Prispevek Najpogostejša vprašanja o koračnih motorjih 2. del je nadaljevanje 1. dela, zato v kolikor niste prebrali 1. dela in se želite seznaniti z osnovami delovanja koračnih motorjev, vam priporočamo, da preberete Najpogostejša vprašanja o koračnih motorjih, 1. del.
1. Kaj je resonanca koračnega motorja?
Koračni motorji so edinstveni med elektromotorji, saj se gibljejo v zaporedju diskretnih korakov (od tod tudi njihovo ime) in ne v neprekinjenem gibanju. Pri vsakem koraku prihaja do majhnih tresljajev zaradi vztrajnosti premikajočega se rotorja, ki pri vsakem koraku rahlo prekorači (ali v nekaterih primerih ne doseže) pozicijo koraka in nato oscilira toliko časa, dokler se ne ustali pri pravilni poziciji koraka. Do resonance pride samo, če se frekvenca teh nihanj ujema z naravno frekvenco motorja. Takrat nastane slišen hrup, vibracije, lahko tudi izgubljeni koraki, zaustavitev ali celo vrtenje motorja v nasprotno smer. Da resonanco ublažimo ali povsem odpravimo, si pomagamo na različne načine:
-
Pospešitev skozi resonančno območje
Resonanca je problematična le pri naravni frekvenci koračnega motorja. To pomeni, da se pojavi le v določenem pasu hitrosti. Običajno se to zgodi pri 100-200 impulzih na sekundo pri načinu delovanja v polnem koraku in tudi pri višjih hitrostih. Če se vaš motor vrti s hitrostjo, ki je nižja ali višja od resonančne hitrosti, same resonance morda sploh ne boste opazili, tudi če greste pri pospeševanju motorja skozi resonančno hitrost. Razlog je v tem, da je za nastanek resonance potreben čas. Problem nastane, če se v resonančnem območju zadržujete nekaj sekund. Ker se problem resonance pojavlja le pri določenih hitrostih, se ji lahko izognete tako, da pospešite skozi resonančno regijo.
-
Uporaba mikrokorakov
Zmanjšanje velikosti koraka koračnega motorja je najpogestejši način blaženja efekta resonance. Z metodo mikrokorakov (“microstepping”) razdelimo vsak korak na 2, 4, 8, 16 in več mikrokorakov. Pri manjših velikostih korakov je naraščanje in upadanje toka v vsakem navitju bolj postopno, kar vodi v manjše razlike v navoru med posameznimi koraki. To pomeni, da je prekoračitev pozicije vsakega koraka manj ekstremna, čas osciliranja krajši, vibracije in hrup pa močno zmanjšani.
-
Sprememba vztrajnosti rotorja
Frekvenca resonance koračnega motorja je sorazmerna s togostjo navora motorja in obratno sorazmerna z njegovo vztrajnostjo. Resonančno frekvenco lahko spremenimo s spremembo vsaj enega izmed teh parametrov.
-
Namestitev mehaničnega blažilca
Mehanski dušilec na gredi motorja lahko doda dodatno vztrajnost na gred in pomaga absorbirati vibracije ter zagotavlja stabilen učinek dušenja.
-
Sprememba sistemske vztrajnosti
Če je motor obremenjen, podobno kot pri mehanskem dušilcu, bo vztrajnost rotorja veliko večja in oscilacije se bodo znatno zmanjšale.
-
Uporaba reduktorja
Medtem ko se reduktorji običajno uporabljajo za povečanje navora motorja, dodatek reduktorja pomeni tudi, da bo motor moral delovati z večjo hitrostjo – pogosto zunaj svojega resonančnega območja.
-
Zmanjšanje toka
Motor bo ob nižjem vhodnem toku ustvaril manjši navor. Posledično bo proizvedeno manj energije za premikanje rotorja (t.j. nižji dτ/dθ, togost navora). Mnoge aplikacije, kjer je potrebna nizka hitrost bodo delovale bolj gladko. Ko uporabljate to tehniko, poskrbite, da imate dovoljšnjo rezervo navora.
-
Povečanje induktivnosti tuljav
Resonanca koračnega motorja inducira izmenični tok v navitju motorja, izmenični tok pa moti enosmerni tok, ki teče skozi navitje. S povečanjem induktivnosti navitje motorja lahko prepreči resonanco ali jo premakne k nižjim frekvencam.
-
Povečanje števila faz
Motor z več fazami bo imel manjši kot koraka, podobno kot funkcija mikrokorakov. Višja ločljivost korakov zahteva manj energije za vrtenje rotorja, zato je manj prekoračitve pozicije koraka, kot je bilo opisano zgoraj.
2. Kakšno je priporočljivo razmerje med vztrajnostjo motorja in bremena?
To je odvisno od pospeška, ki ga pričakujete od sistema. Pri koračnih motorjih je za dober pospešek najbolje izbrati razmerje med vztrajnostjo bremena in motorja okoli 1:1. Uporaba reduktorja je dobra možnost za zmanjšanje neusklajenosti razmerja vztrajnosti, saj zobniška glava zmanjša vztrajnost bremena za kvadrat prestavnega razmerja.
S povečevanjem razmerja med vztrajnostjo bremena in motorja, še posebej ko ta znaša nad 10, prihaja do neželenega zvonjenja in vibracij pri pojemanju na koncu vrtenja. Razlog je v tem, da večja kot je inercija bremena, večja je prekoračitev idealne pozicije vsakega koraka (več o tem zgoraj), kar vodi v večje oscilacije naprej in nazaj okoli končne pozicije posameznega koraka.
Na tem mestu je potrebno omeniti še eno stvar. Gred motorja je običajno potrebno priključiti na gred bremena z nekakšno sklopko. Sklopka, ki ima veliko torzijsko podajnost oziroma deluje kot vzmet, lahko povzroči težave pri zvonjenju, tudi če je razmerje vztrajnosti 1:1, saj se energija zbrana v torziji sprosti med pojemanjem in povzroči večjo prekoračitev idealne pozicije vsakega koraka. Zato je poleg ustreznega razmerja med vztrajnostjo bremena in motorja zelo pomemben tudi izbor ustrezne sklopke.
3. Kako zmanjšati zvonjenje na koncu vrtenja?
Zvonjenje je nezaželeno gibanje rotorja naprej in nazaj med ustavljanjem motorja. Trenje v sistemu, hitrejši pojemki/pospeški so metode, ki pomagajo ublažiti zvonjenje. Prav tako ne pozabiti na ustrezno razmerje med vztrajnostjo motorja in bremena, kot je opisano zgoraj.
4. Zakaj se koračni motor ustavi med preizkusom brez obremenitve ob močnih vibracijah in ropotanju?
Za pravilno pospeševanje potrebuje motor breme z vztrajnostjo, ki je približno enaka njegovi vztrajnosti (glej odgovor zgoraj). Vsaka resonanca, ki se razvije v motorju, je največja v stanju brez obremenitve.
Viri:
- 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
Napišite komentar