स्वचालन उपकरणों में स्टेपर मोटर्स का चयन

स्टेपर मोटर्सफीडबैक उपकरणों (यानी ओपन-लूप नियंत्रण) के उपयोग के बिना गति नियंत्रण और स्थिति नियंत्रण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, इसलिए यह ड्राइव समाधान किफायती और विश्वसनीय दोनों है। स्वचालन उपकरणों और उपकरणों में, स्टेपर ड्राइव का व्यापक रूप से उपयोग किया गया है। लेकिन कई तकनीकी कर्मियों के मन में इस बात को लेकर सवाल हैं कि उपयुक्त स्टेपर मोटर का चयन कैसे करें, स्टेपर ड्राइव का सर्वोत्तम प्रदर्शन कैसे करें या और भी बहुत कुछ। यह लेख स्टेपर मोटर्स के चयन पर चर्चा करता है, और कुछ स्टेपर मोटर इंजीनियरिंग अनुभव के अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित करता है। मुझे उम्मीद है कि स्वचालन उपकरणों में स्टेपर मोटर्स का लोकप्रियकरण एक संदर्भ भूमिका निभाएगा।

 

1、परिचयस्टेपर मोटर

स्टेपर मोटर को पल्स मोटर या स्टेप मोटर भी कहा जाता है। यह इनपुट पल्स सिग्नल के अनुसार हर बार उत्तेजना अवस्था बदलने पर एक निश्चित कोण से आगे बढ़ती है, और उत्तेजना अवस्था अपरिवर्तित रहने पर एक निश्चित स्थिति में स्थिर रहती है। इससे स्टेपर मोटर इनपुट पल्स सिग्नल को आउटपुट के लिए संगत कोणीय विस्थापन में परिवर्तित कर पाती है। इनपुट पल्स की संख्या को नियंत्रित करके आप सर्वोत्तम स्थिति प्राप्त करने के लिए आउटपुट के कोणीय विस्थापन का सटीक निर्धारण 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 नियंत्रण के उद्देश्य को प्राप्त कर सकते हैं। 1960 के दशक के उत्तरार्ध में, विभिन्न प्रकार के व्यावहारिक स्टेपर मोटर्स अस्तित्व में आए, और पिछले 40 वर्षों में इनका तीव्र विकास हुआ है। स्टेपर मोटर्स ने डीसी मोटर्स, एसिंक्रोनस मोटर्स, और सिंक्रोनस मोटर्स के साथ-साथ एक बुनियादी प्रकार की मोटर भी बनाई है। स्टेपर मोटर्स 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), आगे और पीछे के सिरे के कैप आदि होते हैं। सबसे विशिष्ट दो-फेज हाइब्रिड स्टेपर मोटर में 8 बड़े दांतों वाला एक स्टेटर, 40 छोटे दांतों वाला एक रोटर और 50 छोटे दांतों वाला एक रोटर होता है; एक तीन-फेज मोटर में 9 बड़े दांतों वाला एक स्टेटर, 45 छोटे दांतों वाला एक रोटर और 50 छोटे दांतों वाला एक रोटर होता है।

 

2、नियंत्रण सिद्धांत

स्टेपर मोटरसीधे बिजली की आपूर्ति से नहीं जोड़ा जा सकता है, न ही यह सीधे विद्युत पल्स सिग्नल 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 संकेत प्राप्त करता है। प्रत्येक बार जब 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 त्वरित या धीमा हो रही है या नहीं। 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 का निर्धारण करते हैं।

 

3、मुख्य पैरामीटर

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

2 फेज़ संख्या: स्टेपर मोटर के अंदर कुंडलियों की संख्या। स्टेपर मोटर की फेज़ संख्या आमतौर पर दो-फेज, तीन-फेज और पाँच-फेज होती है। चीन में मुख्य रूप से दो-फेज स्टेपर मोटर का उपयोग होता है, और तीन-फेज के भी कुछ अनुप्रयोग हैं। जापान में पाँच-फेज स्टेपर मोटर का अधिक उपयोग होता है।

③चरण कोण: पल्स सिग्नल के अनुरूप, मोटर रोटर घूर्णन का कोणीय विस्थापन। स्टेपर मोटर चरण कोण गणना सूत्र इस प्रकार है

