En tant qu'actionneur,moteur pas à pasLes moteurs pas à pas sont l'un des produits clés de la mécatronique, largement utilisés dans divers systèmes de contrôle d'automatisation. Avec le développement de la microélectronique et de l'informatique, la demande en moteurs pas à pas augmente de jour en jour et ils sont utilisés dans divers secteurs économiques nationaux.
01 Qu'est-ce qu'unmoteur pas à pas
Un moteur pas à pas est un dispositif électromécanique qui convertit directement les impulsions électriques en mouvement mécanique. En contrôlant la séquence, la fréquence et le nombre d'impulsions électriques appliquées à la bobine du moteur, la direction, la vitesse et l'angle de rotation du moteur pas à pas peuvent être contrôlés. Sans système de contrôle en boucle fermée avec détection de position, un contrôle précis de la position et de la vitesse peut être obtenu grâce à un système de contrôle en boucle ouverte simple et économique, composé d'un moteur pas à pas et de son variateur.
02 moteur pas à passtructure de base et principe de fonctionnement
Structure de base :
Principe de fonctionnement : le pilote de moteur pas à pas en fonction de l'impulsion de commande externe et du signal de direction, via son circuit logique interne, contrôle les enroulements du moteur pas à pas dans une certaine séquence de synchronisation en marche avant ou arrière, de sorte que le moteur tourne en marche avant/arrière ou se verrouille.
Prenons l'exemple d'un moteur pas à pas biphasé de 1,8 degré : lorsque les deux enroulements sont alimentés et excités, l'arbre de sortie du moteur est immobile et bloqué en position. Le couple maximal qui maintient le moteur bloqué au courant nominal est le couple de maintien. Si le courant dans l'un des enroulements est redirigé, le moteur tourne d'un pas (1,8 degré) dans une direction donnée.
De même, si le courant dans l'autre enroulement change de sens, le moteur tournera d'un pas (1,8 degré) dans le sens inverse. Lorsque les courants traversant les enroulements de la bobine sont redirigés séquentiellement vers l'excitation, le moteur tournera par pas continu dans le sens donné avec une très grande précision. Pour un moteur pas à pas biphasé de 1,8 degré, la rotation d'une semaine nécessite 200 pas.
Les moteurs pas à pas biphasés possèdent deux types d'enroulements : bipolaire et unipolaire. Les moteurs bipolaires ne possèdent qu'une seule bobine par phase. Le moteur assure une rotation continue du courant dans la même bobine pour une excitation séquentielle variable. La conception du circuit d'entraînement nécessite huit commutateurs électroniques pour la commutation séquentielle.
Les moteurs unipolaires ont deux bobines d'enroulement de polarité opposée sur chaque phase, et le moteur
tourne en continu en alimentant alternativement les deux bobines d'enroulement sur la même phase.
Le circuit d'entraînement est conçu pour ne nécessiter que quatre interrupteurs électroniques. Dans le circuit bipolaire
mode d'entraînement, le couple de sortie du moteur est augmenté d'environ 40 % par rapport au
mode d'entraînement unipolaire car les bobines d'enroulement de chaque phase sont excitées à 100 %.
03, Charge du moteur pas à pas
A. Moment de charge (Tf)
Tf = G * r
G : Poids de la charge
r : rayon
B. Charge d'inertie (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M : Masse de charge
R1 : Rayon de la bague extérieure
R2 : Rayon de la bague intérieure
dω/dt : Accélération angulaire
04, courbe vitesse-couple du moteur pas à pas
La courbe vitesse-couple est une expression importante des caractéristiques de sortie du moteur pas à pas
moteurs.
A. Point de fréquence de fonctionnement du moteur pas à pas
La valeur de vitesse du moteur pas à pas à un certain point.
n = q * Hz / (360 * D)
n: tr/s
Hz : valeur de fréquence
D : Valeur d'interpolation du circuit d'entraînement
q : angle de pas du moteur pas à pas
Par exemple, un moteur pas à pas avec un angle de pas de 1,8°, avec un entraînement à interpolation 1/2(soit 0,9° par pas), a une vitesse de 1,25 r/s à une fréquence de fonctionnement de 500 Hz.
B. Zone de démarrage automatique du moteur pas à pas
La zone où le moteur pas à pas peut être démarré et arrêté directement.
