Sélection de moteurs pas à pas dans les équipements d'automatisation

Moteurs pas à pasIl peut être utilisé pour le contrôle de vitesse et de positionnement sans dispositif de rétroaction (contrôle en boucle ouverte), ce qui le rend économique et fiable. Les moteurs pas à pas sont largement utilisés dans les équipements et instruments d'automatisation. Cependant, de nombreux utilisateurs et techniciens se demandent comment choisir le moteur pas à pas approprié et optimiser ses performances. Cet article aborde le choix des moteurs pas à pas et met l'accent sur l'application de l'expérience en ingénierie des moteurs pas à pas. J'espère que la popularisation des moteurs pas à pas dans les équipements d'automatisation servira de référence.

 

1、Introduction demoteur pas à pas

Le moteur pas à pas est également appelé moteur à impulsions. Il avance d'un certain angle à chaque changement d'état d'excitation en fonction du signal d'impulsion d'entrée, et reste stationnaire à une certaine position tant que cet état reste inchangé. Cela lui permet de convertir le signal d'impulsion d'entrée en un déplacement angulaire correspondant pour la sortie. Le contrôle du nombre d'impulsions d'entrée permet de déterminer avec précision le déplacement angulaire de la sortie afin d'obtenir le meilleur positionnement ; et le contrôle de la fréquence des impulsions d'entrée permet de contrôler avec précision la vitesse angulaire de la sortie et de réguler la vitesse. À la fin des années 1960, divers moteurs pas à pas pratiques ont vu le jour, et les 40 dernières années ont connu un développement rapide. Les moteurs pas à pas ont pu, parallèlement aux moteurs à courant continu, aux moteurs asynchrones et aux moteurs synchrones, devenir un type de moteur de base. Il existe trois types de moteurs pas à pas : réactifs (type VR), à aimants permanents (type PM) et hybrides (type HB). Le moteur pas à pas hybride combine les avantages des deux premiers types de moteurs pas à pas. Le moteur pas à pas se compose d'un rotor (noyau de rotor, aimants permanents, arbre, roulements à billes), d'un stator (enroulement, noyau de stator), de capuchons d'extrémité avant et arrière, etc. Le moteur pas à pas hybride biphasé le plus typique a un stator avec 8 grandes dents, 40 petites dents et un rotor avec 50 petites dents ; un moteur triphasé a un stator avec 9 grandes dents, 45 petites dents et un rotor avec 50 petites dents

 

2、Principe de contrôle

Lemoteur pas à pasNe pouvant être directement connecté à l'alimentation électrique ni recevoir directement des signaux d'impulsions électriques, le moteur pas à pas doit être réalisé via une interface dédiée, le pilote de moteur pas à pas, pour interagir avec l'alimentation et le contrôleur. Ce pilote est généralement composé d'un répartiteur en anneau et d'un circuit amplificateur de puissance. Le diviseur en anneau reçoit les signaux de commande du contrôleur. À chaque réception d'un signal d'impulsion, sa sortie est convertie une fois. La présence ou l'absence de ce signal et sa fréquence déterminent la vitesse du moteur pas à pas, son accélération ou sa décélération, son démarrage ou son arrêt. Le répartiteur en anneau doit également surveiller le signal de direction du contrôleur afin de déterminer si ses transitions d'état de sortie sont positives ou négatives, et ainsi déterminer le pilotage du moteur pas à pas.

 

3、Paramètres principaux

1 Numéro de bloc : principalement 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86, etc.

②Numéro de phase : nombre de bobines à l'intérieur du moteur pas à pas. Le nombre de phases d'un moteur pas à pas est généralement de deux, trois ou cinq phases. La Chine utilise principalement des moteurs pas à pas biphasés, tandis que le triphasé est également utilisé dans certaines applications. Au Japon, les moteurs pas à pas à cinq phases sont plus courants.

3. Angle de pas : correspond au déplacement angulaire du rotor du moteur, correspondant à un signal impulsionnel. La formule de calcul de l'angle de pas d'un moteur pas à pas est la suivante.

Angle de pas = 360° ÷ (2mz)

m le nombre de phases d'un moteur pas à pas

Z le nombre de dents du rotor d'un moteur pas à pas.

Selon la formule ci-dessus, l'angle de pas des moteurs pas à pas biphasés, triphasés et cinq phases est respectivement de 1,8°, 1,2° et 0,72°

④ Couple de maintien : couple du bobinage statorique du moteur sous le courant nominal, mais le rotor ne tourne pas et le stator bloque le rotor. Le couple de maintien est le paramètre le plus important des moteurs pas à pas et constitue le critère principal de sélection.

6. Couple de positionnement : couple requis pour faire tourner le rotor sous l'effet d'une force externe lorsque le moteur est hors tension. Le couple est un indicateur de performance du moteur. À paramètres identiques, plus le couple de positionnement est faible, plus l'effet d'encoche est faible, plus le fonctionnement du moteur à basse vitesse est fluide. Caractéristiques couple-fréquence : il s'agit principalement des caractéristiques couple-fréquence prolongées. Un moteur stable à une vitesse donnée peut supporter le couple maximal sans perte de pas. La courbe couple-fréquence décrit la relation entre le couple maximal et la vitesse (fréquence) sans perte de pas. La courbe couple-fréquence est un paramètre important du moteur pas à pas et constitue le critère principal de sélection.

