Žingsninis variklis taip pat žinomas kaip impulsinis variklis arba žingsninis variklis. Jis pasislenka tam tikru kampu kiekvieną kartą, kai pakeičiama sužadinimo būsena pagal įvesties impulso signalą, ir išlieka fiksuotoje padėtyje, kai sužadinimo būsena išlieka nepakitusi. Taigi, žingsninis variklis gali konvertuoti įvesties impulso signalą į atitinkamą išėjimo kampinį poslinkį. Valdant įvesties impulsų skaičių, galima tiksliai nustatyti išvesties kampinį poslinkį, kad būtų pasiekta padėties nustatymo funkcija; ir valdant įvesties impulsų dažnį, galima tiksliai valdyti išėjimo kampinį greitį, kad būtų pasiektas greičio reguliavimo tikslas. Todėl, kai reikalingas tikslus padėties nustatymas arba greičio reguliavimas, galima apsvarstyti galimybę naudoti žingsninius variklius.
1.1 Žingsninių variklių klasifikacija
Yra trijų tipų žingsniniai varikliai: reaktyvieji (VR tipo), nuolatiniai magnetai (PM tipo) ir hibridiniai (HB tipo).
Nuolatinis magnetas paprastai yra dviejų fazių, sukimo momentas ir tūris yra nedideli, o žingsnio kampas paprastai yra 7,5 laipsnio arba 15 laipsnių, kuris dažniausiai naudojamas pigiuose plataus vartojimo produktuose.
Reaktyvusis žingsnis paprastai yra trifazis, todėl galima pasiekti didelį sukimo momentą. Žingsnio kampas paprastai yra 1,5 laipsnio, tačiau triukšmas ir vibracija yra labai dideli. Jis buvo pašalintas išsivysčiusiose šalyse, tokiose kaip Europa ir JAV, devintajame dešimtmetyje.
Hibridinis žingsniavimas reiškia nuolatinio magneto ir reaktyvaus magneto privalumų sumaišymą. Jis skirstomas į dviejų fazių, trifazių ir penkių fazių. Dviejų fazių žingsnio kampas paprastai yra 1,8 laipsnio, o trijų fazių kampas yra 0,9 laipsnio. Penkių fazių žingsnio kampas paprastai yra 0,72 laipsnio . Hibridinis žingsninis variklis sujungia pirmųjų dviejų tipų žingsninių variklių privalumus. Šiuo metu buitinės įrangos gamybos pramonėje naudojami žingsniniai varikliai iš esmės yra hibridiniai žingsniniai varikliai.
Todėl visi toliau aprašyti žingsniniai varikliai yra vadinami „hibridiniais žingsniniais varikliais“.
1.2 Žingsninio variklio konstrukcija
Žingsninį variklį sudaro rotorius (rotoriaus šerdis, nuolatinis magnetas, besisukantis velenas, rutulinis guolis), statorius (apvija, statoriaus šerdis), priekiniai ir galiniai dangčiai ir kt. Tipiškiausias dvifazis hibridinis žingsninis variklis turi 8 didelius dantis , 40 mažų dantų statoriuje ir 50 mažų dantų rotoriuje; trifazio variklio statorius turi 9 didelius dantukus, 45 mažus, o rotorius – 50 mažų dantų. dantis.
1 pav. Scheminė žingsninio variklio sudėties schema
1.3 Žingsninio variklio valdymo principas
Žingsninis variklis negali tiesiogiai prisijungti prie maitinimo šaltinio ir negali tiesiogiai priimti elektros impulsų signalų. Jis turi sąveikauti su maitinimo šaltiniu ir valdikliu per specialią sąsają – žingsninio variklio tvarkyklę. Žingsninio variklio tvarkyklę (žr. 2 pav.) paprastai sudaro žiedinis skirstytuvas ir galios stiprintuvo grandinė. Žiedinis skirstytuvas priima valdymo signalus iš valdiklio. Kiekvieną kartą, kai gaunamas impulsinis signalas, žiedinio skirstytuvo išėjimas bus konvertuojamas vieną kartą, todėl impulso signalo buvimas ar nebuvimas ir dažnis gali lemti žingsninio variklio greitį, pagreitį ar lėtėjimą, paleidimą ar sustabdymą. Žiedinis skirstytuvas taip pat turi stebėti valdiklio krypties signalą, kad nustatytų, ar jo išėjimo būsenos perėjimas yra teigiama seka, ar atvirkštinė seka, taip nustatant žingsninio variklio kryptį.
