O motor de passo também é conhecido como motor de pulso ou motor de passo. Ele avança um certo ângulo toda vez que o estado de excitação é alterado de acordo com o sinal de pulso de entrada e permanece em uma posição fixa quando o estado de excitação permanece inalterado. Assim, o motor de passo pode converter o sinal de pulso de entrada no deslocamento angular correspondente para saída. Ao controlar o número de pulsos de entrada, o deslocamento angular da saída pode ser determinado com precisão para atingir a função de posicionamento; e controlando a frequência dos pulsos de entrada, a velocidade angular da saída pode ser controlada com precisão para atingir o objetivo de regulação de velocidade. Portanto, os motores de passo podem ser considerados quando é necessário um posicionamento preciso ou controle de velocidade.
1.1 Classificação dos motores de passo
Existem três tipos de motores de passo: reativo (tipo VR), ímã permanente (tipo PM) e híbrido (tipo HB).
O passo de ímã permanente é geralmente bifásico, o torque e o volume são pequenos e o ângulo de passo é geralmente de 7,5 graus ou 15 graus, que é usado principalmente em produtos de consumo de baixo custo.
A etapa reativa é geralmente trifásica, o que pode atingir uma grande saída de torque. O ângulo de passo é geralmente de 1,5 graus, mas o ruído e a vibração são muito grandes. Foi eliminado em países desenvolvidos como Europa e Estados Unidos na década de 1980.
A etapa híbrida refere-se a misturar as vantagens do ímã permanente e do reativo. É dividido em duas fases, três fases e cinco fases. O ângulo de passo bifásico é geralmente de 1,8 graus, e o ângulo de passo trifásico é 0,9 graus. O ângulo de passo de cinco fases é geralmente 0,72 graus . O motor de passo híbrido combina as vantagens dos dois primeiros tipos de motores de passo. Atualmente, os motores de passo utilizados na indústria de fabricação de equipamentos domésticos são basicamente motores de passo híbridos.
Portanto, os motores de passo descritos abaixo são todos referidos como "motores de passo híbridos".
1.2 Estrutura do motor de passo
O motor de passo consiste em um rotor (núcleo do rotor, ímã permanente, eixo giratório, rolamento de esferas), um estator (enrolamento, núcleo do estator), tampas dianteiras e traseiras, etc. O motor de passo híbrido bifásico mais típico tem 8 dentes grandes , 40 dentes pequenos no estator e 50 dentes pequenos no rotor; o estator do motor trifásico tem 9 dentes grandes, 45 dentes pequenos e o rotor tem 50 dentes pequenos. dente.
Figura 1 Diagrama esquemático da composição do motor de passo
1.3 Princípio de Controle do Motor de Passo
O motor de passo não pode se conectar diretamente à fonte de alimentação para funcionar, nem receber sinais de pulso elétricos diretamente. Ele deve interagir com a fonte de alimentação e o controlador por meio de uma interface especial - o driver do motor de passo. O driver do motor de passo (veja a Figura 2) é geralmente composto por um distribuidor de anel e um circuito amplificador de potência. O distribuidor em anel recebe sinais de controle do controlador. Cada vez que um sinal de pulso é recebido, a saída do distribuidor de anel será convertida uma vez, de modo que a presença ou ausência do sinal de pulso e a frequência podem determinar a velocidade do motor de passo, aceleração ou desaceleração, partida ou parada. O distribuidor em anel também deve monitorar o sinal de direção do controlador para determinar se a transição de seu estado de saída é sequência positiva ou sequência reversa, determinando assim a direção do motor de passo.
Figura 2 Esquema de controle do motor de passo
2 Parâmetros principais do motor de passo
2.1 O número do quadro inclui principalmente 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 e assim por diante.
2.2 Número de Fases O número de bobinas dentro do motor de passo. O número de fases do motor de passo geralmente inclui duas fases, três fases e cinco fases. O motor de passo usado na China é principalmente bifásico, e o trifásico também é usado em algumas aplicações. No Japão, os motores de passo de cinco fases são mais usados.
2.3 Ângulo de passo Correspondente à entrada de um sinal de pulso, o deslocamento angular do rotor do motor. A fórmula para calcular o ângulo de passo do motor de passo é a seguinte:
Na fórmula: - o ângulo de passo do motor passo a passo; m - o número de fases do motor passo a passo; - o número de dentes do rotor do motor passo a passo.
De acordo com a fórmula de cálculo acima, os ângulos de passo dos motores de passo bifásicos, trifásicos e de cinco fases são 1,80, 1,20 e 0,72 graus, respectivamente.
2.4 Torque de retenção (torque estático) refere-se ao torque no qual o estator trava o rotor quando o enrolamento do estator do motor é alimentado com corrente nominal, mas o rotor não gira. O torque de retenção é o parâmetro mais importante do motor de passo e é a base principal para a seleção do motor.
