Primamo puno pitanja naših kupaca na temu koračnih motora, od onih posve općenitih do onih složenijih koji zahtijevaju dublje poniranje i uče nas nečemu novom. Rad sa koračnim motorima, kao i svako novo područje s kojim se hvatamo i na kraju ga pokušavamo osvojiti, počinje osnovnim pitanjima (što, kako, zašto...), a zatim se nastavlja sa sve složenijim. Kako bismo lakše pronašli odgovore na najčešća pitanja s kojima se svi prije ili kasnije susrećemo, sakupili smo ih na jednom mjestu, u članku pod naslovom Najčešća pitanja o koračnim motorima, 1. dio. Pitanja i odgovori podijeljeni su u dva dijela. Prvi dio pokriva općenitija pitanja o koračnim motorima, dok drugi dio (Često postavljana pitanja o koračnim motorima, 2. dio) temelji se na znanju i integraciji osnovnih principa rada koračnog motora iz 1. dijela.
1. Što znače oznake koračnog motora Nema 17, Nema 23, Nema 34...?
To nije naziv tvrtke koja proizvodi ove vrste koračnih motora, kako bi mnogi pogrešno pomislili. Američko nacionalno udruženje proizvođača električne opreme (NEMA) standardizira različite dimenzije, označavanje i druge aspekte koračnih motora u NEMA standardu (NEMA ICS 16-2001). NEMA koračni motori definirani su veličinom prednje ploče. NEMA 17 je koračni motor s prednjom pločom od 1,7 x 1,7 inča (43 mm x 43 mm). Postoje i drugi parametri za opisivanje koračnih motora, pojedinosti se mogu pronaći u standardu ICS 16-2001.
2. Kada koristiti koračni motor umjesto istosmjernog motora?
Koračni motori poduzimaju korake na temelju pojedinačnih impulsa, a svaki je korak približno iste veličine. Ovi impulsi omogućuju motoru da se okreće pod preciznim kutom (1,8° ili manje korištenjem mikrokoraka (pogledajte pitanje u nastavku)), što zauzvrat održava precizan položaj motora bez potrebe za mehanizmom povratne sprege.
Gdje se koriste koračni motori? Koračni motori se koriste u industrijskim i komercijalnim okruženjima. Oni su motor izbora za aplikacije kontrole kretanja koje zahtijevaju visoku preciznost. Popularni su zbog niske cijene, visoke pouzdanosti i velikog okretnog momenta pri malim brzinama. To su jednostavni, robusni motori koji mogu raditi u gotovo svakom okruženju.
- Pozicioniranje: 3D pisači, CNC strojevi, stolovi za XY pozicioniranje, pokretne trake na proizvodnim linijama, platforme za kamere, objektivi kamere/kamera i neki diskovi zahtijevaju precizno pozicioniranje. Koračni motori savršeni su za to, budući da se kreću u preciznim, ponovljivim koracima.
- Zakretni moment niske brzine. Maksimalni okretni moment koračnog motora uvijek je pri maloj brzini, što ga čini izvrsnim izborom za primjene koje zahtijevaju malu brzinu bez žrtvovanja točnosti. Klasični istosmjerni motori obično ne nude kombinaciju male brzine, visokog momenta i visoke preciznosti.
- Kontrolirana brzina. Precizno kontrolirani koraci koračnih motora pružaju izvrsnu kontrolu u procesima automatizacije i robotike
3. Kako biramo odgovarajući koračni motor?
Prije svega potrebno je znati koliki moment nam je potreban pri određenoj brzini vrtnje koračnog motora. Nakon što imamo te informacije, koračni motor odabiremo na temelju dva parametra:
- momenta držanja koračnog motora (može se pronaći u specifikacijama pod "moment zadržavanja") i
- krivulje brzina-moment.
Vrijednost momenta držanja kao mjere performansi koračnog motora mora se uzeti s rezervom, budući da moment držanja predstavlja moment koji motor proizvodi u mirovanju. Kako se koračni motor počinje okretati, njegov moment opada. Svaki koračni motor ima svoju karakterističnu krivulju brzine i momenta, koja pokazuje pad momenta s povećanjem brzine vrtnje.
Krivulja predstavlja moment pri kojem se motor zaustavlja. Preporučujem da udvostručimo (sigurnosni faktor 100%) potrebni okretni moment pri određenoj brzini, a zatim odaberemo kombinaciju motor/pogon/napajanje koja može osigurati taj okretni moment (tj. ako trebamo 1,0 Nm okretnog momenta pri danoj brzini, upotrijebimo motor koji proizvodi 2,0 Nm pri ovoj brzini).