2 pav. Žingsninio variklio valdymo schema
2 Pagrindiniai žingsninio variklio parametrai
2.1 Kadro numerį daugiausia sudaro 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 ir pan.
2.2 Fazių skaičius Žingsninio variklio viduje esančių ritių skaičius. Žingsninio variklio fazių skaičių paprastai sudaro dvi fazės, trys fazės ir penkios fazės. Kinijoje naudojamas žingsninis variklis daugiausia yra dviejų fazių, o kai kuriose srityse taip pat naudojamas trifazis. Japonijoje daugiau naudojami penkių fazių žingsniniai varikliai.
2.3 Žingsnio kampas Atitinka impulsinio signalo įvestį, variklio rotoriaus kampinį poslinkį. Žingsninio variklio žingsnio kampo apskaičiavimo formulė yra tokia:
Formulėje: - žingsninio variklio žingsnio kampas; m - žingsninio variklio fazių skaičius; - žingsninio variklio rotoriaus dantų skaičius.
Pagal pirmiau pateiktą skaičiavimo formulę dviejų fazių, trifazių ir penkių fazių žingsninių variklių žingsnių kampai yra atitinkamai 1,80, 1,20 ir 0,72 laipsnio.
2.4 Laikymo momentas (statinis sukimo momentas) reiškia sukimo momentą, kuriuo statorius užfiksuoja rotorių, kai variklio statoriaus apvijai tiekiama vardinė srovė, bet rotorius nesisuka. Sukimo momentas yra svarbiausias žingsninio variklio parametras ir pagrindinis variklio pasirinkimo pagrindas.
2.5 Sukamasis momentas Tai sukimo momentas, reikalingas rotoriui pasukti išorine jėga, kai variklyje nėra srovės. Šis sukimo momentas yra vienas iš variklio veikimo rodiklių. Kai kiti parametrai yra vienodi, kuo mažesnis stabdymo sukimo momentas, tuo mažesnis yra „sutraukimo efektas“, kuris yra naudingesnis variklio stabilumui esant mažam greičiui.
2.6 Sukimo momento-dažnio charakteristika Daugiausia reiškia ištraukimo sukimo momento-dažnio charakteristiką, didžiausią sukimo momentą, kurį variklis gali atlaikyti neprarasdamas žingsnio, kai variklis dirba stabiliai tam tikru greičiu. Sukimo momento ir dažnio kreivė naudojama apibūdinti ryšį tarp didžiausio sukimo momento ir greičio (dažnio) neprarandant žingsnio. Sukimo momento ir dažnio kreivė yra svarbus žingsninio variklio parametras ir vienas iš pagrindinių variklio pasirinkimo pagrindų. Momentinio dažnio charakteristikos kreivė (žr. 3 pav.).
3 pav. Žingsninio variklio sukimo momento ir dažnio kreivė
2.7 Nominali srovė Variklio apvijos srovės, reikalingos vardiniam sukimo momentui palaikyti, kvadratinė vertė.
4 pav. Žingsninio variklio parametrų lentelė (ištrauka iš bendrojo Leisai išmaniųjų žingsnių produktų katalogo 2021-2022)
3 Žingsninio variklio pasirinkimo žingsniai
Pramonėje naudojamo žingsninio variklio greitis yra net 600–1500, o kuo didesnis greitis, galima apsvarstyti uždaro ciklo žingsninio variklio pavarą arba tinkamesnė servo pavaros schema. Žingsninio variklio pasirinkimo žingsniai (žr. 5 pav.).
