स्टेपर मोटर्सफीडबॅक उपकरणांच्या वापराशिवाय (म्हणजेच ओपन-लूप कंट्रोल) वेग नियंत्रण आणि स्थिती नियंत्रणासाठी याचा उपयोग केला जाऊ शकतो, त्यामुळे हे ड्राइव्ह सोल्यूशन किफायतशीर आणि विश्वसनीय दोन्ही आहे. ऑटोमेशन उपकरणे आणि साधनांमध्ये स्टेपर ड्राइव्हचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. परंतु अनेक तांत्रिक कर्मचाऱ्यांना योग्य स्टेपर मोटर कशी निवडावी, स्टेपर ड्राइव्हची सर्वोत्तम कामगिरी कशी मिळवावी, असे अनेक प्रश्न असतात. हा लेख स्टेपर मोटर्सच्या निवडीवर चर्चा करतो, ज्यात काही स्टेपर मोटर अभियांत्रिकी अनुभवांच्या वापरावर लक्ष केंद्रित केले आहे. मला आशा आहे की ऑटोमेशन उपकरणांमध्ये स्टेपर मोटर्सच्या लोकप्रियतेसाठी हा एक संदर्भ म्हणून भूमिका बजावेल.
१、परिचयस्टेपर मोटर
स्टेपर मोटरला पल्स मोटर किंवा स्टेप मोटर असेही म्हणतात. इनपुट पल्स सिग्नलनुसार प्रत्येक वेळी उत्तेजन स्थिती बदलल्यावर ती एका विशिष्ट कोनाने पुढे सरकते आणि जेव्हा उत्तेजन स्थिती अपरिवर्तित राहते तेव्हा एका विशिष्ट स्थितीत स्थिर राहते. यामुळे स्टेपर मोटरला इनपुट पल्स सिग्नलचे आउटपुटसाठी संबंधित कोनीय विस्थापनामध्ये रूपांतर करता येते. इनपुट पल्सची संख्या नियंत्रित करून, सर्वोत्तम पोझिशनिंग साध्य करण्यासाठी आउटपुटचे कोनीय विस्थापन अचूकपणे निश्चित करता येते; आणि इनपुट पल्सची वारंवारता नियंत्रित करून, आउटपुटच्या कोनीय गतीवर अचूकपणे नियंत्रण ठेवता येते व गती नियमनाचा उद्देश साध्य करता येतो. १९६० च्या दशकाच्या उत्तरार्धात, विविध प्रकारच्या व्यावहारिक स्टेपर मोटर्स अस्तित्वात आल्या आणि गेल्या ४० वर्षांत त्यात वेगाने विकास झाला आहे. स्टेपर मोटर्स डीसी मोटर्स, असिंक्रोनस मोटर्स, तसेच सिंक्रोनस मोटर्ससोबत काम करू शकल्या आहेत आणि मोटरचा एक मूलभूत प्रकार बनल्या आहेत. स्टेपर मोटर्सचे तीन प्रकार आहेत: रिॲक्टिव्ह (व्हीआर प्रकार), परमनंट मॅग्नेट (पीएम प्रकार) आणि हायब्रीड (एचबी प्रकार). हायब्रीड स्टेपर मोटरमध्ये स्टेपर मोटरच्या पहिल्या दोन प्रकारांचे फायदे एकत्रित केलेले असतात. स्टेपर मोटरमध्ये रोटर (रोटर कोर, कायमस्वरूपी चुंबक, शाफ्ट, बॉल बेअरिंग्ज), स्टेटर (वायंडिंग, स्टेटर कोर), पुढील आणि मागील एंड कॅप्स इत्यादींचा समावेश असतो. सर्वात सामान्य टू-फेज हायब्रीड स्टेपर मोटरमध्ये ८ मोठे दाते, ४० लहान दाते असलेला स्टेटर आणि ५० लहान दाते असलेला रोटर असतो; तर थ्री-फेज मोटरमध्ये ९ मोठे दाते, ४५ लहान दाते असलेला स्टेटर आणि ५० लहान दाते असलेला रोटर असतो.
