Često postavljana pitanja o koračnim motorima, 2. dio

Često postavljana pitanja o koračnim motorima 2. dio nastavak su 1. dijela, pa ako niste pročitali 1. dio i želite naučiti osnove rada koračnog motora, preporučujemo vam da pročitate Često postavljana pitanja o koračnim motorima, 1. dio.

1. Kolika je rezonancija koračnog motora?

Koračni motori su jedinstveni među elektromotorima jer se kreću u nizu diskretnih koraka (otuda i njihov naziv), a ne u neprekidnom kretanju. Na svakom koraku dolazi do malih vibracija zbog inercije pokretnog rotora, koji neznatno premašuje (ili u nekim slučajevima ne dosegne) položaj stepenice na svakom koraku, a zatim oscilira dok se ne stabilizira u ispravnom položaju koraka. Rezonancija se javlja samo ako frekvencija tih oscilacija odgovara prirodnoj frekvenciji motora. Zatim se čuje buka, vibracije, izgubljeni koraci, zaustavljanje ili čak okretanje motora u suprotnom smjeru. Kako bismo ublažili ili potpuno otklonili rezonanciju, pomažemo si na razne načine:

• Ubrzanje kroz rezonantni raspon

  Rezonancija je problematična samo na prirodnoj frekvenciji koračnog motora. To znači da se pojavljuje samo u određenom rasponu brzina. To se obično događa pri 100-200 impulsa u sekundi u punom koraku i također pri većim brzinama. Ako se vaš motor vrti brzinom manjom ili višom od rezonantne brzine, možda uopće nećete primijetiti samu rezonanciju, čak i ako prođete kroz rezonantnu brzinu prilikom ubrzavanja motora. Razlog je taj što je potrebno vrijeme da se stvori rezonancija. Problem nastaje ako ostanete u rezonantnom rasponu nekoliko sekundi. Budući da se problem rezonancije javlja samo pri određenim brzinama, može se izbjeći ubrzavanjem kroz područje rezonancije.

• Korištenje mikrokoraka

  Smanjenje veličine koraka koračnog motora najčešći je način prigušivanja efekta rezonancije. Metodom mikrokoraka svaki korak dijelimo na 2, 4, 8, 16 i više mikrokoraka. S manjim veličinama koraka, povećanje i smanjenje struje u svakom namotu je postupnije, što dovodi do manjih razlika u momentu između pojedinačnih koraka. To znači da je prekoračenje položaja svake stepenice manje ekstremno, vrijeme osciliranja je kraće, a vibracije i buka uvelike smanjeni.

• Promjena inercije rotora

  Frekvencija rezonancije koračnog motora proporcionalna je krutosti momenta motora i obrnuto proporcionalna njegovoj inerciji. Rezonantna frekvencija se može promijeniti promjenom barem jednog od ovih parametara. 

• Ugradnja mehaničkog amortizera

  Mehanički prigušivač na osovini motora može dodati dodatnu inerciju osovini i pomoći u apsorpciji vibracija i osigurati stabilan učinak prigušenja.

• Promjena sistemske inercije

  Ako je motor opterećen, slično mehaničkom prigušivaču, tromost rotora će biti puno veća, a oscilacije će biti značajno smanjene.

• Korištenje mjenjača

  Dok se mjenjači obično koriste za povećanje okretnog momenta motora, dodavanje mjenjača također znači da će motor morati raditi većom brzinom - često izvan svog rezonantnog raspona.

• Smanjenje struje

  Motor će generirati manji moment pri nižim ulaznim strujama. Kao rezultat, proizvodit će se manje energije za pomicanje rotora (tj. niži dτ / dθ, krutost momenta). Mnoge aplikacije gdje je potrebna mala brzina radit će glatko. Kada koristite ovu tehniku, pobrinite se da imate dovoljnu rezervu zakretnog momenta.

• Povećanje induktivnosti zavojnica

  Rezonancija koračnog motora inducira izmjeničnu struju u namotu motora, a izmjenična struja ometa istosmjernu struju koja teče kroz namot. Povećanjem induktiviteta, namot motora može spriječiti rezonanciju ili je pomaknuti na niže frekvencije.

• Povećanje broja faza

  Višefazni motor imat će manji korak, slično mikrokorak funkciji. Veća rezolucija koraka zahtijeva manje energije za rotaciju rotora, tako da postoji manje prekoračenja koraka nego što je gore opisano.

2. Koji je preporučeni omjer između inercije motora i opterećenja?

Ovisi o ubrzanju koje očekujete od sustava. Za koračne motore najbolje je odabrati omjer inercije opterećenja i motora od oko 1:1 za dobro ubrzanje. Korištenje reduktora je dobra opcija za smanjenje neusklađenosti omjera inercije, budući da glava zupčanika smanjuje inerciju opterećenja za kvadrat prijenosnog omjera.

Povećanje omjera inercije opterećenja i motora, osobito kada je iznad 10, dovodi do neželjenog zvonjenja i vibracija pri usporavanju na kraju rotacije. Razlog je taj što što je veća inercija tereta, to je veći višak idealnog položaja svake stepenice (više o tome gore), što dovodi do većih oscilacija naprijed-natrag oko konačnog položaja svake stepenice.

Na ovom mjestu treba spomenuti još jednu stvar. Osovina motora obično treba biti spojena na osovinu opterećenja nekom vrstom spojnice. Spojka koja ima visoku torzijsku fleksibilnost ili djeluje kao opruga može uzrokovati probleme sa zvonjavom, čak i ako je omjer inercije 1:1, jer se energija prikupljena u torziji oslobađa tijekom usporavanja i uzrokuje prekoračenje idealnog položaja svake stepenice. Stoga je, osim odgovarajućeg omjera tromosti opterećenja i motora, vrlo važan i odabir odgovarajuće spojke.

3. Kako smanjiti zvonjenje na kraju rotacije?

Zvonjenje je neželjeno pomicanje rotora naprijed-natrag dok je motor zaustavljen. Trenje u sustavu, brže usporavanje / ubrzanje su metode koje pomažu ublažiti zvonjenje. Također imajte na umu ispravan odnos između inercije motora i opterećenja kao što je gore opisano.

4. Zašto se koračni motor zaustavlja tijekom testa bez opterećenja uz jake vibracije i tutnjavu?

Za pravilno ubrzanje motoru je potrebno opterećenje s inercijom približno jednakom njegovoj inerciji (vidi odgovor iznad). Svaka rezonancija koja se razvije u motoru najveća je u stanju praznog hoda.

 

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