चरण कोण = 360° ÷ (2mz)

m एक 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 द्वारा रेटेड करंट के माध्यम से दिया जाने वाला टॉर्क, रोटर के घूमने पर 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 न होने पर रोटर को बाहरी बल से घुमाने के लिए आवश्यक टॉर्क। टॉर्क मोटर के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने वाले संकेतकों में से एक है। अन्य मापदंडों के समान होने की स्थिति में, पोजिशनिंग टॉर्क जितना छोटा होता है, "स्लॉट प्रभाव" उतना ही छोटा होता है, जो कम गति पर चलने वाली मोटर की सुगमता 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 स्टेप खोए अधिकतम टॉर्क का सामना कर सकता है। क्षण-आवृत्ति वक्र का उपयोग स्टेप के नुकसान के बिना अधिकतम टॉर्क और गति (आवृत्ति) के बीच संबंध का वर्णन करने के लिए किया जाता है। 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, चरण कोण तीन प्रकार के होते हैं: 1.8° (दो-चरण), 1.2° (तीन-चरण), और 0.72° (पाँच-चरण)। बेशक, पाँच-चरण चरण कोण की सटीकता सबसे अधिक होती है, लेकिन इसकी मोटर और ड्राइवर ज़्यादा महंगे होते हैं, इसलिए चीन में इसका इस्तेमाल कम ही होता है। इसके अलावा, मुख्यधारा के स्टेपर ड्राइवर अब उप-विभाजन ड्राइव तकनीक का उपयोग कर रहे हैं। नीचे दिए गए 4 उप-विभाजनों में, उप-विभाजन चरण कोण सटीकता की अभी भी गारंटी दी जा सकती है, इसलिए यदि केवल चरण कोण सटीकता संकेतकों को ध्यान में रखा जाए, तो पाँच-चरण स्टेपर मोटर को दो-चरण या तीन-चरण स्टेपर मोटर से बदला 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 उपयोग किए जाने वाले लोड ट्रांसमिशन 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, इलेक्ट्रिक फ्लावर्स द्वारा आवश्यक अधिकतम रनिंग गति के अनुसार, स्टेपर मोटर के उपयुक्त होल्डिंग टॉर्क को चुनने के लिए निम्नलिखित दो अलग-अलग उपयोग के मामले हैं 1 300pm या उससे कम की आवश्यक मोटर गति के अनुप्रयोग के लिए: 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 के लिए 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 आघूर्ण-आवृत्ति वक्र का उपयोग करके जाँच और तुलना करें: आघूर्ण-आवृत्ति वक्र पर, उपयोगकर्ता द्वारा आवश्यक अधिकतम गति Nmax, T2 के अधिकतम लुप्त चरण बलाघूर्ण के अनुरूप है, तो अधिकतम लुप्त चरण बलाघूर्ण T2, T1 से 20% अधिक होना चाहिए। अन्यथा, अधिक बलाघूर्ण वाली एक नई मोटर का चयन करना आवश्यक है, और नई चयनित मोटर के बलाघूर्ण आवृत्ति वक्र के अनुसार पुनः 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 मेल खाते 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 मोटर के निम्न आवृत्ति अनुनाद को कम करने का एक प्रभावी तरीका है। 150 आरपीएम से नीचे, सबडिवीजन ड्राइव मोटर के कंपन को कम करने में बहुत प्रभावी है। सैद्धांतिक रूप से, सबडिवीजन जितना बड़ा होगा, स्टेपर मोटर के कंपन को कम करने पर प्रभाव उतना ही बेहतर होगा, लेकिन वास्तविक स्थिति यह है कि स्टेपर मोटर के कंपन को कम करने पर सुधार प्रभाव चरम पर पहुँचने के बाद सबडिवीजन 8 या 16 तक बढ़ जाता है।

हाल के वर्षों में, देश-विदेश में लीसाई के डीएम और डीएम-एस श्रृंखला के उत्पादों में कम-आवृत्ति अनुनाद-रोधी स्टेपर ड्राइवर सूचीबद्ध किए गए हैं, जो कम-आवृत्ति अनुनाद-रोधी तकनीक से युक्त हैं। ड्राइवरों की यह श्रृंखला हार्मोनिक क्षतिपूर्ति का उपयोग करती है, जो आयाम और चरण मिलान क्षतिपूर्ति के माध्यम से स्टेपर मोटर के कम आवृत्ति कंपन को बहुत कम कर सकती है, जिससे मोटर का कम कंपन और कम शोर वाला संचालन प्राप्त होता है।

(2) स्थिति सटीकता पर स्टेपर मोटर उपविभाजन का प्रभाव

स्टेपर मोटर सबडिवीजन ड्राइव सर्किट न केवल उपकरण की गति की सुगमता 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 प्लेटफ़ॉर्म में, स्टेपर मोटर 4 सबडिवीजन में, मोटर को प्रत्येक चरण पर सटीक रूप से स्थित किया जा सकता है।