२、नियंत्रण तत्त्व
स्टेपर मोटरयाला थेट वीज पुरवठ्याशी जोडता येत नाही, तसेच ते थेट विद्युत पल्स सिग्नलही घेऊ शकत नाही. वीज पुरवठा आणि कंट्रोलर यांच्याशी संवाद साधण्यासाठी, स्टेपर मोटर ड्रायव्हर नावाच्या एका विशेष इंटरफेसद्वारेच हे साध्य करणे आवश्यक असते. स्टेपर मोटर ड्रायव्हर सामान्यतः एक रिंग डिव्हायडर आणि एक पॉवर अॅम्प्लिफायर सर्किट यांनी बनलेला असतो. रिंग डिव्हायडर कंट्रोलरकडून नियंत्रण सिग्नल स्वीकारतो. प्रत्येक वेळी जेव्हा पल्स सिग्नल प्राप्त होतो, तेव्हा रिंग डिव्हायडरच्या आउटपुटचे एकदा रूपांतर केले जाते. त्यामुळे, पल्स सिग्नलची उपस्थिती किंवा अनुपस्थिती आणि वारंवारता यांवरून स्टेपर मोटरचा वेग जास्त आहे की कमी, ती वेग वाढवत आहे की कमी करत आहे, सुरू करायची की थांबवायची हे ठरवता येते. रिंग डिव्हायडरला कंट्रोलरकडून येणाऱ्या दिशा सिग्नलवर देखील लक्ष ठेवावे लागते, जेणेकरून त्याच्या आउटपुट स्थितीतील बदल सकारात्मक किंवा नकारात्मक क्रमाने होत आहेत की नाही हे ठरवता येते आणि त्याद्वारे स्टेपर मोटरचे नियंत्रण निश्चित करता येते.
३、मुख्य मापदंड
① ब्लॉक क्रमांक: मुख्यतः २०, २८, ३५, ४२, ५७, ६०, ८६, इत्यादी.
2. फेज संख्या: स्टेपर मोटरमधील कॉइल्सची संख्या. स्टेपर मोटरच्या फेज संख्या सामान्यतः दोन-फेज, तीन-फेज आणि पाच-फेज असतात. चीनमध्ये प्रामुख्याने दोन-फेज स्टेपर मोटर्स वापरल्या जातात, तर तीन-फेजचा वापरही काही ठिकाणी होतो. जपानमध्ये अधिक वेळा पाच-फेज स्टेपर मोटर्स वापरल्या जातात.
③स्टेप अँगल: पल्स सिग्नलनुसार, मोटर रोटरच्या फिरण्यामुळे होणारे कोनीय विस्थापन. स्टेपर मोटर स्टेप अँगल मोजण्याचे सूत्र खालीलप्रमाणे आहे.
पायरीचा कोन = 360° ÷ (2mz)
स्टेपर मोटरच्या टप्प्यांची संख्या m
Z म्हणजे स्टेपर मोटरच्या रोटरच्या दातांची संख्या.
वरील सूत्रानुसार, टू-फेज, थ्री-फेज आणि फाइव्ह-फेज स्टेपर मोटर्सचा स्टेप अँगल अनुक्रमे 1.8°, 1.2° आणि 0.72° आहे.
④ होल्डिंग टॉर्क: रेटेड करंट चालू असताना, रोटर फिरत नाही, परंतु स्टेटर रोटरला लॉक करतो, यालाच मोटरच्या स्टेटर वाइंडिंगचा टॉर्क म्हणतात. होल्डिंग टॉर्क हा स्टेपर मोटर्सचा सर्वात महत्त्वाचा पॅरामीटर आहे आणि मोटर निवडीचा मुख्य आधार आहे.
⑤ पोझिशनिंग टॉर्क: जेव्हा मोटरमधून विद्युत प्रवाह जात नाही, तेव्हा बाह्य शक्तीने रोटर फिरवण्यासाठी आवश्यक असलेला टॉर्क. टॉर्क हे मोटरचे मूल्यांकन करण्यासाठीच्या कार्यप्रदर्शन निर्देशकांपैकी एक आहे. इतर पॅरामीटर्स समान असल्यास, पोझिशनिंग टॉर्क जितका कमी असेल, तितका "स्लॉट इफेक्ट" कमी असतो, जे कमी वेगात मोटरच्या सुरळीत चालण्यासाठी अधिक फायदेशीर ठरते. टॉर्क फ्रिक्वेन्सी वैशिष्ट्ये: मुख्यत्वे टॉर्क फ्रिक्वेन्सी वैशिष्ट्यांचा संदर्भ देते. एका विशिष्ट वेगावर स्थिरपणे कार्य करणारी मोटर स्टेप न गमावता कमाल टॉर्क सहन करू शकते. स्टेप न गमावता कमाल टॉर्क आणि वेग (फ्रिक्वेन्सी) यांच्यातील संबंधाचे वर्णन करण्यासाठी टॉर्क-फ्रिक्वेन्सी वक्राचा वापर केला जातो. टॉर्क फ्रिक्वेन्सी वक्र हा स्टेपर मोटरचा एक महत्त्वाचा पॅरामीटर आहे आणि मोटर निवडीचा मुख्य आधार आहे.
