توانایی قدرتمند استپر موتورهای بسیار قابل اعتماد
موتورهای پله ای اغلب به عنوان موتورهای سروو کمتر تصور می شوند، اما در واقع، آنها مانند سروو موتورها بسیار قابل اعتماد هستند. این موتور با همگام سازی دقیق با سیگنال پالس خروجی از کنترل کننده به راننده عمل می کند و به موقعیت یابی و کنترل سرعت بسیار دقیق دست می یابد. موتورهای پله ای دارای گشتاور بالا و لرزش کم در سرعت های پایین هستند که برای کاربردهایی که نیاز به موقعیت یابی سریع در فاصله کوتاه دارند ایده آل است.
هر آنچه که باید در مورد استپر موتور بدانید
"موتورهای پله ای؟ سروو موتورها باید عملکرد بهتری داشته باشند." این یک پاسخ معمولی است که در مورد موتورهای پله ای سؤال می شود. بدیهی است که یک تصور اشتباه بزرگ در مورد موتورهای پله ای وجود دارد. در واقع موتورهای پله ای در انواع مختلفی از کاربردها مانند تجهیزات پیشرفته و ابزارهای خودکار قابل دسترس استفاده شده اند. دلایل انتخاب مداوم موتورهای پله ای در این مقاله توضیح داده شده است. برخی از خوانندگان ممکن است بگویند که قبلاً موتور پله ای را ندیده اند. موتورهای پله ای در بسیاری از کاربردها و صنایع به عنوان راه حل موتور برای سیستم های محرک که نیاز به کنترل دقت بالایی دارند، مانند اتوماسیون کارخانه (FA)، ساخت تجهیزات نیمه هادی، FPD و پنل خورشیدی، دستگاه های پزشکی، ابزارهای تحلیلی، مرحله دقیق، مالی استفاده شده است. سیستم‌ها، ماشین‌های بسته‌بندی مواد غذایی، و تنظیمات دیافراگم دیافراگم برای دوربین‌ها.
چرا از موتور پله ای استفاده می کنید؟
· استفاده آسان
· ارزان
· عملیات ساده
· بدون نیاز به تنظیم
· سایر موارد
نکات کلیدی: سهولت استفاده، عملیات ساده و هزینه کم
بر اساس نظرسنجی از کاربران موتورهای پله ای، بسیاری از موتورهای پله ای به دلیل "سهولت استفاده"، "عملیات ساده" و "هزینه کم" ناشی از ساختار و پیکربندی سیستم آنها را ترجیح می دهند. منطقی است که بسیاری از کاربران به لطف ساختار ساده و پیکربندی سیستم، چنین جنبه های مثبتی را در موتورهای پله ای پیدا کنند. با این حال، برخی از خوانندگان ممکن است در مورد عملکرد واقعی موتور از نظر دقت و گشتاور آن تردید داشته باشند. درک کامل ایده آسان نیست مگر اینکه نمونه های مقایسه ای با سایر موتورهای کنترلی مانند موتورهای سروو وجود داشته باشد. موتورهای پله ای با شناخت ویژگی ها و اتخاذ رویکردهای مختلف بر اساس عملیات مورد نیاز، مطمئناً می توانند هزینه تجهیزات را کاهش دهند. مشخصات و اطلاعات فنی موتورهای پله ای در زیر توضیح داده شده است:
چشمگیر "توقف دقت". به سرعت در "محدوده سرعت پایین / متوسط" حرکت می کند
موتورهای پله ای دقت توقف قابل توجهی دارند و کنترل دقیق با حلقه باز امکان پذیر است. به عنوان مثال، هنگام استفاده از سری RK II برای تعیین موقعیت میز دوار، دقت توقف آن در ± 0.05 درجه (بدون بار) است. از آنجا که خطاهای موقعیت توقف بین مراحل جمع نمی شوند، موقعیت یابی با دقت بالا امکان پذیر است. ساختار موتور پله ای که نیازی به رمزگذار ندارد، سیستم درایو ساده و هزینه کم را امکان پذیر می کند.
دقت توقف فوق العاده
به عنوان مثال، هنگام تبدیل دقت توقف ± 0.05 درجه یک موتور پله ای به مکانیزم بال اسکرو:
شرایط عملیاتی:
• موتور: سری RK II
• سرب بال اسکرو: 10mm
دقت توقف: ± 1.4μm
به طور کلی، دقت نوع توپ اسکرو ± 10μm است. هنگام استفاده از یک نوع بال اسکرو نورد، دقت آن به ± 20μm کاهش می یابد، که نشان می دهد که دقت توقف موتور پله ای بسیار بالاتر از انواع توپ اسکرو است.