C. Zone de fonctionnement continu
Dans cette zone, le moteur pas à pas ne peut pas être démarré ou arrêté directement. Les moteurs pas à pas danscette zone doit d'abord passer par la zone d'auto-démarrage puis être accélérée pour atteindre lazone de fonctionnement. De même, le moteur pas à pas dans cette zone ne peut pas être freiné directement,sinon il est facile de provoquer un déphasage du moteur pas à pas, il faut d'abord le décélérer pourla zone de démarrage automatique puis freiné.
D. Fréquence de démarrage maximale du moteur pas à pas
État à vide du moteur, pour garantir que le moteur pas à pas ne perde pas le fonctionnement pas à pas dufréquence d'impulsion maximale.
E. Fréquence de fonctionnement maximale du moteur pas à pas
La fréquence d'impulsion maximale à laquelle le moteur est excité pour fonctionner sans perdre un passans charge.
F. Couple de démarrage / couple d'accrochage du moteur pas à pas
Pour rencontrer le moteur pas à pas dans une certaine fréquence d'impulsion pour démarrer et commencer à fonctionner, sansperte d'étapes du couple de charge maximal.
G. Couple de fonctionnement/couple d'aspiration du moteur pas à pas
Le couple de charge maximal qui satisfait le fonctionnement stable du moteur pas à pas à unecertaine fréquence d'impulsion sans perte de pas.
05 Contrôle du mouvement d'accélération/décélération du moteur pas à pas
Lorsque le point de fréquence de fonctionnement du moteur pas à pas dans la courbe vitesse-couple du moteur continurégion de fonctionnement, comment raccourcir l'accélération ou la décélération au démarrage ou à l'arrêt du moteurtemps, de sorte que le moteur fonctionne plus longtemps dans le meilleur état de vitesse, augmentant ainsi laLa durée de fonctionnement effective du moteur est très critique.
Comme le montre la figure ci-dessous, la courbe caractéristique du couple dynamique du moteur pas à pas estune ligne droite horizontale à faible vitesse ; à grande vitesse, la courbe diminue de façon exponentielleen raison de l'influence de l'inductance.
Nous savons que la charge du moteur pas à pas est TL, supposons que nous voulions accélérer de F0 à F1 enle temps le plus court (tr), comment calculer le temps le plus court tr ?
(1) Normalement, TJ = 70 % Tm
(2) tr = 1,8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Accélération exponentielle à grande vitesse
(1) Normalement
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * Dans [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]
(3)
F (t) = F2 * [1 - e^(-t/F4)] + F0, 0
F2 = (TL-TJ 0) * (F1-F0)/TJ 1-TJ 0)
F4 = 1,8 * 10-5 * J * q * F2/(TJ 0-TL)
Remarques.
J indique l'inertie de rotation du rotor du moteur sous charge.
q est l'angle de rotation de chaque pas, qui est l'angle de pas du moteur pas à pas dans le
cas de l'ensemble du lecteur.
Dans l'opération de décélération, il suffit d'inverser la fréquence d'impulsion d'accélération ci-dessus.
calculé.
06 Vibrations et bruits du moteur pas à pas
D'une manière générale, le moteur pas à pas fonctionne à vide, lorsque la fréquence de fonctionnement du moteurest proche ou égale à la fréquence inhérente du rotor du moteur résonnera, gravese produit un phénomène de décalage.
Plusieurs solutions pour la résonance :
A. Éviter la zone de vibration : afin que la fréquence de fonctionnement du moteur ne tombe pas dansla plage de vibrations
B. Adoptez le mode d'entraînement par subdivision : utilisez le mode d'entraînement par micro-pas pour réduire les vibrations en
subdiviser l'étape originale en plusieurs étapes pour augmenter la résolution de chacune
Moteur pas à pas. Ceci peut être obtenu en ajustant le rapport phase/courant du moteur.
Le micropas n'augmente pas la précision de l'angle de pas, mais permet au moteur de fonctionner plus longtemps.
En douceur et avec moins de bruit. Le couple est généralement inférieur de 15 % pour un fonctionnement en demi-pas.
que pour un fonctionnement en pas complet et 30 % inférieur pour le contrôle du courant sinusoïdal.
Date de publication : 9 novembre 2022