სტეპერიანი ძრავების შერჩევა ავტომატიზაციის მოწყობილობებში

საფეხურებრივი ძრავებიშეიძლება გამოყენებულ იქნას სიჩქარისა და პოზიციონირების კონტროლისთვის უკუკავშირის მოწყობილობების გამოყენების გარეშე (ანუ ღია მარყუჟის კონტროლი), ამიტომ ეს დრაივის გადაწყვეტა არის როგორც ეკონომიური, ასევე საიმედო. ავტომატიზაციის მოწყობილობებსა და ინსტრუმენტებში, საფეხურებრივი დრაივი ძალიან ფართოდ გამოიყენება. თუმცა, ბევრ მომხმარებელს აქვს ტექნიკური პერსონალის გამოცდილება, თუ როგორ ავირჩიოთ შესაბამისი საფეხურებრივი ძრავა, როგორ მივაღწიოთ საფეხურებრივი დრაივის საუკეთესო შესრულებას ან გაქვთ დამატებითი კითხვები. ეს ნაშრომი განიხილავს საფეხურებრივი ძრავების შერჩევას, ფოკუსირებულია საფეხურებრივი ძრავების ინჟინერიის გამოცდილების გამოყენებაზე. იმედი მაქვს, რომ ავტომატიზაციის მოწყობილობებში საფეხურებრივი ძრავების პოპულარიზაცია მნიშვნელოვან როლს შეასრულებს.

 

1. შესავალისაფეხუროვანი ძრავა

საფეხურებრივი ძრავა ასევე ცნობილია, როგორც პულსური ძრავა ან საფეხურებრივი ძრავა. ის გარკვეული კუთხით მიიწევს წინ ყოველ ჯერზე, როდესაც აგზნების მდგომარეობა იცვლება შემავალი პულსური სიგნალის მიხედვით და უცვლელი რჩება გარკვეულ პოზიციაზე, როდესაც აგზნების მდგომარეობა უცვლელი რჩება. ეს საშუალებას აძლევს საფეხურებრივ ძრავას, შემავალი პულსური სიგნალი გარდაქმნას გამოსავლის შესაბამის კუთხურ გადაადგილებად. შემავალი იმპულსების რაოდენობის კონტროლით, შეგიძლიათ ზუსტად განსაზღვროთ გამოსავლის კუთხური გადაადგილება საუკეთესო პოზიციონირების მისაღწევად; ხოლო შემავალი იმპულსების სიხშირის კონტროლით, შეგიძლიათ ზუსტად აკონტროლოთ გამოსავლის კუთხური სიჩქარე და მიაღწიოთ სიჩქარის რეგულირების მიზანს. 1960-იანი წლების ბოლოს გაჩნდა სხვადასხვა პრაქტიკული საფეხურებრივი ძრავა და ბოლო 40 წლის განმავლობაში სწრაფი განვითარება შეინიშნება. საფეხურებრივი ძრავები შეძლეს DC ძრავების, ასინქრონული ძრავების, ასევე სინქრონული ძრავების გარდა, რაც ძრავის ძირითად ტიპად იქცა. არსებობს საფეხურებრივი ძრავების სამი ტიპი: რეაქტიული (VR ტიპი), მუდმივი მაგნიტური (PM ტიპი) და ჰიბრიდული (HB ტიპი). ჰიბრიდული საფეხურებრივი ძრავა აერთიანებს საფეხურებრივი ძრავის პირველი ორი ფორმის უპირატესობებს. საფეხუროვანი ძრავა შედგება როტორისგან (როტორის ბირთვი, მუდმივი მაგნიტები, ლილვი, ბურთულიანი საკისრები), სტატორისგან (გრაგნილი, სტატორის ბირთვი), წინა და უკანა თავსახურებისგან და ა.შ. ყველაზე ტიპურ ორფაზიან ჰიბრიდულ საფეხუროვან ძრავას აქვს სტატორი 8 დიდი კბილით, 40 პატარა კბილით და როტორი 50 პატარა კბილით; სამფაზიან ძრავას აქვს სტატორი 9 დიდი კბილით, 45 პატარა კბილით და როტორი 50 პატარა კბილით.

