스테퍼 모터피드백 장치(즉, 개방 루프 제어) 없이 속도 제어 및 위치 제어에 사용할 수 있으므로 이 드라이브 솔루션은 경제적이고 신뢰성이 높습니다. 자동화 장비, 계측기, 스테퍼 모터 드라이브는 매우 널리 사용되고 있습니다. 하지만 많은 기술자들이 적절한 스테퍼 모터를 선택하는 방법, 스테퍼 모터 드라이브의 성능을 극대화하는 방법 등에 대해 더 많은 질문을 합니다. 본 논문에서는 스테퍼 모터 선택에 대해 논의하며, 스테퍼 모터 엔지니어링 경험을 바탕으로 자동화 장비에서 스테퍼 모터의 대중화가 참고 자료로 활용되기를 바랍니다.
1. 소개스테퍼 모터
스테퍼 모터는 펄스 모터 또는 스텝 모터라고도 합니다. 입력 펄스 신호에 따라 여자 상태가 변경될 때마다 특정 각도만큼 이동하고, 여자 상태가 변하지 않으면 특정 위치에 고정됩니다. 이를 통해 스테퍼 모터는 입력 펄스 신호를 출력에 필요한 각 변위로 변환합니다. 입력 펄스 수를 제어하면 출력의 각 변위를 정확하게 측정하여 최적의 위치를 결정할 수 있으며, 입력 펄스의 주파수를 제어하면 출력의 각속도를 정확하게 제어하여 속도 조절이라는 목적을 달성할 수 있습니다. 1960년대 후반에 다양한 실용적인 스테퍼 모터가 등장했으며, 지난 40년 동안 급속한 발전을 이루었습니다. 스테퍼 모터는 DC 모터, 비동기 모터, 동기 모터와 함께 기본적인 모터 유형으로 자리 잡았습니다. 스테퍼 모터에는 리액티브(VR형), 영구 자석(PM형), 하이브리드(HB형)의 세 가지 유형이 있습니다. 하이브리드 스테퍼 모터는 앞의 두 가지 스테퍼 모터의 장점을 결합한 것입니다. 스테퍼 모터는 회전자(회전자 코어, 영구 자석, 샤프트, 볼 베어링), 고정자(권선, 고정자 코어), 전면 및 후면 엔드캡 등으로 구성됩니다. 가장 일반적인 2상 하이브리드 스테퍼 모터는 고정자 하나에 큰 톱니 8개, 작은 톱니 40개, 회전자 하나에 작은 톱니 50개를 가지고 있습니다. 3상 모터는 고정자 하나에 큰 톱니 9개, 작은 톱니 45개, 회전자 하나에 작은 톱니 50개를 가지고 있습니다.
2. 제어 원리
그만큼스테퍼 모터전원 공급 장치에 직접 연결하거나 전기 펄스 신호를 직접 수신할 수 없으므로, 전원 공급 장치 및 컨트롤러와 상호 작용하는 특수 인터페이스인 스테퍼 모터 드라이버를 통해 구현해야 합니다. 스테퍼 모터 드라이버는 일반적으로 링 분배기와 전력 증폭기 회로로 구성됩니다. 링 분배기는 컨트롤러로부터 제어 신호를 수신합니다. 펄스 신호가 수신될 때마다 링 분배기의 출력이 한 번 변환되므로, 펄스 신호의 유무와 주파수는 스테퍼 모터의 속도가 빠른지 느린지, 가속 또는 감속하여 시작 또는 정지하는지 여부를 판단할 수 있습니다. 링 분배기는 또한 컨트롤러의 방향 신호를 모니터링하여 출력 상태 전이가 양의 순서인지 음의 순서인지 판단하여 스테퍼 모터의 조향을 결정해야 합니다.
3. 주요 매개변수
①블록번호 : 주로 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 등
②상수: 스테퍼 모터 내부 코일의 개수입니다. 스테퍼 모터의 상수는 일반적으로 2상, 3상, 5상입니다. 중국에서는 주로 2상 스테퍼 모터를 사용하며, 3상 스테퍼 모터도 일부 사용됩니다. 일본에서는 5상 스테퍼 모터를 더 많이 사용합니다.
③ 스텝각: 펄스 신호에 대응하여 모터 회전자의 회전 각도를 나타냅니다. 스테퍼 모터 스텝각 계산 공식은 다음과 같습니다.
스텝 각도 = 360° ÷ (2mz)
m 스테퍼 모터의 위상 수
Z는 스테퍼 모터의 회전자의 이빨 수입니다.
위 공식에 따르면 2상, 3상 및 5상 스테퍼 모터의 스텝 각도는 각각 1.8°, 1.2° 및 0.72°입니다.
④ 유지 토크: 정격 전류를 통해 모터의 고정자 권선이 받는 토크입니다. 단, 회전자는 회전하지 않고 고정자가 회전자를 고정합니다. 유지 토크는 스테퍼 모터의 가장 중요한 매개변수이며, 모터 선택의 주요 기준입니다.
⑤ 위치 토크: 모터에 전류가 흐르지 않을 때 외력으로 회전자를 돌리는 데 필요한 토크입니다. 토크는 모터를 평가하는 성능 지표 중 하나이며, 다른 매개변수가 동일할 경우 위치 토크가 작을수록 "슬롯 효과"가 작아 모터의 저속 회전이 원활해집니다. 토크 주파수 특성: 주로 인출 토크 주파수 특성을 나타내며, 모터는 특정 속도에서 최대 토크를 안정적으로 유지하면서 스텝 손실 없이 작동합니다. 모멘트-주파수 곡선은 최대 토크와 속도(주파수) 사이의 관계를 설명하는 데 사용됩니다. 토크 주파수 곡선은 스테퍼 모터의 중요한 매개변수이며 모터 선택의 주요 기준입니다.
