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Wählen einen Schrittmotor: Echte Example(2)

Jul 31, 2017

Tilt-Betrieb:

Drehzahlbereich, 5 Grad/sec

Drehmoment, 12 oz.

Getriebeübersetzung, 1:1

Ansteuerspannung, 12 bis 40 Vdc

Beschleunigungs- und Verzögerungswerte Preise waren nicht schwerwiegend entweder betriebsbereit.

Pan-Betrieb ist die anspruchsvollste der zwei Achsen, so dass die folgende Diskussion darauf konzentriert. Das Schwenken erfordert glatte Bewegung, weil wenn eine Kamera mit einem Teleobjektiv am Gerät montiert, Zittern gesehen wird als Unschärfe auf dem Videomonitor.

Die erste Wahl für einen Test-Motor war ein 1,8-deg /, Größe 17 Schrittmotor mit der Kunde 12-Vdc-Treiber. Dieser Motor hatte eine bewertete Haltemoment von 22,2 oz-Zoll, weit über der Pfanne Betrieb Drehmoment Anforderung. Allerdings lieferte nur marginal Leistung bei der Höchstgeschwindigkeit von 666 Impulsen/sec (200 Grad/sec). Der Motor zog die Last im gewünschten Geschwindigkeit manchmal aber verloren Synchronismus und Schritte auf andere verpasst.

Dann beschlossen wir testen einen ähnlichen Motor, aber eine, die mehr Drehmoment produzieren könnte. Ein 0,9 deg/Schritt, Größe 23-Motor mit einem 12-Vdc-Treiber wurde ausgewählt. Obwohl dieser Motor eine bewertete Haltemoment von 80 oz-Zoll hatte, ist es auch nur am Rande könnte durchführen bei Spitzengeschwindigkeiten. Die Unzulänglichkeit des Motors hier Größe 23 war ein Hinweis darauf, dass ein Drehmoment bei Drehzahl Problem aufgetreten – ein Problem nicht notwendigerweise verursacht durch den Motor, sondern durch den Fahrer des Motors dienen.

Ein Schrittmotor Wicklungen bestehen aus einer Reihenschaltung mit Widerstand und Induktivität. Die Induktivität bewirkt Motorstrom (also Drehmoment) über eine endliche Zeit zu bauen wenn die Wicklung mit einen deutlichen Wandel in Spannung (ein Spannungsimpuls) getroffen wird. Wenn die Impulse kommen sehr schnell (höhere Geschwindigkeit), Strom möglicherweise nicht Zeit, bauen auf Nennwert vor dem nächsten Puls Treffer; der Motor kann nicht Nenndrehmoment erreichen.

Einige Treiber hinzufügen wirksam Widerstand in der Motorwicklung. (Denken Sie daran: ohmsche und induktive Strömungen sind 90 Grad phasenverschoben.) Das Ergebnis ist eine Erweichung des Effekts der Induktivität auf aktuelle Aufbau Zeit mit zunehmender Widerstand, so dass der Motor Nenndrehmoment auf höhere Pulswerte näher kommen.

Die Methode wirft jedoch die ohmsche Verlustleistung im Motor. Und bei höheren Geschwindigkeiten, es kann noch nicht genug, um dem motor Reichweite voll Nenndrehmoment. Das hier der Fall zu sein schien. Wir testeten dann die gleichen zwei Motoren, aber mit einem unipolaren, Konstantstrom-, Puls-breite-modulierte (PWM) "Spannung gehackt"-Treiber. Dieser Treiber könnte die Motoren mit bis zu 24 Vdc fahren. Ein PWM-Fahrer neigt dazu, seinen Schritt motor erreichen höhere Geschwindigkeit lassen, weil die höhere Spannung läßt die Motorwicklungen motor Stromanstieg in Richtung Nennwert schneller; der Motor kann mehr Drehmoment bei höheren Geschwindigkeiten produzieren. In Tests mit diesem Laufwerk gewünschten Größe 17 und Größe 23 Schrittmotoren erreichte Leistung.