 

2, კონტროლის პრინციპი

ისსაფეხუროვანი ძრავაშეუძლებელია პირდაპირ უერთდებოდეს კვების წყაროს და არც ელექტრო იმპულსური სიგნალების პირდაპირ მიღება, ეს უნდა განხორციელდეს სპეციალური ინტერფეისის - საფეხუროვანი ძრავის დრაივერის მეშვეობით, რათა ურთიერთქმედებდეს კვების წყაროსთან და კონტროლერთან. საფეხუროვანი ძრავის დრაივერი, როგორც წესი, შედგება რგოლისებრი დისტრიბუტორისა და სიმძლავრის გამაძლიერებლის წრედისგან. რგოლისებრი გამყოფი იღებს მართვის სიგნალებს კონტროლერიდან. ყოველ ჯერზე, როდესაც მიიღება იმპულსური სიგნალი, რგოლისებრი გამყოფის გამომავალი სიგნალი ერთხელ გარდაიქმნება, ამიტომ იმპულსური სიგნალის არსებობა ან არარსებობა და სიხშირე განსაზღვრავს, არის თუ არა საფეხუროვანი ძრავის სიჩქარე მაღალი თუ დაბალი, აჩქარებს თუ ანელებს ჩართვის ან გაჩერების მიზნით. რგოლისებრი დისტრიბუტორი ასევე უნდა აკონტროლოს კონტროლერიდან მიღებული მიმართულების სიგნალი, რათა დაადგინოს, არის თუ არა მისი გამომავალი მდგომარეობის გადასვლები დადებითი თუ უარყოფითი თანმიმდევრობით და ამით განსაზღვროს საფეხუროვანი ძრავის საჭე.

 

3, ძირითადი პარამეტრები

① ბლოკის ნომერი: ძირითადად 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 და ა.შ.

②ფაზის ნომერი: სტეპერ ძრავის შიგნით ხვეულების რაოდენობა, სტეპერ ძრავის ფაზის ნომერი ზოგადად არის ორფაზიანი, სამფაზიანი, ხუთფაზიანი. ჩინეთი ძირითადად ორფაზიან სტეპერ ძრავებს იყენებს, სამფაზიანსაც აქვს გარკვეული გამოყენება. იაპონიაში უფრო ხშირად გამოიყენება ხუთფაზიანი სტეპერ ძრავები.

③ საფეხურის კუთხე: პულსური სიგნალის შესაბამისი, ძრავის როტორის ბრუნვის კუთხური გადაადგილება. საფეხურის ძრავის საფეხურის კუთხის გამოთვლის ფორმულა შემდეგია

ნაბიჯის კუთხე = 360° ÷ (2 მც)

m არის საფეხუროვანი ძრავის ფაზების რაოდენობა

Z არის საფეხუროვანი ძრავის როტორის კბილების რაოდენობა.

ზემოთ მოცემული ფორმულის მიხედვით, ორფაზიანი, სამფაზიანი და ხუთფაზიანი საფეხუროვანი ძრავების საფეხურის კუთხე შესაბამისად 1.8°, 1, 2° და 0.72°-ია.

④ შეკავების მომენტი: არის ძრავის სტატორის გრაგნილის მომენტი ნომინალური დენის მეშვეობით, მაგრამ როტორი არ ბრუნავს, სტატორი ბლოკავს როტორს. შეკავების მომენტი სტეპერიანი ძრავების ყველაზე მნიშვნელოვანი პარამეტრია და ძრავის შერჩევის მთავარი საფუძველია.

⑤ პოზიციონირების ბრუნვის მომენტი: არის ბრუნვის მომენტი, რომელიც საჭიროა როტორის გარე ძალით მოსაბრუნებლად, როდესაც ძრავა არ გადის დენს. ბრუნვის მომენტი ძრავის შესაფასებლად ერთ-ერთი ინდიკატორია, სხვა პარამეტრების შემთხვევაში კი, რაც უფრო მცირეა პოზიციონირების ბრუნვის მომენტი, მით უფრო მცირეა „ჭრილის ეფექტი“, მით უფრო სასარგებლოა დაბალი სიჩქარით მომუშავე ძრავის გლუვ მუშაობაზე. ბრუნვის მომენტის სიხშირის მახასიათებლები: ძირითადად ეხება გაწელილ ბრუნვის მომენტის სიხშირის მახასიათებლებს, ძრავას გარკვეული სიჩქარით სტაბილური მუშაობისთვის შეუძლია გაუძლოს მაქსიმალურ ბრუნვის მომენტს საფეხურის დაკარგვის გარეშე. მომენტ-სიხშირის მრუდი გამოიყენება მაქსიმალურ ბრუნვასა და სიჩქარეს (სიხშირეს) შორის ურთიერთობის აღსაწერად საფეხურის დაკარგვის გარეშე. ბრუნვის მომენტის სიხშირის მრუდი საფეხუროვანი ძრავის მნიშვნელოვანი პარამეტრია და ძრავის შერჩევის მთავარ საფუძველს წარმოადგენს.