5 pav. Žingsnio variklio pasirinkimo žingsniai
3.1 Žingsnio kampo pasirinkimas
Kaip minėta 1.1, pagal variklio fazių skaičių yra trys žingsnių kampai: 1,80 (dviejų fazių), 1,20 (trifazių) ir 0,72 laipsnio (penkių fazių). Žinoma, penkių fazių žingsnio kampo tikslumas yra didžiausias, tačiau jo variklis ir vairuotojas yra brangūs, todėl Kinijoje jis naudojamas retai. Be to, visos dabartinės pagrindinės stepper tvarkyklės naudoja padalijimo pavaros technologiją. Žemiau nei 8 padaliniai, padalijimo žingsnio kampo tikslumas vis dar gali būti garantuotas, taigi, jei atsižvelgsite į vien žingsnio kampo tikslumo indeksą, penkių fazių žingsnį Variklis gali būti pakeistas dviejų fazių arba trifaziu žingsniniu varikliu.
Pavyzdžiui, naudojant švino sraigto apkrovą su 5 mm laidu, jei naudojamas dviejų fazių žingsninis variklis ir vairuotojas nustatytas į 8 padalinius, impulsų skaičius vienam variklio apsisukimui yra 200 × 8=1600 , o impulso ekvivalentas yra 5 ÷1 600=0 ,00313 mm=3 .13 , šis tikslumas gali atitikti daugumą taikymo reikalavimų.
3.2 Statinio sukimo momento (laikymo momento) pasirinkimas
Dažniausiai naudojami apkrovos perdavimo mechanizmai apima sinchroninius diržus, sraigtinius strypus, stelažus ir krumpliaračius ir tt Pirmiausia apskaičiuokite mašinos apkrovą (daugiausia pagreičio momentą ir trinties sukimo momentą) ir paverskite ją reikiamu variklio veleno apkrovos momentu. Tada, atsižvelgiant į maksimalų variklio reikalaujamą greitį, parenkamas žingsninis variklis su tinkamu laikymo momentu šiais dviem skirtingais naudojimo atvejais:
(1) Taikant reikiamą variklio sūkių skaičių, mažesnį nei 300: jei mašinos apkrova konvertuojama į reikiamą variklio veleno apkrovos momentą, apkrovos sukimo momentas padauginamas iš saugos koeficiento SF (paprastai 1,5). ~ 2,0), tai yra, reikalingas žingsninio variklio laikymo momentas.
(2) Tais atvejais, kai reikalingas variklio greitis yra didesnis nei 300: nustatykite didžiausią greitį, jei mašinos apkrova paverčiama reikiamu variklio veleno apkrovos momentu, tada apkrovos sukimo momentas padauginamas iš saugos koeficiento SF (paprastai 2,5). ~ 3,5 ), kad būtų gautas laikymo sukimo momentas. Remiantis 6 paveikslu, iš pradžių parenkamas tinkamas modelis. Tada patikrinkite ir palyginkite sukimo momento ir dažnio kreivę: Sukimo momento ir dažnio kreivėje naudokite reikiamą didžiausią greitį, kad nustatytumėte, ar maksimalus sukimo momentas, atitinkantis maksimalų greitį, yra 20 ar daugiau procentų. Kitu atveju reikia iš naujo pasirinkti variklį su didesniu išlaikymo momentu ir iš naujo patikrinti bei palyginti pagal naujai pasirinkto variklio sukimo momento-dažnio kreivę.
3.3 Variklio rėmo dydžio pasirinkimas
Kuo didesnis variklio rėmas, tuo didesnis jo laikymo momentas. Įprasti žingsninių variklių rėmo dydžiai ir laikymo momento diapazonai (žr. 6 pav.).
6 pav. Įprasti žingsninių variklių rėmų dydžiai ir jų laikymo momentai
Pagal (2) veiksme apskaičiuotą laikymo sukimo momentą pasirinkite tinkamą rėmo dydį ir atitinkamo variklio specifines specifikacijas iš 4 pav.
3.4 Pasirinkite atitinkamą žingsninio tvarkyklę pagal vardinę srovę
Pavyzdžiui, jei variklio 57CM23 vardinė srovė yra 5A, didžiausia leistina jūsų pasirinkto tvarkyklės srovė turi būti didesnė nei 5A (atkreipkite dėmesį, kad tai yra RMS vertė, o ne didžiausia vertė), kitu atveju, jei pasirinksite vairuotojas, kurio maksimali srovė yra tik 3A, tada Maksimalus variklio išėjimo sukimo momentas gali būti tik apie 60 procentų!