2.5 Torque de retenção Refere-se ao torque necessário para girar o rotor com força externa quando o motor não tem corrente. Este torque é um dos indicadores de desempenho do motor. Com outros parâmetros iguais, quanto menor for o torque de retenção, menor será o "efeito de engrenagem", o que é mais benéfico para a estabilidade do motor em baixa velocidade.
2.6 Característica de torque-frequência Refere-se principalmente à característica de torque-frequência de extração, o torque máximo que o motor pode suportar sem perder o passo quando o motor funciona de forma estável a uma determinada velocidade. A curva torque-frequência é utilizada para descrever a relação entre o torque máximo e a velocidade (frequência) sem perda de degrau. A curva de torque-frequência é um parâmetro importante do motor de passo, e é uma das principais bases para a seleção do motor. Curva característica momento-frequência (ver Figura 3).
Figura 3 Curva de torque-frequência do motor de passo
2.7 Corrente nominal O valor eficaz da corrente do enrolamento do motor necessária para manter o torque nominal.
Figura 4 Tabela de parâmetros do motor de passo (extraído do catálogo geral de produtos de passo inteligente Leisai 2021-2022)
3 etapas de seleção do motor de passo
A velocidade do motor de passo usado em aplicações industriais é tão alta quanto 600 ~ 1500, e quanto maior a velocidade, o acionamento do motor de passo de malha fechada pode ser considerado ou o esquema de servo acionamento é mais adequado. Etapas de seleção do motor de passo (consulte a Figura 5).
Figura 5 Etapas de seleção do motor de passo
3.1 Seleção do ângulo do passo
Conforme mencionado em 1.1, de acordo com o número de fases do motor, existem três ângulos de passo: 1,80 (bifásico), 1,20 (trifásico) e 0,72 grau (cinco fases). Claro, a precisão do ângulo de passo de cinco fases é a mais alta, mas seu motor e driver são caros, por isso raramente é usado na China. Além disso, todos os drivers de passo convencionais atuais usam tecnologia de unidade de subdivisão. Abaixo de 8 subdivisões, a precisão do ângulo de passo da subdivisão ainda pode ser garantida, portanto, se você considerar apenas o índice de precisão do ângulo de passo, o passo de cinco fases O motor pode ser substituído por um motor de passo bifásico ou trifásico.
Por exemplo, em uma aplicação de carga de parafuso de avanço com avanço de 5 mm, se um motor de passo bifásico for usado e o driver for definido para 8 subdivisões, o número de pulsos por revolução do motor será 200×8=1600 , e o pulso equivalente é 5 ÷1 600=0 .00313 mm=3 .13 , essa precisão pode atender à maioria dos requisitos de aplicação.
3.2 Seleção de torque estático (torque de retenção)
Mecanismos de transmissão de carga comumente usados incluem correias síncronas, hastes de parafuso, cremalheiras e pinhões, etc. Primeiro, calcule a carga da máquina (principalmente torque de aceleração mais torque de atrito) e converta-a para o torque de carga necessário no eixo do motor. Então, de acordo com a velocidade máxima de operação exigida pelo motor, um motor de passo com torque de retenção adequado é selecionado para os dois casos de uso diferentes a seguir:
(1) Para a aplicação da velocidade do motor necessária abaixo de 300: se a carga da máquina for convertida para o torque de carga necessário no eixo do motor, então o torque de carga é multiplicado por um fator de segurança SF (geralmente 1,5 ~ 2,0), ou seja, o torque de retenção necessário do motor de passo.
(2) Para aplicações onde a velocidade do motor necessária é superior a 300: defina a velocidade máxima, se a carga da máquina for convertida para o torque de carga necessário no eixo do motor, então o torque de carga é multiplicado pelo fator de segurança SF (geralmente 2,5 ~ 3,5 ) para obter o torque de retenção. Com referência à Figura 6, um modelo adequado é inicialmente selecionado. Em seguida, verifique e compare na curva de torque-frequência: Na curva de torque-frequência, use a velocidade máxima necessária para descobrir que o torque máximo de perda de sincronismo correspondente à velocidade máxima é de 20 por cento ou mais. Caso contrário, é necessário selecionar novamente um motor com um torque de retenção maior e verificar novamente e comparar de acordo com a curva de torque-frequência do motor recém-selecionado.
3.3 Seleção do tamanho da carcaça do motor
Quanto maior a carcaça do motor, maior o torque de retenção. Tamanhos de carcaça comuns e faixas de torque de retenção de motores de passo (consulte a Figura 6).
Figura 6 Tamanhos de carcaça comuns de motores de passo e seus torques de retenção
De acordo com o torque de retenção calculado na etapa (2), selecione o tamanho de carcaça apropriado e as especificações específicas do motor correspondente da Figura 4.
3.4 Selecione o driver de passo correspondente de acordo com a corrente nominal
Por exemplo, se a corrente nominal de um motor 57CM23 for 5A, a corrente máxima permitida do driver que você escolher precisa ser maior que 5A (observe que é o valor RMS em vez do valor de pico), caso contrário, se você escolher um driver com uma corrente máxima de apenas 3A, então O torque máximo de saída do motor só pode ser de cerca de 60 por cento!
