д ажиллаж байгаа гүйдлийг шууд тохируулах боломжийг олгодог. Тэд мөн бодит цагийн оношлогоо хийж, хэт температурын анхааруулга эсвэл зогсонги байдалд орсон моторын төлөвийг оператор руу нэн даруй мэдээлдэг.

Хэрэгжүүлэх эрсдэл ба системийн алдааг олж засварлах

Бүр буруу суулгасан бол төгс тодорхойлсон техник хангамж амжилтгүй болно. Хэд хэдэн чухал цахилгаан үзэгдлүүд нь буруу удирддаг хөтчүүдийг байнга устгадаг.

Индуктив хүчдэлийн огцом өсөлт нь асар их аюул учруулж байна. Буцах EMF (цахилгаан хөдөлгөгч хүч) гэж нэрлэдэг бөгөөд энэ нь гадны хүчнүүд моторыг гараар эргүүлэхэд тохиолддог. Ээрэх мотор нь генераторын үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь зохицуулалтгүй асар их хүчдэлийг жолоочийн гаралт руу буцааж хаядаг. Энэ нь гаралтын MOSFET-ийг шууд устгадаг. Цахилгаан тэжээл идэвхтэй байх үед моторын утсыг салгах нь ижил төстэй сүйрэлд хүргэдэг. Системүүд нь гадаад нисдэг диодыг агуулсан байх ёстой эсвэл хүнд даацын суурилуулсан түр зуурын хүчдэлийг дарах ёстой.

Дунд зурвасын резонансын удирдлага нь тохиргооны явцад анхаарал шаарддаг. Stepper мотор нь массын булгийн систем шиг ажилладаг. Тодорхой давтамжийн үед алхамын импульс нь системийн байгалийн резонансын давтамжийг өдөөдөг. Мотор нь синхрончлолыг шууд алдаж, хүчтэй зогсдог. Муу тохируулагдсан драйверууд энэ асуудлыг улам хүндрүүлдэг. Та эдгээр асуудалтай хурдны бүсүүдийг аюулгүйгээр туулахын тулд идэвхтэй цахим сааруулагч эсвэл резонансын эсрэг алгоритмаар тоноглогдсон драйверуудыг сонгох ёстой.

Цахилгаан соронзон нийцтэй байдал (EMC) болон газардуулгын асуудал олон барилга байгууламжид тулгардаг. Өндөр давтамжийн PWM цавчих нь хүчтэй цахилгаан дуу чимээ үүсгэдэг. Энэ чимээ нь бага хүчдэлийн алхам/дир логик шугамд амархан холбогдож хянагчийг худал алхмуудыг уншихад хүргэдэг. Та утаснуудын хатуу стандартыг ашигласнаар үүнийг багасгана. Бүх моторын холболтод эрчилсэн хос утсыг ашиглана. Зөвхөн нэг үзүүрээр нь газардуулгатай холбогдсон кабелийн зохих хамгаалалтыг баталгаажуулна уу. Эцэст нь, дуу чимээ ихтэй тэжээлийн газрыг нарийн хянагчийн газраас тусгаарлахын тулд опто тусгаарлагдсан логик оролттой хөтчүүдийг үргэлж зааж өгөх хэрэгтэй.

Дүгнэлт

Stepper моторын жолооч хэзээ ч энгийн барааны хэсэг биш юм. Энэ нь бүхэл бүтэн хөдөлгөөний удирдлагын системийн дээд нарийвчлал, хурд, найдвартай байдлыг тодорхойлдог суурь элементийн үүрэг гүйцэтгэдэг. H-гүүр солих, ХОУХШ гүйдэл цавчих гэх мэт дотоод механикийг ойлгох нь инженерийн үндэслэлтэй шийдвэр гаргах боломжийг танд олгоно.

