स्वचालन उपकरणों में स्टेपर मोटर्स का चयन

स्टेपर मोटर्सफीडबैक डिवाइस (यानी ओपन-लूप कंट्रोल) के इस्तेमाल के बिना स्पीड कंट्रोल और पोजिशनिंग कंट्रोल के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, इसलिए यह ड्राइव समाधान किफायती और विश्वसनीय दोनों है। ऑटोमेशन उपकरण, उपकरणों में, स्टेपर ड्राइव का बहुत व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। लेकिन तकनीकी कर्मियों के कई उपयोगकर्ताओं को इस बात पर अधिक सवाल हैं कि उपयुक्त स्टेपर मोटर का चयन कैसे करें, स्टेपर ड्राइव का सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन कैसे करें या अधिक प्रश्न हैं। यह पेपर स्टेपर मोटर्स के चयन पर चर्चा करता है, कुछ स्टेपर मोटर इंजीनियरिंग अनुभव के अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित करता है, मुझे उम्मीद है कि ऑटोमेशन उपकरणों में स्टेपर मोटर्स का लोकप्रियकरण संदर्भ में भूमिका निभाएगा।

 

1、परिचयस्टेपर मोटर

स्टेपर मोटर को पल्स मोटर या स्टेप मोटर के नाम से भी जाना जाता है। यह हर बार इनपुट पल्स सिग्नल के अनुसार उत्तेजना अवस्था बदलने पर एक निश्चित कोण से आगे बढ़ता है, और उत्तेजना अवस्था अपरिवर्तित रहने पर एक निश्चित स्थिति में स्थिर रहता है। यह स्टेपर मोटर को इनपुट पल्स सिग्नल को आउटपुट के लिए संबंधित कोणीय विस्थापन में बदलने की अनुमति देता है। इनपुट पल्स की संख्या को नियंत्रित करके आप सर्वोत्तम स्थिति प्राप्त करने के लिए आउटपुट के कोणीय विस्थापन को सटीक रूप से निर्धारित कर सकते हैं; और इनपुट पल्स की आवृत्ति को नियंत्रित करके आप आउटपुट की कोणीय गति को सटीक रूप से नियंत्रित कर सकते हैं और गति विनियमन के उद्देश्य को प्राप्त कर सकते हैं। 1960 के दशक के उत्तरार्ध में, कई प्रकार के व्यावहारिक स्टेपर मोटर अस्तित्व में आए, और पिछले 40 वर्षों में तेजी से विकास हुआ है। स्टेपर मोटर डीसी मोटर, एसिंक्रोनस मोटर, साथ ही सिंक्रोनस मोटर के साथ-साथ एक बुनियादी प्रकार की मोटर बनने में सक्षम रही हैं। स्टेपर मोटर तीन प्रकार की होती हैं: रिएक्टिव (वीआर प्रकार), स्थायी चुंबक (पीएम प्रकार) और हाइब्रिड (एचबी प्रकार)। हाइब्रिड स्टेपर मोटर स्टेपर मोटर के पहले दो रूपों के लाभों को जोड़ती है। स्टेपर मोटर में एक रोटर (रोटर कोर, स्थायी चुंबक, शाफ्ट, बॉल बेयरिंग), एक स्टेटर (वाइंडिंग, स्टेटर कोर), फ्रंट और रियर एंड कैप आदि होते हैं। सबसे आम दो-चरण हाइब्रिड स्टेपर मोटर में 8 बड़े दांतों वाला एक स्टेटर, 40 छोटे दांत और 50 छोटे दांतों वाला एक रोटर होता है; एक तीन-चरण मोटर में 9 बड़े दांतों वाला एक स्टेटर, 45 छोटे दांत और 50 छोटे दांतों वाला एक रोटर होता है

 

