액추에이터로서,스테퍼 모터스테퍼 모터는 메카트로닉스의 핵심 제품 중 하나로, 다양한 자동화 제어 시스템에 널리 사용됩니다. 마이크로 전자공학 및 컴퓨터 기술의 발전과 함께 스테퍼 모터에 대한 수요는 날로 증가하고 있으며, 다양한 국가 경제 분야에서 활용되고 있습니다.
01 무엇이스테퍼 모터
스테퍼 모터는 전기 펄스를 기계적 운동으로 직접 변환하는 전기 기계 장치입니다. 모터 코일에 인가되는 전기 펄스의 순서, 주파수 및 개수를 제어함으로써 스테퍼 모터의 조향, 속도 및 회전 각도를 제어할 수 있습니다. 위치 감지 기능을 갖춘 폐루프 피드백 제어 시스템 없이도, 스테퍼 모터와 구동기로 구성된 간단하고 저렴한 개루프 제어 시스템을 사용하여 정밀한 위치 및 속도 제어가 가능합니다.
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 순서에 따라 정방향 또는 역방향으로 작동시켜 모터를 정/역회전시키거나 정지시킵니다.
1.8도 회전 2상 스테퍼 모터를 예로 들어 보겠습니다. 두 권선 모두에 전류가 흐르면 모터 출력축은 고정된 상태를 유지합니다. 정격 전류에서 모터를 고정된 상태로 유지하는 데 필요한 최대 토크를 유지 토크라고 합니다. 만약 한 권선의 전류 방향을 바꾸면 모터는 특정 방향으로 한 단계(1.8도) 회전합니다.
마찬가지로, 다른 권선의 전류 방향이 바뀌면 모터는 이전 권선의 반대 방향으로 한 단계(1.8도) 회전합니다. 코일 권선을 통과하는 전류를 순차적으로 여자 전류로 전환하면 모터는 매우 높은 정확도로 지정된 방향으로 연속적인 스텝 회전을 합니다. 2상 스테퍼 모터가 1.8도 회전하는 데에는 200단계가 필요합니다.
2상 스테퍼 모터는 양극형과 단극형 두 가지 권선 방식을 가지고 있습니다. 양극형 모터는 상당 하나의 권선 코일만 있으며, 동일한 코일에 전류가 연속적으로 흐르도록 하여 여자 전류를 순차적으로 가변적으로 조절합니다. 따라서 구동 회로 설계에는 순차적 전환을 위해 8개의 전자 스위치가 필요합니다.
단극 모터는 각 상에 서로 반대 극성을 가진 두 개의 권선 코일을 가지고 있으며, 모터는
동일 위상의 두 권선 코일에 교대로 에너지를 공급하여 지속적으로 회전합니다.
구동 회로는 단 네 개의 전자 스위치만 필요로 하도록 설계되었습니다. 바이폴라 방식에서
구동 모드에서 모터의 출력 토크는 기존 모드에 비해 약 40% 증가합니다.
각 상의 권선 코일이 100% 여자되기 때문에 단극 구동 모드입니다.
03, 스테퍼 모터 부하
A. 모멘트 하중(Tf)
Tf = G * r
G: 하중
r: 반지름
B. 관성 부하(TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (kg * cm)
M: 하중 질량
R1: 외륜의 반지름
R2: 안쪽 링의 반지름
dω/dt: 각가속도
04. 스테퍼 모터 속도-토크 곡선
속도-토크 곡선은 스테퍼 모터의 출력 특성을 나타내는 중요한 지표입니다.
모터.
A. 스테퍼 모터 작동 주파수 지점
특정 시점에서의 스테퍼 모터의 속도 값.
n = q * Hz / (360 * D)
n: 회전/초
Hz: 주파수 값
D: 구동 회로 보간값
질문: 스테퍼 모터 스텝 각도
예를 들어, 피치 각도가 1.8°인 스테퍼 모터에 1/2 보간 구동 방식을 사용하는 경우(즉, 단계당 0.9°)이며, 작동 주파수 500Hz에서 1.25r/s의 속도를 갖습니다.
