액추에이터로서,스테퍼 모터스테퍼 모터는 다양한 자동화 제어 시스템에 널리 사용되는 메카트로닉스의 핵심 제품 중 하나입니다. 마이크로일렉트로닉스와 컴퓨터 기술의 발전으로 스테퍼 모터에 대한 수요는 날로 증가하고 있으며, 다양한 국가 경제 분야에서 사용되고 있습니다.
01 무엇이다스테퍼 모터
스테퍼 모터는 전기 펄스를 기계적 운동으로 직접 변환하는 전기 기계 장치입니다. 모터 코일에 인가되는 전기 펄스의 순서, 주파수, 그리고 펄스 수를 제어함으로써 스테퍼 모터의 조향, 속도, 그리고 회전 각도를 제어할 수 있습니다. 위치 감지 기능을 갖춘 폐루프 피드백 제어 시스템을 사용하지 않고도, 스테퍼 모터와 그에 수반되는 드라이버로 구성된 간단하고 저렴한 개루프 제어 시스템을 통해 정밀한 위치 및 속도 제어를 구현할 수 있습니다.
02 스테퍼 모터기본 구조 및 작동 원리
기본 구조：
작동 원리: 스테퍼 모터 드라이버는 외부 제어 펄스와 방향 신호에 따라 내부 논리 회로를 통해 스테퍼 모터 권선을 특정 타이밍 순서대로 정방향 또는 역방향으로 제어하여 모터를 정방향/역방향으로 회전시키거나 잠급니다.
1.8도 2상 스테퍼 모터를 예로 들어 보겠습니다. 두 권선 모두에 전원이 공급되고 여자되면 모터 출력축은 정지하고 제자리에 고정됩니다. 모터를 정격 전류에서 고정 상태로 유지하는 최대 토크를 유지 토크라고 합니다. 권선 중 하나의 전류 방향을 바꾸면 모터는 주어진 방향으로 한 단계(1.8도) 회전합니다.
마찬가지로, 다른 권선의 전류 방향이 바뀌면 모터는 반대 방향으로 한 단계(1.8도) 회전합니다. 코일 권선을 통과하는 전류가 순차적으로 여자(excitation) 방향으로 전환되면 모터는 주어진 방향으로 매우 높은 정확도로 연속적으로 회전합니다. 2상 스테퍼 모터의 1.8도 회전에는 일주일에 200단계가 필요합니다.
2상 스테퍼 모터는 바이폴라와 유니폴라의 두 가지 권선을 사용합니다. 바이폴라 모터는 각 상(phase)에 하나의 권선 코일만 있으며, 모터는 동일한 코일에 흐르는 전류를 연속적으로 회전시켜 순차적으로 여자합니다. 구동 회로 설계에는 순차적인 스위칭을 위한 8개의 전자 스위치가 필요합니다.
단극 모터는 각 상에 반대 극성의 두 개의 권선 코일을 가지고 있으며 모터는
동일한 위상의 두 개의 권선 코일에 교대로 전원을 공급하여 지속적으로 회전합니다.
구동 회로는 4개의 전자 스위치만 필요하도록 설계되었습니다. 바이폴라
구동 모드에서 모터의 출력 토크는 기존 드라이브 모드에 비해 약 40% 증가합니다.
각 상의 권선 코일이 100% 여기되므로 단극 구동 모드입니다.
03, 스테퍼 모터 부하
A. 모멘트 하중(Tf)
Tf = G * r
G: 하중 무게
r: 반지름
B. 관성하중(TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (kg * cm)
M: 하중 질량
R1: 외륜의 반경
R2: 내부 링의 반경
dω/dt: 각가속도
04, 스테퍼 모터 속도-토크 곡선
속도-토크 곡선은 스테퍼 모터의 출력 특성을 나타내는 중요한 표현입니다.
모터.
A. 스테퍼 모터 동작 주파수 지점
특정 지점에서 스테퍼 모터 모터의 속도 값입니다.
n = q * Hz / (360 * D)
n: 회전/초
Hz: 주파수 값
D: 구동회로 보간값
q: 스테퍼 모터 스텝 각도
예를 들어, 1/2 보간 구동을 갖춘 1.8° 피치 각도의 스테퍼 모터(즉, 단계당 0.9°)는 500Hz의 작동 주파수에서 1.25 r/s의 속도를 갖습니다.
