Žingsniniai varikliai yra skaitmeniniai įrenginiai, plačiai naudojami daugelyje sričių, kur reikalingas tikslus judesio valdymas, pavyzdžiui, spausdintuvuose, diskų įrenginiuose, X-Y braižytuvuose, robotikoje, medicininėje įrangoje ir CNC staklėse. Jie konvertuoja skaitmeninius impulsus į mechaninį veleno sukimąsi, kas leidžia tiksliai kontroliuoti padėtį. Teisingas žingsninio variklio ir jo valdiklio pasirinkimas yra esminis sėkmingam projekto įgyvendinimui.
Žingsninių variklių privalumai
Žingsniniai varikliai pasižymi daugybe privalumų, lyginant su tradiciniais nuolatinės srovės varikliais, todėl jie yra ypač vertingi dideliems pirkėjams:
- Nepaprastas tikslumas: Žingsninis variklis sukasi diskretiniais padaliniais arba žingsniais, užtikrindamas, kad gavęs signalą, jis visada pasislinks tiksliai nustatytu atstumu. Tai gyvybiškai svarbu srityse, kur net nedidelės nuokrypos gali sukelti žalą ar klaidas.
- Patikimumas: Suprojektuoti su mažesniu judančių dalių skaičiumi, žingsniniai varikliai tarnauja ilgiau ir reikalauja mažiau priežiūros.
- Ekonomiškumas: Žingsniniai varikliai dažnai yra pigesni už kitus variklius, turinčius panašias galimybes, ypač perkant dideliais kiekiais.
- Energijos taupymas: Jie sunaudoja mažiau energijos, ypač kai nejudėdami, kas padeda sumažinti elektros sąnaudas.
- Paprastas valdymas: Žingsniniai varikliai veikia su paprastomis valdymo sistemomis ir tinka įvairioms programoms.
- Nereikia grįžtamojo ryšio: Daugelis sistemų gali veikti atvirojo ciklo režimu, sumažinant sudėtingumą ir kainą.
Kaip pasirinkti tinkamą žingsninį variklį?
Renkantis žingsninį variklį, svarbu atsižvelgti į kelis esminius veiksnius, kurie užtikrins optimalų sistemos veikimą:
1. Laikymo momentas (sukimo momentas)
Laikymo momentas yra panašus į „galią“ įprastame variklyje. Tai sukamoji jėga, kurią variklis sukuria. Apskaičiuokite apytikslius sukimo momento reikalavimus pagal skirtingus perdavimo režimus ir apkrovos sąlygas, atsižvelgdami į greitį, inerciją, įrenginio dydį ir tikslumą.
- Jei sukimo momentas yra mažesnis nei 0,8 N.m, rinkitės 20, 28, 35, 39, 42 mm skersmens arba kvadratinių kėbulų variklius.
- Jei sukimo momentas yra apie 1 N.m, rinkitės 57 mm variklius.
- Kai sukimo momentas siekia kelis N.m ar daugiau, reikėtų rinktis 86, 110, 130 ir didesnių specifikacijų žingsninius variklius.
Renkantis variklio išėjimo sukimo momentą, reikėtų numatyti tam tikrą saugos koeficientą (nuo 1,25 iki 2,5), kad būtų išvengta žingsnio praradimo gedimų variklio veikimo metu. Per didelis sukimo momentas gali sukelti mechaninės sistemos rezonansą ir priešlaikinį nusidėvėjimą.
2. Variklio greitis ir inercijos apkrovos
Variklio išėjimo sukimo momentas yra atvirkščiai proporcingas greičiui. Tai reiškia, kad žingsninio variklio išėjimo sukimo momentas yra didelis esant mažam greičiui (šimtai apsisukimų per minutę ar mažiau) ir labai mažas esant dideliam greičiui (1000-9000 apsisukimų per minutę).
- Jei reikalingas didelis greitis, rinkitės variklį su mažesne induktyvumu ir didesne fazės srove.
- Jei reikalingas mažas greitis ir didelis sukimo momentas, geriau rinktis variklį su daugiau nei dešimties ar dešimčių mH induktyvumu ir didesne varža.
Inercija yra objekto atsparumo greičio pokyčiui matas. Kuo didesnė objekto inercija, tuo didesnis sukimo momentas reikalingas jam pagreitinti ar sulėtinti. Norint efektyviausios žingsninio variklio sistemos, sankabos santykis (pavaros santykis) turėtų būti parinktas taip, kad atspindėta apkrovos inercija būtų lygi arba didesnė už žingsninio variklio rotoriaus inerciją. Rekomenduojama, kad šis santykis nebūtų mažesnis nei 10 kartų už rotoriaus inerciją.