گشتاور بالا در محدوده سرعت پایین / متوسط یکی دیگر از ویژگی های عالی موتورهای پله ای است. یکی از ویژگی های اصلی سروو موتورها تولید گشتاور صاف از محدوده سرعت متوسط تا بالا است. سروو موتورها برای عملیات طولانی مدت (چرخش های زیاد) مناسب هستند. از سوی دیگر، ویژگی های گشتاور موتورهای پله ای صاف نیستند. منحنی گشتاور در محدوده سرعت پایین / متوسط تمایل به بسیار زیاد شدن دارد، در حالی که در محدوده سرعت بالا بسیار پایین می شود. علاوه بر چرخش های پایدار در محدوده سرعت پایین، که سروو موتورها با آن دست و پنجه نرم می کنند، موتورهای پله ای می توانند گشتاور بالایی را در محدوده سرعت مورد نیاز برای عملیات کوتاه مدت (چرخش های کمتر) ارائه دهند، بنابراین برای انتخاب زاویه گام مورد نظر برای چرخش چندگانه مناسب هستند. جداول و برنامه های کاربردی اینچ این به دلیل زمان کوتاه موقعیت یابی برای عملکرد ضربه کوتاه است، بنابراین موتور قبل از رسیدن به حداکثر سرعت، سرعت خود را کاهش می دهد و متوقف می شود. به عبارت دیگر، ویژگی های سرعت بالا معمولا مورد نیاز نیست.
پاسخگویی بالا و همگام سازی عالی
سومین ویژگی قابل توجه موتورهای پله ای، پاسخگویی است. کنترل حلقه باز که دستورات یک طرفه را به موتور می فرستد، مکانیسم پیگیری بالایی نسبت به دستورات دارد. در حالی که سروو موتورها، که منتظر بازخورد از رمزگذار هستند، تمایل به "تاخیر" در دستورات دارند، موتورهای پله ای به طور همزمان با یک پالس کار می کنند. بنابراین، "تاخیر" بسیار کمی وجود دارد، که منجر به پاسخ عالی می شود. به همین دلیل، قیمت استپ موتور بستگی به کاربردهایی که نیاز به عملیات سنکرون چندین موتور دارند، مناسب هستند. یک مثال یک برنامه انتقال تخته است که به دو نوار نقاله با یک موتور نصب شده به ترتیب برای انتقال تخته بین دو نوار نقاله نیاز دارد.
برنامه های کاربردی مناسب
به غیر از کاربرد اینچ با راه اندازی و توقف مکرر، موتورهای پله ای برای موقعیت یابی پردازنده های بررسی تصویری که از لرزش خوششان نمی آید، درایوهای بادامکی که تنظیم آن با موتورهای سروو دشوار است و مکانیسم های استحکام پایین مانند درایو تسمه مناسب هستند. علاوه بر این، با جایگزینی یک درایو بال اسکرو به یک درایو تسمه، هزینه به طور قابل توجهی کاهش می یابد.
مثال های کاربردی موتور پله ای
مزیت ویژگی های عالی
علاوه بر کاهش هزینه، موتورهای پله ای از نظر عملکرد دارای مزایای زیادی هستند. نمودار زیر گشتاور تبدیل نمونه سری RKII به محدوده وات سروو معمولی را نشان می دهد. در ادامه، اطلاعات دقیق در مورد موتورهای پله ای، مانند ساختار اصلی، سیستم و کاربردهای مثال، برای اطلاعات بیشتر در مورد موتورهای پله ای معرفی شده است.
اصول اولیه استپر موتورز
عملیات و ساختار
استپر موتور با زاویه گام ثابت می چرخد، درست مانند عقربه دوم ساعت. موقعیت یابی بسیار دقیق را می توان با کنترل حلقه باز به لطف ساختار مکانیکی درون موتور انجام داد.
موقعیت یابی دقیق (تعداد مراحل)
در حالی که کنترل کامل چرخش و سرعت را در اختیار دارید، ساختار ساده موتورهای پله ای بدون استفاده از قطعات الکتریکی مانند انکودر در موتور به دست می آید. به همین دلیل استپر موتورها بسیار مقاوم بوده و دارای قابلیت اطمینان بالا با خرابی های بسیار کم هستند. در مورد دقت توقف، ±0.05 درجه (بدون خطاهای تجمعی زمین) بسیار دقیق است. از آنجایی که موقعیت‌یابی موتورهای پله‌ای با کنترل حلقه باز انجام می‌شود و توسط استاتور مغناطیسی و روتور مغناطیسی با دندانه‌های کوچک کار می‌کند، موتورهای پله‌ای مکانیسم پیگیری بالاتری نسبت به فرمان‌ها نسبت به موتورهای سروو دارند. همچنین هنگام توقف موتورهای پله ای هیچ شکاری رخ نمی دهد. آنها همچنین در درایوهای تسمه ای که استحکام کمی دارند عالی هستند.