6. Courant nominal : le courant d'enroulement du moteur nécessaire pour maintenir le couple nominal, la valeur effective

 

4、Sélection des points

Applications industrielles utilisées dans la vitesse du moteur pas à pas jusqu'à 600 ~ 1500 tr / min, vitesse plus élevée, vous pouvez envisager un entraînement de moteur pas à pas en boucle fermée ou choisir un programme d'entraînement servo plus approprié pour les étapes de sélection du moteur pas à pas (voir la figure ci-dessous).

 

(1) Choix de l'angle de marche

Selon le nombre de phases du moteur, il existe trois types d'angle de pas : 1,8° (biphasé), 1,2° (triphasé) et 0,72° (cinq phases). Bien sûr, l'angle de pas à cinq phases offre la plus grande précision, mais son moteur et son variateur étant plus coûteux, il est rarement utilisé en Chine. De plus, les principaux variateurs pas à pas utilisent désormais la technologie de subdivision. Dans les quatre subdivisions ci-dessous, la précision de l'angle de pas est toujours garantie. Ainsi, si l'on considère uniquement les indicateurs de précision de l'angle de pas, un moteur pas à pas à cinq phases peut être remplacé par un moteur pas à pas à deux ou trois phases. Par exemple, dans l'application d'un certain type de fil pour une charge de vis de 5 mm, si un moteur pas à pas biphasé est utilisé et que le pilote est réglé sur 4 subdivisions, le nombre d'impulsions par tour du moteur est de 200 x 4 = 800, et l'équivalent d'impulsion est de 5 ÷ 800 = 0,00625 mm = 6,25 μm, cette précision peut répondre à la plupart des exigences de l'application.

(2) Sélection du couple statique (couple de maintien)

Les mécanismes de transmission de charge couramment utilisés comprennent les courroies synchrones, les barres de filaments, la crémaillère et le pignon, etc. Les clients calculent d'abord la charge de leur machine (principalement le couple d'accélération plus le couple de frottement) convertie en couple de charge requis sur l'arbre du moteur. Français Ensuite, en fonction de la vitesse de fonctionnement maximale requise par les fleurs électriques, les deux cas d'utilisation différents suivants pour choisir le couple de maintien approprié du moteur pas à pas ① pour l'application de la vitesse du moteur requise de 300 pm ou moins : si la charge de la machine est convertie en couple de charge requis par l'arbre du moteur T1, alors ce couple de charge est multiplié par un facteur de sécurité SF (généralement pris comme 1,5-2,0), c'est-à-dire le couple de maintien du moteur pas à pas requis Tn ②2 pour Pour les applications nécessitant une vitesse du moteur de 300 pm ou plus : définissez la vitesse maximale Nmax, si la charge de la machine est convertie en arbre du moteur, le couple de charge requis est T1, alors ce couple de charge est multiplié par un facteur de sécurité SF (généralement 2,5-3,5), ce qui donne le couple de maintien Tn. Reportez-vous à la figure 4 et sélectionnez un modèle approprié. Utilisez ensuite la courbe moment-fréquence pour vérifier et comparer : sur cette courbe, la vitesse maximale Nmax requise par l'utilisateur correspond au couple maximal de pas perdu de T2 ; ce couple doit alors être supérieur de plus de 20 % à celui de T1. Dans le cas contraire, il est nécessaire de sélectionner un nouveau moteur avec un couple plus élevé, puis de vérifier et de comparer à nouveau la courbe couple-fréquence du nouveau moteur sélectionné.

(3) Plus le numéro de base du moteur est élevé, plus le couple de maintien est élevé.

(4) en fonction du courant nominal pour sélectionner le pilote pas à pas correspondant.

Par exemple, le courant nominal d'un moteur 57CM23 est de 5A, alors vous faites correspondre le courant maximal autorisé du variateur de plus de 5A (veuillez noter qu'il s'agit de la valeur efficace plutôt que du pic), sinon si vous choisissez un courant maximal de seulement 3A du variateur, le couple de sortie maximal du moteur ne peut être que d'environ 60% !

5, expérience d'application

(1) problème de résonance basse fréquence du moteur pas à pas

Le variateur pas à pas à subdivision est un moyen efficace de réduire la résonance basse fréquence des moteurs pas à pas. En dessous de 150 tr/min, il est très efficace pour réduire les vibrations du moteur. En théorie, plus la subdivision est importante, meilleur est l'effet sur la réduction des vibrations du moteur pas à pas. En réalité, la subdivision passe à 8 ou 16 lorsque l'effet d'amélioration atteint son paroxysme.

Ces dernières années, des moteurs pas à pas à résonance anti-basse fréquence ont été commercialisés en Chine et à l'étranger. Les séries DM et DM-S de Leisai, dotées de la technologie anti-basse fréquence, utilisent la compensation des harmoniques. Grâce à la compensation d'amplitude et de phase, ces moteurs peuvent réduire considérablement les vibrations à basse fréquence du moteur pas à pas, réduisant ainsi les vibrations et le bruit.

(2) L'impact de la subdivision du moteur pas à pas sur la précision du positionnement

Le circuit d'entraînement du moteur pas à pas à quatre sous-divisions permet non seulement d'améliorer la fluidité du mouvement de l'appareil, mais aussi d'améliorer efficacement la précision de positionnement de l'équipement. Les tests montrent que, sur la plateforme de mouvement à entraînement par courroie synchrone, le moteur pas à pas à quatre sous-divisions permet un positionnement précis à chaque étape.