⑥ ნომინალური დენი: ძრავის გრაგნილის დენი, რომელიც საჭიროა ნომინალური ბრუნვის შესანარჩუნებლად, ეფექტური მნიშვნელობა

 

4. წერტილების შერჩევა

სამრეწველო აპლიკაციებში გამოყენებული სტეპერ ძრავის სიჩქარე 600-დან 1500 ბრ/წთ-მდეა, უფრო მაღალი სიჩქარით, შეგიძლიათ განიხილოთ დახურული ციკლის სტეპერ ძრავის ამძრავი ან აირჩიოთ უფრო შესაფერისი სერვოძრავის პროგრამა სტეპერ ძრავის შერჩევის ეტაპებისთვის (იხილეთ ქვემოთ მოცემული სურათი).

 

(1) საფეხურის კუთხის არჩევანი

ძრავის ფაზების რაოდენობის მიხედვით, საფეხურის კუთხის სამი სახეობა არსებობს: 1.8° (ორფაზიანი), 1.2° (სამფაზიანი), 0.72° (ხუთფაზიანი). რა თქმა უნდა, ხუთფაზიან საფეხურის კუთხეს ყველაზე მაღალი სიზუსტე აქვს, მაგრამ მისი ძრავა და დრაივერი უფრო ძვირია, ამიტომ ჩინეთში იშვიათად გამოიყენება. გარდა ამისა, ძირითადი საფეხურის დრაივერები ამჟამად იყენებენ ქვედანაყოფის დრაივის ტექნოლოგიას, ქვემოთ მოცემულ 4 ქვედანაყოფში ქვედანაყოფის საფეხურის კუთხის სიზუსტე კვლავ გარანტირებულია, ამიტომ, თუ მხოლოდ საფეხურის კუთხის სიზუსტის ინდიკატორებიდან გამომდინარე, ხუთფაზიანი საფეხურის ძრავა შეიძლება შეიცვალოს ორფაზიანი ან სამფაზიანი საფეხურის ძრავით. მაგალითად, 5 მმ ხრახნიანი დატვირთვისთვის რაიმე სახის გამტარის გამოყენებისას, თუ გამოიყენება ორფაზიანი საფეხუროვანი ძრავა და დრაივერი დაყენებულია 4 ქვეგანყოფილებაზე, ძრავის ბრუნზე იმპულსების რაოდენობაა 200 x 4 = 800, ხოლო იმპულსის ეკვივალენტია 5 ÷ 800 = 0.00625 მმ = 6.25 μm, ეს სიზუსტე აკმაყოფილებს გამოყენების მოთხოვნების უმეტესობას.

(2) სტატიკური ბრუნვის (შეკავების ბრუნვის) შერჩევა

ხშირად გამოყენებული დატვირთვის გადაცემის მექანიზმებია სინქრონული ღვედები, ძაფის ღეროები, თარო და პინიონი და ა.შ. მომხმარებლები თავდაპირველად ითვლიან თავიანთი მანქანის დატვირთვას (ძირითადად აჩქარების ბრუნვის მომენტი პლუს ხახუნის ბრუნვის მომენტი), რომელიც გარდაიქმნება ძრავის ლილვზე საჭირო დატვირთვის ბრუნვის მომენტად. შემდეგ, ელექტრო ყვავილების მიერ მოთხოვნილი მაქსიმალური სიჩქარის მიხედვით, გამოიყენება შემდეგი ორი განსხვავებული გამოყენების შემთხვევა, რათა ავირჩიოთ საფეხურებრივი ძრავის ① შესაბამისი შეკავების ბრუნვის მომენტი 300pm ან ნაკლები ძრავის სიჩქარის გამოყენებისთვის: თუ მანქანის დატვირთვა გარდაიქმნება ძრავის ლილვის საჭირო დატვირთვის ბრუნვის მომენტში T1, მაშინ ეს დატვირთვის ბრუნვის მომენტი მრავლდება უსაფრთხოების კოეფიციენტზე SF (ზოგადად აღიქმება როგორც 1.5-2.0), ანუ საფეხურებრივი ძრავის საჭირო შეკავების ბრუნვის მომენტი Tn ②2. 300pm ან მეტი ძრავის სიჩქარის საჭიროების მქონე აპლიკაციებისთვის: დააყენეთ მაქსიმალური სიჩქარე Nmax, თუ მანქანის დატვირთვა გარდაიქმნება ძრავის ლილვზე, საჭირო დატვირთვის ბრუნვის მომენტია T1, მაშინ ეს დატვირთვის ბრუნვის მომენტი მრავლდება უსაფრთხოების კოეფიციენტზე SF (ჩვეულებრივ 2.5-3.5), რაც იძლევა შეკავების ბრუნვის მომენტში Tn. იხილეთ სურათი 4 და აირჩიეთ შესაფერისი მოდელი. შემდეგ გამოიყენეთ მომენტ-სიხშირის მრუდი შესამოწმებლად და შესადარებლად: მომენტ-სიხშირის მრუდზე, მომხმარებლის მიერ მოთხოვნილი მაქსიმალური სიჩქარე Nmax შეესაბამება T2-ის მაქსიმალურ დაკარგული საფეხურებრივი მომენტის ბრუნვას, მაშინ მაქსიმალური დაკარგული საფეხურებრივი მომენტი T2 20%-ით მეტი უნდა იყოს T1-ზე. წინააღმდეგ შემთხვევაში, აუცილებელია ახალი ძრავის შერჩევა უფრო დიდი ბრუნვის მომენტით და ხელახლა შემოწმება და შედარება ახლად შერჩეული ძრავის ბრუნვის მომენტის სიხშირის მრუდის მიხედვით.