2、नियंत्रण सिद्धांत

स्टेपर मोटरसीधे बिजली की आपूर्ति से जुड़ा नहीं जा सकता है, न ही यह सीधे विद्युत पल्स संकेतों को प्राप्त कर सकता है, इसे एक विशेष इंटरफेस के माध्यम से महसूस किया जाना चाहिए - बिजली की आपूर्ति और नियंत्रक के साथ बातचीत करने के लिए स्टेपर मोटर चालक। स्टेपर मोटर चालक आम तौर पर एक रिंग वितरक, और एक पावर एम्पलीफायर सर्किट से बना होता है। रिंग डिवाइडर नियंत्रक से नियंत्रण संकेतों को प्राप्त करता है। हर बार जब एक पल्स सिग्नल प्राप्त होता है तो रिंग डिवाइडर का आउटपुट एक बार परिवर्तित होता है, इसलिए पल्स सिग्नल की उपस्थिति या अनुपस्थिति और आवृत्ति यह निर्धारित कर सकती है कि स्टेपर मोटर की गति उच्च या निम्न है, शुरू या बंद करने के लिए त्वरण या कमी। रिंग वितरक को यह निर्धारित करने के लिए नियंत्रक से दिशा संकेत की निगरानी भी करनी चाहिए कि क्या इसके आउटपुट स्थिति संक्रमण सकारात्मक या नकारात्मक क्रम में हैं, और इस प्रकार स्टेपर मोटर के स्टीयरिंग को निर्धारित करते हैं।

 

3、मुख्य पैरामीटर

①ब्लॉक संख्या: मुख्यतः 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, आदि।

②चरण संख्या: स्टेपर मोटर के अंदर कॉइल की संख्या, स्टेपर मोटर चरण संख्या में आम तौर पर दो-चरण, तीन-चरण, पांच-चरण होते हैं। चीन मुख्य रूप से दो-चरण स्टेपर मोटर्स का उपयोग करता है, तीन-चरण में भी कुछ अनुप्रयोग हैं। जापान में अक्सर पाँच-चरण स्टेपर मोटर्स का उपयोग किया जाता है

③स्टेप एंगल: पल्स सिग्नल के अनुरूप, मोटर रोटर रोटेशन का कोणीय विस्थापन। स्टेपर मोटर स्टेप एंगल गणना सूत्र इस प्रकार है

चरण कोण = 360° ÷ (2mz)

m स्टेपर मोटर के चरणों की संख्या

Z एक स्टेपर मोटर के रोटर के दांतों की संख्या है।

उपरोक्त सूत्र के अनुसार, दो-चरण, तीन-चरण और पांच-चरण स्टेपर मोटर्स का चरण कोण क्रमशः 1.8 °, 1,2 ° और 0.72 ° है

④ होल्डिंग टॉर्क: मोटर के स्टेटर वाइंडिंग का रेटेड करंट के माध्यम से टॉर्क होता है, लेकिन रोटर घूमता नहीं है, स्टेटर रोटर को लॉक कर देता है। होल्डिंग टॉर्क स्टेपर मोटर्स का सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है, और मोटर चयन का मुख्य आधार है

⑤ पोजिशनिंग टॉर्क: मोटर में करंट पास न होने पर रोटर को बाहरी बल से घुमाने के लिए आवश्यक टॉर्क है। टॉर्क मोटर का मूल्यांकन करने के लिए प्रदर्शन संकेतकों में से एक है, अन्य मापदंडों के समान होने की स्थिति में, पोजिशनिंग टॉर्क जितना छोटा होता है, इसका मतलब है कि "स्लॉट प्रभाव" छोटा होता है, कम गति पर चलने वाली मोटर की चिकनाई के लिए अधिक फायदेमंद होता है टॉर्क आवृत्ति विशेषताएँ: मुख्य रूप से खींचे गए टॉर्क आवृत्ति विशेषताओं को संदर्भित करता है, एक निश्चित गति पर मोटर स्थिर संचालन बिना कदम खोए अधिकतम टॉर्क का सामना कर सकता है। क्षण-आवृत्ति वक्र का उपयोग अधिकतम टॉर्क और गति (आवृत्ति) के बीच संबंध का वर्णन करने के लिए किया जाता है, बिना कदम खोए। टॉर्क आवृत्ति वक्र स्टेपर मोटर का एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है और मोटर चयन का मुख्य आधार है।