Товч жагсаалтын тодорхой логикийг дагаж мөрдөөрэй. Нэгдүгээрт, моторын фазын шаардлагатай тасралтгүй гүйдлийг тодорхойл. Хоёрдугаарт, өндөр хурдны эргүүлэх хүчийг баталгаажуулахын тулд ороомгийн индукц дээр үндэслэн тэжээлийн оновчтой хүчдэлийг тооцоол. Гуравдугаарт, дулаан ялгаруулах орчныг үнэлж, шаардлагатай хяналтын интерфейсийг сонгоно. Эцэст нь, цахилгаан гэмтлээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд найдвартай хамгаалалтын функцууд байгаа эсэхийг шалгаарай.

Таны дараагийн алхам нь жолоочийн баталгаажуулсан техникийн үзүүлэлтүүдийн эсрэг тодорхой мотор мэдээллийн хуудсыг хооронд нь холбохыг шаарддаг. Эцсийн дизайн хийхээс өмнө бодит механик ачааллын дор резонансын профайлыг шалгахын тулд үнэлгээний самбар ашиглан загварчлалын үе шат руу шууд шилжинэ.

Түгээмэл асуулт

А: Би моторын драйверийг хамгийн их нэрлэсэн гүйдлээр тасралтгүй ажиллуулж болох уу?

Х: Үгүй. Та үнэмлэхүй дээд оргил үзүүлэлтүүд болон аюулгүй тасралтгүй RMS үйлдлийн гүйдлийг ялгах ёстой. Үнэмлэхүй оргил үед гүйх нь хэт халалт үүсгэдэг. Энэ нь дулааны унтрах эсвэл бүрдэл хэсгүүдийн дутуу эвдрэлийг үүсгэдэг. Таны шаардлагатай тасралтгүй гүйдэл нь нэрлэсэн аюулгүй ажиллагааны хязгаарт тохирох хөтөчийг үргэлж сонго.

Асуулт: Миний гишгүүрийн жолооч яагаад маш их халдаг вэ?

Х: Өндөр гүйдэлтэй цавчих нь MOSFET эсэргүүцлийн улмаас дулааныг үүсгэдэг. Дулаан ажиллагаа хэвийн байгаа хэдий ч хэт халалт нь асуудлыг илтгэнэ. Нийтлэг шалтгаанууд нь хангалтгүй дулаан шингээх, кабинетийн агааржуулалт муу, эсвэл хөдөлгүүрийн ачаалалд шаардагдах хэмжээнээс өндөр гүйдлийн хязгаарыг тохируулах зэрэг орно. Илүүдэл момент шаардлагагүй бол одоогийн тохиргоог бууруулна уу.

А: Хоёр туйлт моторын драйвер нь нэг туйлт гишгүүртэй мотор ажиллуулж чадах уу?

Хариулт: Тийм ээ, хэрэв та үүнийг зөв холбосон бол. Unipolar мотор нь ихэвчлэн зургаа, найман утастай байдаг. Орчин үеийн хоёр туйлт драйверийг ашиглахын тулд та 6 утастай мотор дээрх гол цоргоны утсыг үл тоомсорлодог. Та зөвхөн бүтэн ороомгийн төгсгөлүүдийг холбоно. Энэ нь моторыг стандарт хоёр туйлт цуврал тохиргоонд хувиргадаг.

А: Миний тэжээлийн хүчдэл моторын нэрлэсэн хүчдэлээс хамаагүй өндөр байвал яах вэ?

Х: Энэ нь үнэндээ маш их ашиг тустай юм. Chopper хөтчүүд нь PWM шилжүүлэлтийг ашиглан гүйдлийг идэвхтэй зохицуулдаг. Өндөр хүчдэл нь цахилгааны эсэргүүцлийг даван туулж, индуктив ороомог руу гүйдлийг илүү хурдан оруулдаг. Энэ нь өндөр эргэлтийн үед өндөр эргэлтийг хадгалж байдаг. Хэрэв та жолоочийн хамгийн их хүчдэлийн зэрэглэлд байгаа бол энэ нь бүрэн аюулгүй.