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Elección de un Motor paso a paso: Example(2) Real

Jul 31, 2017

Operación de inclinación:

Rango de velocidad, 5 grados/seg.

Esfuerzo de torsión, 12 oz.

Cociente del engranaje, 1:1

Unidad de voltaje, 12 a 40 Vdc

Las tasas de aceleración y desaceleración no fueron severas para cualquier operación.

Operación de pan es el más exigente de los dos ejes, la siguiente discusión se concentra en él. Panorámica requiere movimiento suave porque, cuando una cámara con un lente largo se monta en la unidad, cualquier temblor se verá como desenfoque en el monitor de vídeo.

La primera opción para un motor de prueba fue un motor de tamaño 17 1.8-deg/step, con controlador de 12 Vdc del cliente. Este motor tenía un par de retención nominal de 22.2 oz-pulg, muy por encima del requerimiento de esfuerzo de torsión de la operación Panamericana. Sin embargo, entregados solamente marginal rendimiento a la velocidad superior de 666 pulsos/seg (200 grados/seg). El motor mueve la carga a la velocidad deseada a veces, pero pierde sincronismo y había faltado pasos a otros.

Entonces decidimos probar un motor similar, pero que podría producir más esfuerzo de torsión. Fue seleccionado un 0,9 grados/paso, motor del tamaño 23 con un driver de 12 Vdc. A pesar de que este motor tenía un par de retención nominal de 80 oz-pulg, que también podría realizar sólo marginalmente a velocidades superiores. La insuficiencia del motor tamaño 23 aquí fue un indicio de que hubo un problema de velocidad de par: un problema no necesariamente causado por el motor, pero por el conductor al servicio del motor.

Los bobinados de un motor paso a paso consisten en un circuito de serie con la resistencia y la inductancia. La inductancia causa la corriente del motor (por lo tanto, esfuerzo de torsión) a construir en un tiempo finito, incluso cuando la cuerda es golpeada con un cambio de paso de voltaje (un pulso de voltaje). Si los pulsos vienen muy rápido (altas velocidades), corriente no tenga tiempo para construir valor nominal antes de los próximos éxitos de pulso; el motor no puede llegar a esfuerzo de torsión clasificado.

En efecto, algunos controladores de añadir resistencia en el bobinado del motor. (Recuerde: las corrientes inductivas y resistivas son 90 grados fuera de fase.) El resultado es un ablandamiento del efecto de la inductancia en la hora actual de acumulación con el aumento de la resistencia, así que deja el motor acercarse a esfuerzo de torsión clasificado a tasas más altas de pulso.

Sin embargo, el método plantea la pérdida de potencia resistiva en el motor. Y a velocidades más altas, puede aún no ser lo suficiente como para dejar que el esfuerzo de torsión clasificado completo motor alcance. Parece ser el caso aquí. Luego probamos el mismo dos motores, pero con conductor unipolar, corriente constante, modulada de ancho de pulso (PWM) "tensión de picado". Este driver podría conducir los motores con hasta 24 Vdc. Un controlador PWM tiende a dejar su paso motor alcance una velocidad más alta, porque el alto voltaje aplicado a los devanados del motor permite motor subida actual hacia el valor nominal más rápido; el motor puede producir más esfuerzo de torsión a velocidades más altas. En pruebas con esta unidad, el tamaño de 17 y 23 motores paso a paso tamaño alcanzados desea rendimiento.

Con el obstáculo par despejó, tuvimos que buscar en suavidad de movimiento en toda la gama de velocidad. A baja velocidad (10 pps), el 1.8 y 0.9-deg/step motors sacudieron mucho. Cuando acelera, mostraron efectos de resonancia típica. Los motores sacudieron violentamente y perdieron el sincronismo antes de alcanzar la velocidad máxima deseada. Agitación de baja velocidad también hizo la fotografía de la cámara de vídeo nerviosos e inaceptable. Sin embargo, vimos que el movimiento de motor 0.9-deg/step era mucho más suave que el del motor de 1.8-deg/step.

Porque como paso disminuye de tamaño, aumenta la suavidad, decidimos probar una combinación del controlador alta resolución, 0.36 grados/paso 5-fase de motor y 24 VCC. En las pruebas, podríamos mover la cámara muy suavemente en la velocidad (300 grados/seg) y baja velocidad (1.5 grados/seg). También, no hubo ninguna variación notable en el monitor de vídeo a cualquier velocidad en el rango.

En la siguiente prueba, un teleobjetivo de gran tamaño fue cargado en la cámara. El motor realiza bien. Luego, para simular con mayor precisión toda la carga del sistema, hemos añadido los componentes real mecánicos necesarios para el eje de inclinación. Todo funcionó bien. Por otra parte, hemos sido capaces de ejecutar la operación de inclinación hasta 200 grados/seg — muy por encima de los requisitos.