B. 스테퍼 모터 셀프 스타트 영역
스테퍼 모터를 직접 시동 및 정지할 수 있는 영역.
C. 연속 운전 영역
이 영역에서는 스테퍼 모터를 직접 시동하거나 정지할 수 없습니다. 스테퍼 모터는 다음과 같은 경우에 사용됩니다.이 영역은 먼저 셀프 스타트 영역을 통과한 다음 가속하여 도달해야 합니다.작동 영역입니다. 마찬가지로, 이 영역의 스테퍼 모터는 직접 제동할 수 없습니다.그렇지 않으면 스테퍼 모터의 박자가 어긋나기 쉬우므로 먼저 감속해야 합니다.셀프 스타트 영역에 진입한 후 브레이크를 밟았습니다.
D. 스테퍼 모터의 최대 시동 주파수
모터 무부하 상태에서 스테퍼 모터가 스텝 동작을 잃지 않도록 합니다.최대 펄스 주파수.
E. 스테퍼 모터의 최대 작동 주파수
스텝 손실 없이 모터를 작동시키기 위해 여자되는 최대 펄스 주파수무부하 상태.
F. 스테퍼 모터 시동 토크 / 풀인 토크
특정 펄스 주파수에서 스테퍼 모터가 시동되고 작동을 시작하도록 하려면,최대 부하 토크의 단계가 감소합니다.
G. 스테퍼 모터 작동 토크/흡입 토크
스테퍼 모터의 안정적인 작동을 만족시키는 최대 부하 토크는 다음과 같습니다.스텝 손실 없이 특정 펄스 주파수를 유지합니다.
05 스테퍼 모터 가속/감속 동작 제어
스테퍼 모터의 연속 속도-토크 곡선에서 작동 주파수 지점은 다음과 같습니다.작동 영역, 모터 시동/정지, 가속/감속 시간 단축 방법시간을 늘려 모터가 최적 속도 상태에서 더 오래 작동하도록 함으로써 효율을 높입니다.모터의 유효 가동 시간은 매우 중요합니다.
아래 그림과 같이 스테퍼 모터의 동적 토크 특성 곡선은 다음과 같습니다.저속에서는 수평 직선을 그리지만, 고속에서는 곡선이 지수적으로 감소합니다.인덕턴스의 영향으로 인해.
우리는 스테퍼 모터의 부하가 TL임을 알고 있으며, F0에서 F1으로 가속한다고 가정해 보겠습니다.최단 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 지수적 가속도
(1) 일반적으로
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * In [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]
(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)
참고 사항.
J는 부하 상태에서 모터 회전자의 회전 관성을 나타냅니다.
q는 각 단계의 회전 각도이며, 이는 스테퍼 모터의 스텝 각도입니다.
전체 드라이브의 경우입니다.
감속 동작에서는 위의 가속 펄스 주파수를 반대로 하면 됩니다.
계획된.
06 스테퍼 모터 진동 및 소음
일반적으로 무부하 작동 시 스테퍼 모터의 작동 주파수는 다음과 같습니다.모터 회전자의 고유 주파수와 비슷하거나 같으면 공진이 발생하여 심각한 문제가 발생할 수 있습니다.위상차가 발생하는 현상이 나타납니다.
공명 현상에 대한 몇 가지 해결책:
A. 진동 영역 회피: 모터의 작동 주파수가 진동 영역에 속하지 않도록 하십시오.진동 범위
B. 세분화된 구동 모드 채택: 미세 단계 구동 모드를 사용하여 진동을 줄입니다.
원래의 단일 단계를 여러 단계로 세분화하여 각 단계의 해상도를 높입니다.
모터 스텝. 이는 모터의 위상 대 전류 비율을 조정함으로써 달성할 수 있습니다.
마이크로스테핑은 스텝 각도 정확도를 향상시키지는 않지만 모터의 회전 속도를 높입니다.
부드럽고 소음도 적습니다. 하프 스텝 작동 시 토크는 일반적으로 15% 정도 낮아집니다.
완전 단계 작동 시보다 30% 낮고, 정현파 전류 제어 시에는 30% 낮습니다.
게시 시간: 2022년 11월 9일