3. Žingsnio kampas ir fazių skaičius
Žingsnio kampas yra kampas, kurį variklis pasuka vienu žingsniu. Mažesnis žingsnio kampas reiškia didesnį tikslumą, kas puikiai tinka CNC įrenginiams ar 3D spausdintuvams. Didesni kampai tinka paprastiems darbams, kai tikslus padėties nustatymas nėra svarbus.
- Kuo daugiau fazių, tuo mažesnis gali būti žingsnio kampas, o variklio vibracija darbo metu yra santykinai mažesnė.
- Daugeliu atvejų naudojami dvifaziai varikliai.
- Didelio greičio ir didelio sukimo momento aplinkoje praktiškiau pasirinkti trifazį žingsninį variklį. Dvifaziai varikliai pasižymi maža kaina, tačiau mažo greičio vibracija yra didelė, o didelio greičio sukimo momentas greitai sumažėja. Penkių fazių variklis turi mažesnę vibraciją ir geresnį didelio greičio veikimą, kuris yra 30-50% didesnis nei dvifazio variklio.
4. Maitinimo šaltinis ir srovės reikalavimai
Įsitikinkite, kad variklis fiziškai veiks su jūsų turima įtampa ir srove. Skirtingi varikliai gali reikšti didesnės srovės ir įtampos poreikį, todėl visus techninius duomenis ir specifikacijas būtina atidžiai patikrinti. Netinkamas derinys gali sukelti gedimą arba pažeisti variklį.
5. Aplinkos sąlygos
Atsižvelgiant į aplinką, kurioje bus naudojamas žingsninis variklis, tam tikrais atvejais reikėtų rinktis specialų žingsninį variklį su specialiomis funkcijomis, tokiomis kaip atsparumas vandeniui, alyvai ar smūgiams. Pavyzdžiui, povandeniniams robotams reikalingi vandeniui atsparūs varikliai.
6. Montavimo matmenys
Variklio montavimo matmenys apima montavimo flanšo dydį, korpuso dydį, išėjimo veleno dydį ir išėjimo veleno tipą (optinis velenas, platformos velenas ir velenas su raktu).
7. Tikslumo reikalavimai (uždarojo ciklo žingsniniai varikliai)
Jei tikslumo reikalavimai yra santykinai aukšti, pirmenybė teikiama žingsniniam varikliui su enkoderiu, t. y. uždarojo ciklo žingsniniam varikliui. Tai leidžia stebėti ir koreguoti variklio padėtį, užtikrinant didesnį tikslumą.
8. Trinties apkrovos
Visos mechaninės sistemos pasižymi tam tikra trinties jėga, pvz., guolių pasipriešinimas, slydimo trintis, sistemos nusidėvėjimas ar alyvos pripildyto reduktoriaus klampa (priklausanti nuo temperatūros). Žingsninis variklis turi būti pasirinktas taip, kad galėtų įveikti bet kokią sistemos trintį ir vis tiek užtikrinti reikiamą sukimo momentą inercinei apkrovai pagreitinti.
Žingsninio variklio valdiklio (draiverio) pasirinkimas
Žingsninio variklio gamintojai paprastai siūlo valdiklius, kurie yra visiškai suderinami su jų gaminiais. Visi varikliai, kaip taisyklė, geriausiai veikia su atitinkamu žingsniniu valdikliu. Valdiklis konvertuoja loginius impulsus, nuosekliai tiekdami energiją žingsninio variklio apvijoms, paprastai vienas pateiktas impulsas suteikia vieną variklio pasukimo žingsnį. Valdiklis užtikrina tikslų, valdomą greitį ir padėties nustatymą.
Pagrindiniai valdiklių veikimo režimai:
- Visas žingsnis (Full step): Kiekvienas impulsas priverčia variklį pasukti žingsnio kampu (pvz., 1,8° standartiniam 2 fazių varikliui).
- Pusė žingsnio (Half step): Variklis pasisuka pusės žingsnio kampu (pvz., 0,9°), padidinant tikslumą.
- Mikro žingsnis (Micro-step): Mikro žingsnio valdiklis užtikrina mažą greitį ir aukštą tikslumą bei mažą vibraciją. Jis tiksliai kontroliuoja srovę variklio apvijose, padalindamas vieną žingsnio kampą į kelis mikro žingsnius. Tai leidžia varikliui veikti stabiliau ir pasiekti didesnę tikslumą (pvz., 16 rezoliucijos veiksmas gali padidinti variklio tikslumą iki 3200 žingsnių per apsisukimą).
Valdiklio pasirinkimo principai:
- Valdiklio srovė: Valdiklio maksimali srovė turėtų būti šiek tiek didesnė už variklio vardinę srovę. Dažniausiai valdiklių srovės svyruoja nuo 2.0A, 3.5A, 6.0A, 8.0A ir pan.