B. 스테퍼 모터 자체 시작 영역
스테퍼 모터를 직접 시작하거나 멈출 수 있는 영역입니다.
C. 연속운전구역
이 영역에서는 스테퍼 모터를 직접 시작하거나 멈출 수 없습니다. 스테퍼 모터이 영역은 먼저 자체 시작 영역을 통과한 다음 가속되어 도달해야 합니다.작동 영역. 마찬가지로 이 영역의 스테퍼 모터는 직접 제동할 수 없습니다.그렇지 않으면 스테퍼 모터가 균형을 잃기 쉽기 때문에 먼저 감속해야 합니다.자동 시동 영역에 들어간 후 브레이크를 밟았습니다.
D. 스테퍼 모터 최대 시동 주파수
모터 무부하 상태에서는 스테퍼 모터가 스텝 동작을 잃지 않도록 보장합니다.최대 펄스 주파수.
마. 스테퍼 모터 최대 작동 주파수
모터가 스텝 손실 없이 작동하도록 여기되는 최대 펄스 주파수무부하 상태에서.
F. 스테퍼 모터 시동 토크 / 풀인 토크
스테퍼 모터를 특정 펄스 주파수로 만나서 시동하고 작동을 시작하려면최대 부하 토크의 손실 단계.
G. 스테퍼 모터 구동 토크/인입 토크
스테퍼 모터의 안정적인 동작을 만족시키는 최대 부하 토크단계 손실 없이 특정 펄스 주파수.
05 스테퍼 모터 가감속 모션 제어
스테퍼 모터의 연속 속도-토크 곡선에서 동작 주파수 지점이운전 영역, 모터 시동 또는 정지 가속 또는 감속 시간을 단축하는 방법시간이 지나면서 모터가 최적 속도 상태에서 더 오래 작동하게 되어모터의 효과적인 작동 시간은 매우 중요합니다.
아래 그림과 같이 스테퍼 모터의 동적 토크 특성 곡선은 다음과 같다.저속에서는 수평 직선이고, 고속에서는 곡선이 기하급수적으로 감소합니다.인덕턴스의 영향으로 인해.
스테퍼 모터 부하가 TL인 것을 알고 있으며 F0에서 F1로 가속하고 싶다고 가정합니다.가장 짧은 시간(tr)은 어떻게 계산하나요?
(1) 일반적으로 TJ = 70% Tm
(2) tr = 1.8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F(t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. 고속 조건에서의 지수 가속도
(1) 정상적으로
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]에서
(3)
F(t) = F2 * [1 - e^(-t/F4)] + F0, 0
F2 = (TL-TJ 0) * (F1-F0)/TJ 1-TJ 0)
F4 = 1.8 * 10-5 * J * q * F2/(TJ 0-TL)
노트.
J는 부하가 걸릴 때 모터 회전자의 회전 관성을 나타냅니다.
q는 각 단계의 회전 각도이며, 이는 스테퍼 모터의 단계 각도입니다.
전체 드라이브의 경우.
감속 동작에서는 위의 가속 펄스 주파수를 반대로만 하면 됩니다.
계획된.
06 스테퍼 모터 진동 및 소음
일반적으로 무부하 운전의 스테퍼 모터는 모터 동작 주파수가모터 회전자의 고유 주파수와 비슷하거나 같으면 공진이 발생하고 심각한현상이 단계적으로 발생하지 않습니다.
공명에 대한 여러 가지 솔루션:
A. 진동 구역을 피하십시오. 모터의 작동 주파수가 진동 구역에 속하지 않도록 하십시오.진동 범위
B. 세분화 구동 모드 채택: 마이크로 스텝 구동 모드를 사용하여 진동을 줄입니다.
원래의 한 단계를 여러 단계로 세분화하여 각 단계의 해상도를 높입니다.
모터 스텝. 이는 모터의 위상 대 전류 비율을 조정하여 달성할 수 있습니다.
마이크로스테핑은 스텝각 정확도를 증가시키지 않지만 모터를 더 많이 작동시킵니다.
부드럽고 소음이 적습니다. 일반적으로 반단계 작동 시 토크가 15% 더 낮습니다.
풀스텝 동작보다 효율이 높고 사인파 전류 제어의 경우 30% 더 낮습니다.
게시 시간: 2022년 11월 9일