4. Zašto je veličina motora bitna, zašto jednostavno ne možemo koristiti veći koračni motor?
Ako je tromost rotora motora većina inercije sustava, sve rezonancije postaju izraženije (pogledajte pitanje o odnosu inercije motora i opterećenja u sljedećem postu). U isto vrijeme, većem koračnom motoru treba više vremena da ubrza rotor koji ima veću inerciju do željene brzine. Tako da, manje može biti bolje.
5. Kako upravljamo koračnim motorom?
Sustav koračnog motora sastoji se od koračnog motora, pokretača koračnog motora i kontrolera. Koračni motori se okreću na temelju niza impulsa koje generira upravljač. U načinu punog koraka obično postoji 200 koraka (ili 1,8 stupnjeva po koraku) za svaki okret od 360 stupnjeva, a svaki impuls pomiče motor za jedan korak. Ako trebamo veću preciznost od 1,8 stupnjeva i kako bismo izbjegli rezonanciju koja je češća u ovom načinu rada, full step način nije pravi izbor. Zbog toga obično odabiremo načine rada s pola koraka, četvrt koraka… koji rade na 400, 800 ili do 50 000 koraka po okretaju. Regulator je spojen na upravljački program koračnog motora, koji zatim regulira struju kroz zavojnice koračnog motora sinkrono s ulaznim impulsima regulatora. Kontroler može biti "programabilni logički kontroler" (PLC), mikrokontroler ili još jednostavniji generator impulsa, kao što je NE555 čip.
6. Je li sigurno koristiti istosmjerni napon viši od nazivnog napona koračnog motora?
Među osnovnim specifikacijama bilo kojeg koračnog motora su nazivna struja, otpor namota, zakretni moment i nazivni napon. Protok je ovdje važan. Proizvedeni moment proporcionalan je struji kroz namot. Nazivna struja je struja koja proizvodi nazivni moment koračnog motora. Nazivni napon lako se izračunava pomoću Ohmovog zakona iz nazivne struje i otpora namota.
To je napon koji će protjerati nazivnu struju kroz namot motora u stanju ravnoteže (ako npr. spojimo nazivni napon izravno na zavojnicu i pričekamo da se struja stabilizira). Stvarna situacija u koračnom motoru ne predstavlja uvijek stanje ravnoteže, jer se struja brzo mijenja. Induktivitet namota motora sprječava brze promjene struje, kojoj je potrebno vrijeme da poraste na vrijednost nazivne struje. Što je ovo vrijeme dulje, to je niži primijenjeni napon. Stoga, da bi se postigle velike brzine vrtnje i istovremeno dovoljan okretni moment, koristimo napon koji je nekoliko puta veći od nazivnog napona koračnog motora.
Primjer: Nema motor od 23 koraka, 2,8 Nm okretnog momenta, nazivni napon 3,78 V, nazivna struja 4,2 A, fazni otpor 0,9 Ω normalno spojen na 36 V napajanje. Koristili smo napon gotovo 10 puta veći od nazivnog napona.
7. Što su microstepping?
Tipični koračni motor napravi 200 koraka u jednom okretaju od 360 stupnjeva (veličina koraka je 1,8 stupnjeva). U punom koraku, koračni motor će tako napraviti jedan puni okretaj za 200 ulaznih impulsa iz upravljača. U tom će slučaju rotacija motora biti vrlo "klempava" i prilično glasna zbog rezonancije, osobito pri malim brzinama.
Regulacijom struje kroz zavojnice koračnog motora, driver omogućuje da se jedan korak od 1,8 stupnjeva podijeli na 2, 4, 8, 16, 32,... jednaka, mala mikrokoraka. To znači da pri odabiru 1/32 mikrokoraka, najmanji korak koji koračni motor može napraviti je 0,056 stupnjeva.
8. Kako napajanje utječe na maksimalnu brzinu motora?
Svaki motor djeluje kao generator kada se okreće, šaljući napon natrag u pokretač. To se naziva "elektromotorna sila" ili povratni EMF napon. Veličina proizvedenog EMF-a raste proporcionalno s brzinom i induktivitetom motora. Ovaj povratni EMF povećava impedanciju/efektivni otpor namota. Budući da Ohmov zakon i dalje vrijedi, to smanjuje efektivnu struju koja teče kroz namot pri danom naponu na početku svakog koraka (I=U/R; struja=napon/otpor). U teoriji, kada se povratni EMF izjednači s naponom pokretača, motor se zaustavlja. Na temelju toga vidimo da ako povećamo napon napajanja, možemo postići veće brzine. Međutim, viši napon može uzrokovati jače vibriranje motora pri nižoj brzini, a također može uzrokovati isključivanje zaštite od prenapona na pokretaču ili čak oštećenje pogona. Stoga se predlaže odabir napona napajanja koji je dovoljno visok za namjeravanu primjenu.