- Maitinimo įtampa: Aukšta įtampa padeda pasiekti geresnį greitį. Bendrai, įtampa skiriasi 24VDC, 40VDC, 80VDC, 110VAC ir pan. Dideliems sukimo momento varikliams, kiek įmanoma, naudokite aukštos įtampos valdiklius.
- Mikro žingsnių skaičius: Plečiant mikro žingsnių skaičių, galima pagerinti valdymo tikslumą ir padidinti variklio stabilumą. Nors žingsninis variklis gali vibruoti žemu dažniu, vibracija gali būti sumažinta didinant skiriamąją gebą.
Renkantis valdiklį, be techninių parametrų, verta atsižvelgti ir į gamintojo teikiamą techninę pagalbą, gaminio stabilumą ir lanksčias sąlygas.
Kaip veikia žingsninis variklis?
Papildomi patarimai ir svarbūs aspektai
- Produkto pozicionavimas: Jei įrenginio eksploataciniai reikalavimai yra labai aukšti ir klientas turi aukštus reikalavimus prekės ženklui, tuomet atrenkami kai kurie dideli prekiniai ženklai pasaulyje. Jei klientas ieško kokybės ir ekonomiškumo, yra tinkami Kinijos gamintojų, pavyzdžiui, Shenzhen ECON Technology, produktai.
- Komunikacija su gamintoju: Jei reikia, geriausia toliau bendrauti su gamintojo techniniu inžinieriumi, kad patvirtintumėte, ar pasirinktas žingsninis variklis gali atitikti visus reikalaujamus rodiklius.
- Vielų apvijos: Žingsniniai varikliai gali būti su unifiliarinėmis arba bifiliarinėmis apvijomis. Unifiliarinė apvija turi vieną apvijų rinkinį kiekvienam statoriaus poliui ir 4 laidus. Bifiliarinė apvija turi porą apvijų kiekvienam statoriaus poliui ir 6 arba 8 laidus, priklausomai nuo jungties. Šią laidų konfigūraciją galima valdyti unipoliniu arba bipoliniu valdikliu.
Žingsninio variklio šilimas
Normalu, kad žingsninis variklis dirbdamas įkaista (50 - 90°C). Maksimali leistina variklio korpuso temperatūra turėtų būti nurodyta variklio gamintojo. Variklio galia yra apribota maksimalia leistina žingsninio variklio izoliacijos temperatūra. Izoliacijos klasės "B" žingsniniai varikliai turi maksimalią temperatūrą 150°C. Todėl klasės "B" varikliai paprastai yra vertinami su korpuso temperatūra 90° -100°C, atsižvelgiant į numatomą aplinkos temperatūrą. Sumažinti žingsninio variklio šildymą padeda tinkamas montavimas ir aušinimo metodai.
Trikčių šalinimas
Jei variklis neveikia tinkamai, pirmiausia patikrinkite maitinimą ir įsitikinkite, kad jis gauna pakankamai energijos. Patikrinkite laidus - nepritvirtinti arba nutrūkę laidai gali sukelti problemų. Jei viskas gerai, bet variklis vis tiek neveikia, tai gali būti programinės įrangos klaida. Dažna problema yra perkaitimas. Jei problemos išlieka, kreipkitės į gamintojo techninę pagalbą.
Skirtumas tarp žingsninio ir servo variklių
Nors tiek žingsniniai, tiek servo varikliai naudojami judesio valdymui (impulsinis traukinys ir krypties signalas), yra didelių skirtumų dėl veikimo ir taikymo atvejų.
- Žingsniniai varikliai: linkę į žemo dažnio vibracijas esant mažam greičiui. Šis reiškinys, nulemtas žingsninio variklio veikimo principo, yra labai nepalankus normaliam mašinos veikimui. Norint įveikti žemo dažnio vibraciją, paprastai reikia naudoti slopinimo technologiją, pvz., varikliui pridėti slopintuvą arba naudoti valdiklio padalijimo technologiją. Jie yra ekonomiškai efektyvus sprendimas daugeliui judesio valdymo programų.
- Kintamosios srovės servo varikliai: dirba labai sklandžiai ir nevibruoja net esant mažam greičiui. Jie pasižymi dideliu galios diapazonu, dideliu išėjimo greičiu, greitu atsaku ir gali būti naudojami įvairiose aplinkose. Servo varikliai dažnai yra brangesni, tačiau siūlo aukštesnį tikslumą ir sklandesnį veikimą.
Pasirinkimas tarp žingsninio ir servo variklio daugiausia priklauso nuo konkretaus pritaikymo, apkrovos pobūdžio (pvz., horizontali ar vertikali apkrova), sukimo momento, inercijos, greičio, tikslumo, pagreičio ir lėtinimo reikalavimų, taip pat valdymo reikalavimų (pvz., sąsajos ir ryšio aspektai).
tags: #kaip #pasirinkti #stepper #motora