⑥ रेटेड करंट: रेटेड टॉर्क कायम ठेवण्यासाठी आवश्यक असलेला मोटर वाइंडिंग करंट, प्रभावी मूल्य
४. मुद्दे निवडणे
औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या स्टेपर मोटरचा वेग 600 ~ 1500rpm पर्यंत असतो, यापेक्षा जास्त वेगासाठी, तुम्ही क्लोज्ड-लूप स्टेपर मोटर ड्राइव्हचा विचार करू शकता, किंवा अधिक योग्य सर्वो ड्राइव्ह प्रोग्राम स्टेपर मोटर निवडण्याच्या पायऱ्या निवडू शकता (खालील आकृती पहा).
(1) पायरीच्या कोनाची निवड
मोटरच्या फेजच्या संख्येनुसार, स्टेप अँगलचे तीन प्रकार आहेत: १.८° (टू-फेज), १.२° (थ्री-फेज), ०.७२° (फाइव्ह-फेज). अर्थातच, फाइव्ह-फेज स्टेप अँगलची अचूकता सर्वाधिक असते, परंतु त्याची मोटर आणि ड्रायव्हर अधिक महाग असतात, त्यामुळे चीनमध्ये त्याचा वापर क्वचितच केला जातो. याव्यतिरिक्त, मुख्य प्रवाहातील स्टेपर ड्रायव्हर्स आता सबडिव्हिजन ड्राइव्ह तंत्रज्ञान वापरत आहेत, ४ पेक्षा कमी सबडिव्हिजनमध्येही सबडिव्हिजन स्टेप अँगलची अचूकता सुनिश्चित केली जाऊ शकते, त्यामुळे जर केवळ स्टेप अँगल अचूकतेच्या निर्देशकांचा विचार केला, तर फाइव्ह-फेज स्टेपर मोटरच्या जागी टू-फेज किंवा थ्री-फेज स्टेपर मोटर वापरली जाऊ शकते. उदाहरणार्थ, 5mm स्क्रू लोडसाठी एखाद्या प्रकारच्या लीडच्या ॲप्लिकेशनमध्ये, जर टू-फेज स्टेपिंग मोटर वापरली गेली आणि ड्रायव्हर 4 सबडिव्हिजनवर सेट केला गेला, तर मोटरच्या प्रति प्रदक्षिणा पल्सची संख्या 200 x 4 = 800 असते, आणि पल्स इक्विव्हॅलेंट 5 ÷ 800 = 0.00625mm = 6.25μm असते, ही अचूकता बहुतेक ॲप्लिकेशनच्या गरजा पूर्ण करू शकते.
(2) स्थिर टॉर्क (होल्डिंग टॉर्क) निवड
सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या लोड ट्रान्समिशन यंत्रणांमध्ये सिंक्रोनस बेल्ट, फिलामेंट बार, रॅक आणि पिनियन इत्यादींचा समावेश होतो. ग्राहक प्रथम त्यांच्या मशीनवरील लोडची (मुख्यतः ॲक्सेलरेशन टॉर्क अधिक फ्रिक्शन टॉर्क) गणना करून त्याचे मोटर शाफ्टवरील आवश्यक लोड टॉर्कमध्ये रूपांतर करतात. त्यानंतर, इलेक्ट्रिक फुलांसाठी आवश्यक असलेल्या कमाल चालण्याच्या गतीनुसार, स्टेपर मोटरचा योग्य होल्डिंग टॉर्क निवडण्यासाठी खालील दोन भिन्न वापराच्या केसेस आहेत: ① ३००pm किंवा त्यापेक्षा कमी आवश्यक मोटर गतीच्या ॲप्लिकेशनसाठी: जर मशीनवरील लोडचे मोटर शाफ्टवरील आवश्यक लोड टॉर्क T1 मध्ये रूपांतर केले, तर या लोड टॉर्कला सेफ्टी फॅक्टर SF (सामान्यतः १.५-२.०) ने गुणले जाते, म्हणजेच आवश्यक स्टेपर मोटर होल्डिंग टॉर्क Tn मिळतो. ②२ ३००pm किंवा त्यापेक्षा जास्त मोटर गती आवश्यक असलेल्या ॲप्लिकेशन्ससाठी: कमाल गती Nmax सेट करा, जर मशीनवरील लोडचे मोटर शाफ्टवर रूपांतर केले, तर आवश्यक लोड टॉर्क T1 मिळतो, मग या लोड टॉर्कला सेफ्टी फॅक्टर SF (सामान्यतः २.५-३.५) ने गुणले जाते, ज्यामुळे होल्डिंग टॉर्क Tn मिळतो. आकृती ४ चा संदर्भ घ्या आणि एक योग्य मॉडेल निवडा. त्यानंतर मोमेंट-फ्रिक्वेन्सी वक्राचा वापर करून तपासा आणि तुलना करा: मोमेंट-फ्रिक्वेन्सी वक्रावर, वापरकर्त्याला आवश्यक असलेला कमाल वेग Nmax हा T2 च्या कमाल गमावलेल्या स्टेप टॉर्कशी जुळत असेल, तर कमाल गमावलेला स्टेप टॉर्क T2 हा T1 पेक्षा २०% पेक्षा जास्त असावा. अन्यथा, जास्त टॉर्क असलेली नवीन मोटर निवडणे आवश्यक आहे, आणि नव्याने निवडलेल्या मोटरच्या टॉर्क फ्रिक्वेन्सी वक्रानुसार पुन्हा तपासा आणि तुलना करा.