برای کنترل سرعت و کنترل موقعیت مفید است
هنگامی که پالس ها از طریق یک مولد پالس به درایور وارد می شوند، موتورهای پله ای بر اساس تعداد پالس های ورودی قرار می گیرند. زاویه گام پایه موتورهای پله ای 5 فاز 0.72 درجه و برای موتورهای پله ای 2 فاز 1.8 درجه است. سرعت چرخش موتور پله ای با سرعت فرکانس پالس (Hz) داده شده به درایور تعیین می شود و می توان چرخش موتور را آزادانه با تغییر تعداد پالس ها یا فرکانس های ورودی به درایور تغییر داد. موتورهای پله ای نه تنها به عنوان موتورهای کنترل موقعیت، بلکه به عنوان موتورهای کنترل سرعت با همگام سازی بالا عمل می کنند.
موارد استفاده از استپر موتور:
• فرکانس بالا، موقعیت یابی مکرر زوایای گام ثابت
• موقعیت یابی که به دلیل تنظیم عرض و غیره نیاز به زمان توقف طولانی دارد.
• بارهای نوسان و تغییر سفتی
• موقعیت یابی که 1 چرخه را تقسیم می کند
• شفت موتور که نیاز به عملکرد همزمان دارد
سیستم عامل
کنترل ساده بدون سنسور یا بازخورد
از آنجا که امکان انجام موقعیت یابی و کنترل موقعیت دقیق در حین همگام سازی با تعداد پالس های فرمان و سرعت وجود دارد، نیازی به دستگاه هایی مانند سنسور برای موقعیت یابی نیست. بنابراین، ساخت کل سیستم ساده است. اگر کنترل پیشرفته، مانند عملیات درون یابی، مورد نیاز نیست، درایور نوع عملکرد کنترلر داخلی توصیه می شود. با حذف کنترل‌کننده‌ها، مانند مولد پالس و ماژول‌های موقعیت‌یابی PLC، هزینه کاهش می‌یابد.
سنسور داخلی نوع حلقه بسته
اگرچه موقعیت یابی با دقت بالا با کنترل حلقه باز امکان پذیر است، اما در صورت بروز مشکل چه اتفاقی می افتد؟ به منظور جلوگیری از چنین مشکلاتی، می توان از نوع رمزگذار یا سنسور داخلی نوع کنترل حلقه بسته (سری AR) استفاده کرد.
آیا می توان هزینه را بیشتر کاهش داد؟
موضوع رایج در میان مهندسان طراح کاهش هزینه است. آیا واقعا راهی برای کاهش بیشتر هزینه وجود ندارد؟ برای یافتن یک آزمایش کاهش هزینه، با بهبود مشخصات، بر اساس مکانیزم بال اسکرو انجام شد. در زیر جزئیات این آزمون توضیح داده شده است:
مکانیسم حرکت خطی
1. افزایش بیشتر سرعت
2. کاهش بیشتر هزینه
[شرایط تجهیزات برنامه ریزی شده اولیه] مکانیسم: بال اسکرو + سروو موتور شرایطی مانند بار، سرعت و سرب، که در سمت راست نشان داده شده است، بر اساس سروو موتور متصل به بال اسکرو و صفحه فولادی تعیین می شود.
استپر موتور افزایش سرعت کاهش هزینه
• بال اسکرو در صورت تلاش برای افزایش سرعت => مکانیسم تسمه ممکن است مناسب تر باشد => 1000mm/sec تا 1500mm/sec با مکانیزم تسمه امکان پذیر است. اگر مشکلی در دقت موقعیت یابی وجود ندارد، تسمه را تغییر دهید. • در صورت امکان تغییر به تسمه هزینه را به میزان قابل توجهی کاهش دهید => تسمه ارزان است اما استحکام پایین آن ممکن است بر پایداری عملکرد سروو موتور حتی با تنظیم خودکار تأثیر بگذارد.
مکانیزم قرقره تسمه
چالش ها و مسائل
1. تفاوت در دقت توقف بین پیچ و تسمه ... دقت توقف چقدر مورد نیاز است؟
2. تاثیر صلبیت کم... تاثیر بر زمان ته نشینی، اجتناب از مشکل تنظیم
• دقت توقف بهتر با پیچ. برای تعویض کمربند مشکلی ندارید؟ => دقت توقف مورد نیاز برنامه ± 0.05 ~ 0.1 میلی متر است که به اندازه پیچ دقیق نیست. بنابراین، تعویض با تسمه مشکلی ندارد.
• در صورت تغییر به تسمه، سفتی روی مکانیسم کم می شود، بنابراین حرکت سروو موتور ناپایدار می شود. => در بین موتورهای موقعیت یابی، موتورهای پله ای انکودر داخلی ندارند. به همین دلیل، آنها نیازی به تنظیم ندارند و در برابر استحکام کم قوی هستند. حرکت آنها بدون توجه به بارهای نوسانی پایدار است.
منبع:orientalmotor