⑥ रेटेड करंट: रेटेड टॉर्क को बनाए रखने के लिए आवश्यक मोटर वाइंडिंग करंट, प्रभावी मूल्य

 

4、बिंदुओं का चयन

औद्योगिक अनुप्रयोगों में 600 ~ 1500rpm तक की गति वाले स्टेपर मोटर का उपयोग किया जाता है, उच्च गति पर, आप बंद-लूप स्टेपर मोटर ड्राइव पर विचार कर सकते हैं, या अधिक उपयुक्त सर्वो ड्राइव प्रोग्राम स्टेपर मोटर चयन चरणों का चयन कर सकते हैं (नीचे चित्र देखें)।

 

(1) चरण कोण का चुनाव

मोटर के चरणों की संख्या के अनुसार, तीन प्रकार के चरण कोण होते हैं: 1.8 ° (दो-चरण), 1.2 ° (तीन-चरण), 0.72 ° (पांच-चरण)। बेशक, पांच-चरण चरण कोण में सबसे अधिक सटीकता है, लेकिन इसकी मोटर और ड्राइवर अधिक महंगे हैं, इसलिए इसका उपयोग चीन में शायद ही कभी किया जाता है। इसके अलावा, मुख्यधारा के स्टेपर ड्राइवर अब उपखंड ड्राइव तकनीक का उपयोग कर रहे हैं, नीचे 4 उपखंड में, उपखंड चरण कोण सटीकता की अभी भी गारंटी दी जा सकती है, इसलिए यदि चरण कोण सटीकता संकेतक अकेले विचार से हैं, तो पांच-चरण स्टेपर मोटर को दो-चरण या तीन-चरण स्टेपर मोटर द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, 5 मिमी स्क्रू लोड के लिए किसी प्रकार के लीड के अनुप्रयोग में, यदि दो-चरण स्टेपिंग मोटर का उपयोग किया जाता है और ड्राइवर को 4 उपविभाजनों पर सेट किया जाता है, तो मोटर के प्रति चक्कर में पल्स की संख्या 200 x 4 = 800 होती है, और पल्स समतुल्य 5 ÷ 800 = 0.00625 मिमी = 6.25μm होता है, यह सटीकता अधिकांश अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा कर सकती है।

(2) स्थैतिक टॉर्क (होल्डिंग टॉर्क) चयन

आमतौर पर प्रयुक्त लोड संचरण तंत्रों में सिंक्रोनस बेल्ट, फिलामेंट बार, रैक और पिनियन आदि शामिल हैं। ग्राहक सबसे पहले अपने मशीन लोड (मुख्य रूप से त्वरण टॉर्क और घर्षण टॉर्क) की गणना करते हैं, जिसे मोटर शाफ्ट पर आवश्यक लोड टॉर्क में परिवर्तित किया जाता है। फिर, विद्युत प्रवाह के लिए आवश्यक अधिकतम चलने की गति के अनुसार, 300pm या उससे कम की आवश्यक मोटर गति के अनुप्रयोग के लिए स्टेपर मोटर ① के उपयुक्त होल्डिंग टॉर्क को चुनने के लिए निम्नलिखित दो अलग-अलग उपयोग के मामले हैं: यदि मशीन लोड को मोटर शाफ्ट आवश्यक लोड टॉर्क T1 में परिवर्तित किया जाता है, तो यह लोड टॉर्क एक सुरक्षा कारक SF (आमतौर पर 1.5-2.0 के रूप में लिया जाता है) से गुणा किया जाता है, अर्थात, आवश्यक स्टेपर मोटर होल्डिंग टॉर्क Tn ②2 है। 300pm या उससे अधिक की मोटर गति की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए: अधिकतम गति Nmax सेट करें, यदि मशीन लोड को मोटर शाफ्ट में परिवर्तित किया जाता है, तो आवश्यक लोड टॉर्क T1 है, फिर यह लोड टॉर्क एक सुरक्षा कारक SF (आमतौर पर 2.5-3.5) से गुणा किया जाता है फिर जाँच और तुलना करने के लिए क्षण-आवृत्ति वक्र का उपयोग करें: क्षण-आवृत्ति वक्र पर, उपयोगकर्ता द्वारा आवश्यक अधिकतम गति Nmax T2 के अधिकतम खोए हुए चरण टॉर्क से मेल खाती है, तो अधिकतम खोया हुआ चरण टॉर्क T2 T1 से 20% अधिक होना चाहिए। अन्यथा, एक बड़े टॉर्क के साथ एक नई मोटर का चयन करना आवश्यक है, और नए चयनित मोटर के टॉर्क आवृत्ति वक्र के अनुसार फिर से जाँच और तुलना करें।