Tensión de conducción todavía necesita consideración. Todas las pruebas se hizo en 24 VCC. ¿Pero podría un motor 0.36-deg/step 3.333-pps velocidad máxima a sólo 12 VCC? Cuando el motor fue probado con un driver de 12 Vdc realiza como se esperaba, tuvo dificultades para llegar a velocidades más altas. Porque el cliente quiso mantener el consumo al mínimo posible, probamos el motor en las tensiones cada vez más altas hasta que funcionó satisfactoriamente a altas velocidades. A través de ensayo y error, se determinó que el motor funcionó bien en tan poco como 17 VCC aplicado tensión. En general, usted debe conducir un motor de paso con tan bajo una tensión como sea posible. A medida que aumenta el voltaje de la impulsión del motor, el motor tiende a correr más y crear más ruido electromagnético o "bobina". Además, puede aumentar la amplitud de cualquier ruido mecánico transmitido que el motor produce. Dado que la especificación original de la impulsión del motor era 12 a 40 VCC, estábamos dentro de capacidad de disipación del calor del mecanismo de la cámara.

Tipos de motor y conductor determinado, era hora de averiguar si el sistema podría satisfacer las restricciones de costo del cliente. Desafortunadamente, no era rentable para el cliente comprar el motor y un controlador estándar en las cantidades necesarias. Decidimos ayudar al cliente a construir su propio controlador. Mediante el suministro de los chips de lógica y el poder, junto con el apoyo técnico para ayudar a integrarlos en el diseño final, el cliente fue capaz de construir un sistema de movimiento completo por debajo del presupuesto.

Lo que acabáis de ver es un proceso de pensamiento para utilizar al seleccionar un motor de paso para una aplicación:

• Definir la tarea bien y estar seguro que usted entiende.

• Entender el sistema mecánico también.

• Determinar los pares necesitan para moverte, acelerar y desacelerar el sistema.

• Estimación del rendimiento que puede esperar de una combinación de motor y driver paso dado. Puede encontrar esta información en hojas de datos de fabricantes.

• Cuando tenga toda la información compilada, usted, el diseñador — debe realizar y ensayar bien un sistema completo. Si usted no tiene las instalaciones para pruebas, trabajo con un laboratorio de pruebas independiente o con el proveedor del motor y el conductor. Pero se quedan cerca, supervisar las pruebas y sabe lo que está sucediendo. No tenga miedo de probar varias configuraciones. Ensayo y error es todavía la mejor manera para ver si ha seleccionado el mejor sistema de movimiento para su aplicación.

¿Qué hace una señal de motor de paso?


El rotor de un motor paso a paso de híbrido típico tiene dos tazas de hierro dulce que tienen dientes (generalmente 48 o 50) en sus superficies. Orientan el flujo de un imán permanente para el entrehierro rotor-stator. Cada taza está magnetizado axialmente con polaridad de oposición la otra. En la mayoría de los casos, los dientes de una taza se compensa de los dientes de la otra con medio diente de tono para un motor de paso de la fase 2.

El estator también tiene muchos dientes, pero generalmente uno o dos menos que el rotor. Cuando un diente en el estator se energiza con una polaridad norte, un diente correspondiente en el rotor con una polaridad sur se alinea con él. Además y al mismo tiempo, otro diente en el estator de la misma fase se energiza con una polaridad sur, que atrae a un diente en la Copa de polo norte a alinearse con él. Por energización estator dientes vecinos uno tras otro en una secuencia giratoria, el rotor comienza a girar correspondientemente como su dientes intentan alinearse con los dientes del estator.

Acortando los pasos


Un motor de paso a paso híbrido de fase 2 regular se mueve de una manera oscilatoria. Los efectos de estas rotaciones irregulares y resonancia correspondiente pueden variar de alto nivel de ruido audible a faltado pasos. La mejor manera de minimizar los efectos de la resonancia es hacer más pequeño el tamaño de paso. Hay dos métodos populares para reducir el tamaño de paso de un motor de paso a paso híbrido común: "microstep" una fase regular 2, 1,8 grados motor de paso, o utilizar un motor de paso de la fase 5.

El método de microstepping reduce el tamaño de paso electrónicamente. Esto se hace por control proporcional de la corriente en cada fase para crear un paso intermedio entre pasos "Cardenal" del motor. Con este método, un motor de 1.8-deg/step puede conducir a hasta 25.000 pasos/rev.

El método de fase 5 agrega un par de polos en el estator de un diseño del motor paso híbrido de fase 2 regular. Esto cambia el desplazamiento del rotor-estátor de un motor de paso de la fase 2 de un cuarto a un décimo la echada del rotor. El tamaño de paso completo resultante en un motor con 50 dientes del rotor es 0,72 grados o pasos/rev 500. El motor de paso de la fase 5 tiene mucho menor rotaciones irregulares en comparación con un motor full-paso 2-fase y no tiene prácticamente ningún efecto de resonancia. La ondulación del esfuerzo de torsión de un motor de paso de la fase 5 vs un motor regular paso de fase 2 es también reducida. La diferencia de menor a mayor valor de torque de un motor de paso de 2 fases regulares es 29%. El mismo valor para un motor de paso de la fase 5 es sólo el 5%. Esta ondulación de par reducido es una de las razones para la suavidad del motor de paso de la fase 5.