Mit der Drehmoment-Hürde gelöscht hatten wir Blick auf Glätte der Bewegung über den Drehzahlbereich. Bei niedriger Drehzahl (10 Pps) schüttelte die 1.8 und 0,9-deg/Schrittmotoren zu viel. Beim beschleunigen, zeigten sie typische Resonanzeffekte. Die Motoren schüttelte heftig und Synchronismus vor Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit verloren. Lowspeed schütteln machte auch die Video-Kamera-Bild, nervös und inakzeptabel. Jedoch sahen wir, dass die Motorbewegung 0,9-deg/Schritt viel glatter als die der 1,8-deg/Schrittmotor.

Da Schritt Größe abnimmt, Glätte erhöht, haben wir beschlossen eine hochauflösende, 5-Phasen, 0,36-deg/Schritt Motor und 24-Vdc-Treiber Kombination auszuprobieren. In Tests, konnte wir die Kamera sehr glatt mit hoher Geschwindigkeit (300 Grad/sec) und niedrige Geschwindigkeit (1,5 Grad/sec) bewegt. Auch gab es keine spürbare Jitter auf dem Videomonitor bei jeder Geschwindigkeit im Bereich.

Beim nächsten Test wurde eine Full-Size-Tele-Objektiv auf die Kamera geladen. Der Motor entwickelte sich gut. Dann, um die gesamte Last des Systems genauer zu simulieren, die echten mechanischen Komponenten für die Kippachse hinzugefügt. Alles hat gut funktioniert. Darüber hinaus konnten wir die Tilt-Betrieb bis zu 200 Grad/sec – weit über die Anforderungen.

Treibende Spannung benötigt noch berücksichtigen. Alle Untersuchungen hatten bei 24 Vdc durchgeführt. Konnte aber 0,36-deg/Schrittmotor erreichen die 3.333-Pps Höchstgeschwindigkeit bei nur 12 Vdc? Wenn der Motor mit einem 12-Vdc-Treiber es durchgeführt getestet wurde wie erwartet – es hatte Mühe, die höhere Geschwindigkeiten erreichen. Denn der Kunde Stromverbrauch so gering wie möglich zu halten wollte, haben wir den Motor bei immer höheren Spannungen getestet, bis es zufriedenstellend bei höheren Geschwindigkeiten lief. Durch Versuch und Irrtum haben wir festgestellt, dass der Motor gut bei weniger als 17-Vdc angewandte Spannung lief. Im Allgemeinen sollte man einen Schrittmotor mit möglichst geringem eine angelegten Spannung wie möglich fahren. Mit zunehmender Motorantrieb Spannung tendenziell der Motor laufen heißer und schaffen mehr elektromagnetische oder "verwinkelten" Rauschen. Es kann auch die Amplitude der übertragene mechanische Geräusche erhöhen, die der Motor erzeugt. Da die ursprüngliche Spezifikation der motorische Antrieb 12 bis 40 Vdc war, waren wir gut innerhalb der Kamera-Mechanismus wärmeableitenden Fähigkeit.

Mit Motor und Treiber-Typen bestimmt war es Zeit um herauszufinden, ob das System den Kunden Kostenbeschränkungen erfüllen konnte. Leider war es nicht kostengünstiger für den Kunden, der Motor und einem handelsüblichen Fahrer in die benötigten Mengen zu kaufen. Wir beschlossen, der Kunde seinen eigenen Treiber bauen helfen. Durch die Bereitstellung der Logik und Chips, zusammen mit der technischen Unterstützung helfen sie in das endgültige Design zu integrieren war der Kunde in der Lage, eine komplette Bewegungssystem Kostenrahmen zu bauen.

Was hast du nur gesehen ein Denkprozess, bei der Auswahl der Schrittmotor für eine Anwendung zu verwenden ist:

• Definition der Aufgabe gut und sicher sein, dass Sie es verstehen.

• Das mechanische System sowie verstehen.

• Drehmomente erforderlich zu bewegen, beschleunigen und verlangsamen das System zu bestimmen.

• Schätzung der Leistung erwarten Sie von einer Kombination aus bestimmten Schritt Motor und Fahrer. Solche Informationen finden Sie in den Datenblättern der Hersteller.