(3) मोटर बेस संख्या जितनी बड़ी होगी, होल्डिंग टॉर्क उतना ही बड़ा होगा।

(4) रेटेड वर्तमान के अनुसार मिलान स्टेपर ड्राइवर का चयन करने के लिए।

उदाहरण के लिए, एक मोटर 57CM23 की रेटेड धारा 5A है, तो आप ड्राइव की अधिकतम स्वीकार्य धारा 5A से अधिक से मिलान करते हैं (कृपया ध्यान दें कि यह शिखर के बजाय प्रभावी मूल्य है), अन्यथा यदि आप केवल 3A ड्राइव की अधिकतम धारा चुनते हैं, तो मोटर का अधिकतम आउटपुट टॉर्क केवल 60% हो सकता है!

5, आवेदन अनुभव

(1) स्टेपर मोटर कम आवृत्ति अनुनाद समस्या

सबडिवीजन स्टेपर ड्राइव स्टेपर मोटर्स की कम आवृत्ति प्रतिध्वनि को कम करने का एक प्रभावी तरीका है। 150rpm से नीचे, सबडिवीजन ड्राइव मोटर के कंपन को कम करने में बहुत प्रभावी है। सैद्धांतिक रूप से, सबडिवीजन जितना बड़ा होगा, स्टेपर मोटर कंपन को कम करने पर उतना ही बेहतर प्रभाव होगा, लेकिन वास्तविक स्थिति यह है कि स्टेपर मोटर कंपन को कम करने पर सुधार प्रभाव चरम पर पहुंचने के बाद सबडिवीजन 8 या 16 तक बढ़ जाता है

हाल के वर्षों में, देश और विदेश में एंटी-लो-फ़्रीक्वेंसी रेज़ोनेंस स्टेपर ड्राइवर सूचीबद्ध किए गए हैं, लीसाई के डीएम, डीएम-एस श्रृंखला के उत्पाद, एंटी-लो-फ़्रीक्वेंसी रेज़ोनेंस तकनीक। ड्राइवरों की यह श्रृंखला हार्मोनिक मुआवजे का उपयोग करती है, आयाम और चरण मिलान मुआवजे के माध्यम से, स्टेपर मोटर के कम आवृत्ति कंपन को बहुत कम कर सकती है, मोटर के कम कंपन और कम शोर संचालन को प्राप्त करने के लिए।

(2) स्थिति सटीकता पर स्टेपर मोटर उपविभाजन का प्रभाव

स्टेपर मोटर उपविभाजन ड्राइव सर्किट न केवल डिवाइस आंदोलन की चिकनाई में सुधार कर सकता है, बल्कि उपकरण की स्थिति सटीकता में भी प्रभावी रूप से सुधार कर सकता है। परीक्षणों से पता चलता है कि: सिंक्रोनस बेल्ट ड्राइव मोशन प्लेटफॉर्म में, स्टेपर मोटर 4 उपविभाजन, मोटर को प्रत्येक चरण में सटीक रूप से तैनात किया जा सकता है।