(3) რაც უფრო დიდია ძრავის ბაზის ნომერი, მით უფრო დიდია შეკავების მომენტი.

(4) ნომინალური დენის მიხედვით, შესაბამისი სტეპერის დრაივერის შესარჩევად.

მაგალითად, თუ 57CM23 ძრავის ნომინალური დენი 5A-ია, მაშინ თქვენ არეგულირებთ ძრავის მაქსიმალურ დასაშვებ დენს 5A-ზე მეტით (გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ ეს არის ეფექტური მნიშვნელობა და არა პიკი), წინააღმდეგ შემთხვევაში, თუ მაქსიმალურ დენს მხოლოდ 3A აირჩევთ, ძრავის მაქსიმალური გამომავალი ბრუნვის მომენტი შეიძლება იყოს მხოლოდ დაახლოებით 60%!

5, განაცხადის გამოცდილება

(1) სტეპერ ძრავის დაბალი სიხშირის რეზონანსის პრობლემა

ქვედანაყოფის საფეხუროვანი ამძრავი საფეხუროვანი ძრავების დაბალი სიხშირის რეზონანსის შემცირების ეფექტური საშუალებაა. 150 ბრ/წთ-ზე ნაკლები სიჩქარით, ქვედანაყოფის ამძრავი ძალიან ეფექტურია ძრავის ვიბრაციის შესამცირებლად. თეორიულად, რაც უფრო დიდია ქვედანაყოფი, მით უკეთესია საფეხუროვანი ძრავის ვიბრაციის შემცირებაზე გავლენა, მაგრამ სინამდვილეში ქვედანაყოფი იზრდება 8-მდე ან 16-მდე მას შემდეგ, რაც საფეხუროვანი ძრავის ვიბრაციის შემცირების გაუმჯობესების ეფექტი ექსტრემალურ წერტილს მიაღწევს.

ბოლო წლებში, როგორც ქვეყნის შიგნით, ასევე მის ფარგლებს გარეთ, Leisai-ს DM, DM-S სერიის პროდუქტები დაბალი სიხშირის რეზონანსის საწინააღმდეგო ტექნოლოგიას იყენებს. დრაივერების ეს სერია იყენებს ჰარმონიულ კომპენსაციას, ამპლიტუდისა და ფაზის შესაბამისობის კომპენსაციის გზით, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს სტეპერ-ძრავის დაბალი სიხშირის ვიბრაციას, რაც უზრუნველყოფს ძრავის დაბალ ვიბრაციას და ხმაურის დაბალ დონეს.

(2) საფეხუროვანი ძრავის ქვედანაყოფის გავლენა პოზიციონირების სიზუსტეზე

საფეხურებრივი ძრავის ქვედანაყოფის ამძრავი სქემა არა მხოლოდ აუმჯობესებს მოწყობილობის მოძრაობის სიგლუვეს, არამედ ეფექტურად აუმჯობესებს აღჭურვილობის პოზიციონირების სიზუსტეს. ტესტები აჩვენებს, რომ: სინქრონული ქამრის ამძრავი მოძრაობის პლატფორმაზე, საფეხურებრივი ძრავის მე-4 ქვედანაყოფით, ძრავის ზუსტად პოზიციონირება შესაძლებელია თითოეულ ნაბიჯზე.