• Wenn Sie alle diese Informationen zusammengestellt, haben Sie – die Designer — sollte montieren und ein komplettes System gründlich zu testen. Haben Sie nicht die Einrichtungen zur Prüfung, arbeiten mit einem unabhängigen Testlabor oder mit dem Motor und Fahrer Lieferanten. Aber bleib, überwachen die Tests und wissen, was los ist. Scheuen Sie sich nicht um mehrere Konfigurationen zu testen. Versuch und Irrtum ist immer noch der beste Weg, um festzustellen, ob Sie die besten Motion-System für Ihre Anwendung gewählt haben.

Was macht einen Schritt-motor-Tick?


Der Rotor der typischen Hybrid Schrittmotor hat zwei Weicheisen-Tassen, die Zähne (in der Regel 48 oder 50) auf ihrer Oberfläche haben. Sie leiten den Fluss aus einem Permanentmagneten Luftspalt Rotor-Stator. Jede Tasse wird mit Polarität gegen die andere axial magnetisiert. In den meisten Fällen ist die Zähne einer Tasse von den Zähnen des anderen durch eine halbe Zahnteilung für eine 2-Phasen-Schrittmotor ausgeglichen.

Der Stator hat auch viele Zähne, aber in der Regel ein oder zwei weniger als der Rotor. Wenn ein Zahn auf dem Stator mit einer Nord-Polarität erregt wird, richtet ein entsprechenden Zahn auf dem Rotor mit einer Süd-Polarität mit ihm. Ebenso und zur gleichen Zeit, ist ein weiterer Zahn auf dem Stator von der selben Phase mit einer Süd-Polarität angezogen, zieht einen Zahn auf dem Nordpol-Becher mit ihm ausrichten. Durch anregende Stator Nachbarzähne eins nach dem anderen in einer rotierenden Sequenz beginnt der Rotor entsprechend als seine Zähne versuchen, sich mit den Zähnen Stator ausrichten zu drehen.

Verkürzung der Schritte


Eine regelmäßige 2-Phasen-Hybrid-Schrittmotor bewegt sich in einer oszillierenden Art und Weise. Die Auswirkungen dieser unregelmäßigen Rotationen und entsprechende Resonanz reichen von hohen Geräuschentwicklung zu fehlenden Schritte. Der beste Weg zur Minimierung der Auswirkungen der Resonanz ist die Schrittweite zu verkleinern. Es gibt zwei populäre Methoden, zu einem gemeinsamen Hybrid-Schrittmotor Schritt verkleinern: "Microstep" eine normale 2-Phasen, 1,8-deg Schrittmotor, oder verwenden Sie eine 5-Phasen-Schrittmotor.

Die Microstepping Methode reduziert Schrittgröße elektronisch. Dies geschieht durch proportionale Steuerung des Stromes in jeder Phase einen Zwischenschritt zwischen der Motor "Kardinal" Schritten erstellen. Mit dieser Methode kann bei bis zu 25.000 Schritte/Rev 1.8-deg/Schrittmotor angetrieben werden.

5-Phasen Methode verleiht dem Stator eines regulären 2-Phasen-Hybrid Schritt motor Design ein Pol-paar. Dadurch ist den Rotor-Stator-Offset von einer 2-Phasen-Schrittmotor aus einem Viertel auf ein Zehntel der Rotor Tonhöhe. Die daraus resultierende voll-Schrittweite in einem Motor mit 50 Rotor Zähne ist 0,72 deg oder 500 Schritte/Rev. Der 5-Phasen-Schrittmotor hat viel geringeren unregelmäßige Drehungen im Vergleich mit einem Full-Schritt, 2-Phasen-Motor und hat praktisch keine Resonanzeffekte. Die Drehmomentwelligkeit eine 5-Phasen-Schrittmotor vs. normale 2-Phasen-Schrittmotor ist auch stark reduziert. Der Unterschied in der niedrigsten bis zur höchsten Drehmomentwert von regulären 2-Phasen-Schrittmotor ist 29 %. Der gleiche Wert für eine 5-Phasen-Schrittmotor beträgt nur 5 %. Diese reduzierten Drehmomentwelligkeit ist ein Grund für 5-Phasen-Schrittmotor Glätte.