⑥ 정격전류 : 정격토크를 유지하기 위해 필요한 전동기 권선전류, 실효치
4. 포인트 선택
산업용으로 스테퍼 모터의 속도는 최대 600~1500rpm이며, 더 높은 속도에서는 폐쇄 루프 스테퍼 모터 드라이브를 고려하거나, 더 적합한 서보 드라이브 프로그램 스테퍼 모터 선택 단계를 선택할 수 있습니다(아래 그림 참조).
(1) 스텝 각도의 선택
모터의 상 수에 따라 1.8°(2상), 1.2°(3상), 0.72°(5상)의 세 가지 스텝각이 있습니다. 물론 5상 스텝각은 정확도가 가장 높지만, 모터와 드라이버 가격이 비싸기 때문에 중국에서는 거의 사용되지 않습니다. 또한, 현재 주류 스테퍼 모터 드라이버는 세분화된 구동 기술을 사용하고 있으며, 4상 이하 세분화된 스텝각에서도 여전히 세분화된 스텝각 정확도를 보장할 수 있습니다. 따라서 스텝각 정확도 지표만 고려한다면 5상 스테퍼 모터를 2상 또는 3상 스테퍼 모터로 대체할 수 있습니다. 예를 들어, 5mm 나사 부하에 대한 어떤 종류의 리드를 적용할 때, 2상 스테핑 모터를 사용하고 드라이버를 4분할로 설정하면, 모터 1회전당 펄스 수는 200 x 4 = 800이고 펄스 등가량은 5 ÷ 800 = 0.00625mm = 6.25μm로, 이러한 정확도는 대부분의 애플리케이션 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
(2) 정적 토크(유지 토크) 선택
일반적으로 사용되는 부하 전달 메커니즘에는 동기 벨트, 필라멘트 바, 랙 앤 피니언 등이 있습니다. 고객은 먼저 기계 부하(주로 가속 토크와 마찰 토크)를 계산하여 모터 축에 필요한 부하 토크로 변환합니다. 그런 다음 전기 꽃에 필요한 최대 주행 속도에 따라 다음 두 가지 다른 사용 사례를 사용하여 300pm 이하의 필요한 모터 속도 적용을 위한 스테퍼 모터의 적절한 홀딩 토크를 선택합니다. 기계 부하가 모터 축에 필요한 부하 토크 T1로 변환되는 경우 이 부하 토크에 안전 계수 SF(일반적으로 1.5-2.0으로 간주됨)를 곱합니다. 즉, 필요한 스테퍼 모터 홀딩 토크 Tn ②2입니다. 300pm 이상의 모터 속도가 필요한 응용 프로그램의 경우: 최대 속도 Nmax를 설정합니다. 기계 부하가 모터 축으로 변환되는 경우 필요한 부하 토크는 T1이고 이 부하 토크에 안전 계수 SF(일반적으로 2.5-3.5로 간주됨)를 곱하여 홀딩 토크 Tn을 제공합니다. 그림 4를 참조하여 적합한 모델을 선택하십시오. 그런 다음 모멘트-주파수 곡선을 사용하여 확인하고 비교하십시오. 모멘트-주파수 곡선에서 사용자가 요구하는 최대 속도 Nmax는 T2의 최대 손실 스텝 토크에 해당합니다. 따라서 최대 손실 스텝 토크 T2는 T1보다 20% 이상 커야 합니다. 그렇지 않은 경우, 토크가 더 큰 새 모터를 선택하고 새로 선택한 모터의 토크 주파수 곡선을 기준으로 다시 확인하고 비교해야 합니다.
(3) 모터 베이스 번호가 클수록 유지 토크가 커집니다.
(4) 정격 전류에 따라 적합한 스테퍼 드라이버를 선택합니다.
예를 들어, 모터 57CM23의 정격 전류가 5A이면 드라이브의 최대 허용 전류를 5A 이상으로 맞춰야 합니다(피크 값이 아니라 유효 값임을 유의하세요). 그렇지 않고 최대 전류를 3A로만 선택하면 모터의 최대 출력 토크는 약 60% 정도밖에 되지 않습니다!
5. 응용 경험
(1) 스테퍼 모터 저주파 공진 문제
세분화된 스테퍼 드라이브는 스테퍼 모터의 저주파 공진을 줄이는 효과적인 방법입니다. 150rpm 미만에서 세분화된 드라이브는 모터 진동을 줄이는 데 매우 효과적입니다. 이론적으로 세분화가 클수록 스테퍼 모터 진동 감소 효과가 더 좋지만, 실제로는 스테퍼 모터 진동 감소 효과가 최대치에 도달한 후 세분화가 8 또는 16으로 증가합니다.
최근 몇 년 동안 국내외에서 저주파 공진 방지 스테퍼 드라이버가 출시되고 있으며, Leisai의 DM, DM-S 시리즈 제품은 저주파 공진 방지 기술을 적용했습니다. 이 시리즈 드라이버는 고조파 보상 기술을 사용하며, 진폭 및 위상 정합 보상을 통해 스테퍼 모터의 저주파 진동을 크게 줄여 모터의 저진동 및 저소음 동작을 구현합니다.
(2) 스테퍼 모터 세분화가 위치 정확도에 미치는 영향
스테퍼 모터 분할 구동 회로는 장치 동작의 부드러움을 향상시킬 뿐만 아니라 장비의 위치 정확도를 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 테스트 결과: 동기식 벨트 구동 모션 플랫폼에서 스테퍼 모터 4 분할을 사용하면 모터가 각 단계에서 정확하게 위치할 수 있습니다.
게시 시간: 2023년 6월 11일