9. Koliko se koračnih motora može pokretati jednim pogonom?
Većina standardnih pokretačkih programa dizajnirana je za pogon jednog koračnog motora. U teoriji, možemo spojiti više od jednog koračnog motora na jedan driver, ali to se nikako ne preporučuje. U ovom slučaju, najbolje je spojiti namote nekoliko motora u seriju, što će prirodno ograničiti najveću moguću brzinu. Za veću brzinu i manji moment potrebno je paralelno spojiti namote više motora.
10. Koja je sigurna radna temperatura koračnog motora?
Većina koračnih motora ima izolaciju klase B, koja je ocijenjena na 130 °C. Normalno je da temperature koračnog motora dosegnu 70°, 80° ili čak 90°C. Iako je motor prevruć da bi se mogao dodirivati na ovim temperaturama, sam motor je neoštećen. Međutim, unatoč ovim činjenicama, preporučljivo je osigurati da njegova temperatura bude što je moguće niža kako bi se što više produžio životni vijek koračnog motora. To možemo postići na nekoliko načina:
- Smanjenje struje mirovanja: Mnogi sustavi upravljanja kretanjem zahtijevaju maksimalni okretni moment kada motor ubrzava i koči. Kada motor miruje ili samo drži svoj položaj, potrebno mu je mnogo manje okretnog momenta. Ovo je pravi trenutak za smanjenje struje motora. Mnogi upravljački programi koračnih motora dopuštaju smanjenje struje mirovanja na 50 % postavljene struje. Smanjenje struje mirovanja može imati dramatičan učinak na temperaturu motora.
- Smanjenje tijeka rada: kada biramo pravi motor za naše potrebe, biramo motor s maksimalnim momentom koji je 100 % veći od momenta koji nam je potreban. Stoga obično nema razloga za odabir najveće nazivne struje koračnog motora na pogonskom programu. Ima smisla odabrati takvu struju koja motoru daje okretni moment veći od potrebnog za određeni faktor pričuve.
- Korištenje sustava koračnog motora zatvorene petlje: sustav koračnog motora sa zatvorenom petljom koristi povratnu petlju za preciznu kontrolu struje, brzine i položaja koračnog motora. Strujna petlja osigurava da je struja koju motoru daje pokretač točno onoliko koliko je potrebno za dovoljan okretni moment. Kada motor ne proizvodi moment (ili proizvodi manji od maksimalnog momenta), struja se automatski smanjuje u skladu s tim. Ova shema upravljanja zatvorenom petljom značajno poboljšava temperaturu motora.
- Upotreba rashladnih rebara i/ili aktivnog hlađenja: vrlo jednostavna i pristupačna rješenja koja ne utječu na količinu proizvedene topline, već povećavaju njezin odvod.
11. Zašto je koračni motor topao čak i kad miruje?
Pokretač koračnog motora pokreće struju kroz namote koračnog motora cijelo vrijeme, čak i kada je koračni motor u stanju mirovanja. To omogućuje koračnom motoru da proizvodi okretni moment bez intervencije vozača u mirovanju kada vanjska sila pokušava rotirati njegovu os, održavajući tako fiksni položaj. Zagrijavanje motora u praznom hodu može se smanjiti postavljanjem struje praznog hoda na pola na driveru (ako to dopušta).
12. Zašto koračni motor ponekad poskakuje tijekom uključivanja ili isključivanja?
Rotor koračnog motora najčešće se sastoji od dva dijela od kojih svaki ima po 50 zubaca. Kada struja teče kroz stator, rotor se pomiče tako da se njegovi zubi poravnaju s magnetiziranim zubima statora. Budući da postoji 50 prirodnih položaja rotora, on se može kretati +/- 3,6 stupnjeva u jednom od smjerova.
Izvori:
- https://www.nkxmotor.si/
- https://en.wikipedia.org/wiki/Stepper_motor
- http://www.cncitalia.net/file/pdf/nemastandard.pdf
- https://www.linearmotiontips.com/what-is-stepper-motor-resonance-and-how-can-it-be-avoided/
- http://www.stepperchina.com/2018/07/06/stepper-motor-settling-time-ringing-and-resonance/
- https://electromate.blog/2014/01/27/step-motor-frequently-asked-questions/
- https://www.linengineering.com/news/tips-on-how-to-reduce-stepper-motor-resonance
- https://www.automate.org/tech-papers/solutions-to-reduce-stepper-motor-resonance
Napiši komentar