(3) मोटर बेस नंबर जेवढा मोठा, तेवढा होल्डिंग टॉर्क जास्त.
(4) रेटेड करंटनुसार जुळणारा स्टेपर ड्रायव्हर निवडणे.
उदाहरणार्थ, 57CM23 मोटरचा रेटेड करंट 5A असेल, तर तुम्ही ड्राइव्हचा 5A पेक्षा जास्त असलेला कमाल अनुज्ञेय करंट जुळवा (कृपया लक्षात घ्या की हे पीक मूल्य नसून प्रभावी मूल्य आहे), अन्यथा जर तुम्ही फक्त 3A कमाल करंटचा ड्राइव्ह निवडला, तर मोटरचा कमाल आउटपुट टॉर्क फक्त सुमारे 60% असू शकतो!
५, अर्जाचा अनुभव
(1) स्टेपर मोटर कमी वारंवारता अनुनाद समस्या
स्टेपर मोटर्सचा कमी वारंवारतेचा अनुनाद कमी करण्यासाठी सबडिव्हिजन स्टेपर ड्राइव्ह हा एक प्रभावी मार्ग आहे. १५० आरपीएम पेक्षा कमी वेगावर, मोटरचे कंपन कमी करण्यासाठी सबडिव्हिजन ड्राइव्ह खूप प्रभावी ठरतो. सैद्धांतिकदृष्ट्या, सबडिव्हिजन जितके मोठे असेल, तितका स्टेपर मोटरचे कंपन कमी करण्याचा परिणाम अधिक चांगला असतो, परंतु वास्तविक परिस्थिती अशी आहे की सबडिव्हिजन ८ किंवा १६ पर्यंत वाढवल्यावर स्टेपर मोटरचे कंपन कमी करण्याचा सुधारणात्मक परिणाम कमाल मर्यादेपर्यंत पोहोचतो.
अलिकडच्या वर्षांत, देश-विदेशात अँटी-लो-फ्रिक्वेन्सी रेझोनन्स स्टेपर ड्रायव्हर्स उपलब्ध झाले आहेत, ज्यात लेसाईच्या DM, DM-S सिरीजच्या उत्पादनांमध्ये अँटी-लो-फ्रिक्वेन्सी रेझोनन्स तंत्रज्ञानाचा वापर केला जातो. ड्रायव्हर्सची ही सिरीज हार्मोनिक कॉम्पेन्सेशनचा वापर करते, आणि ॲम्प्लिट्यूड व फेज मॅचिंग कॉम्पेन्सेशनद्वारे, स्टेपर मोटरचे कमी फ्रिक्वेन्सीचे कंपन मोठ्या प्रमाणात कमी करू शकते, ज्यामुळे मोटरचे कमी कंपन आणि कमी आवाजात कार्य करणे शक्य होते.
(2) स्टेपर मोटरच्या उपविभागाचा पोझिशनिंग अचूकतेवर होणारा परिणाम
स्टेपर मोटर सबडिव्हिजन ड्राइव्ह सर्किटमुळे केवळ उपकरणाच्या हालचालीतील सहजता सुधारत नाही, तर उपकरणाची पोझिशनिंग अचूकता देखील प्रभावीपणे वाढवता येते. चाचण्यांमधून असे दिसून आले आहे की: सिंक्रोनस बेल्ट ड्राइव्ह मोशन प्लॅटफॉर्ममध्ये, स्टेपर मोटरच्या ४ उपविभागांमुळे, मोटरला प्रत्येक टप्प्यावर अचूकपणे पोझिशन करता येते.
पोस्ट करण्याची वेळ: ११ जून २०२३