Основні помилки під час використання крокових електродвигунів
У цій статті йдеться про біполярні крокові електродвигуни, оскільки вони є найбільш популярними у використанні на сьогоднішній день. Уніполярні крокові електродвигуни все ще використовуються в деяких пристроях, проте їхня популярність з кожним роком знижується. Це зниження обумовлюється переважанням недорогих драйверів для біполярних двигунів. Враховуючи зниження вартості керування, чому б не використовувати біполярні крокові електродвигуни? Зрештою, у них є ще один плюс – більший крутний момент.
Температура
Багато інженерів помилково вважають, що якщо кроковий електродвигун має невеликий розмір, то його температура теж повинна бути невеликою. Цей міф легко розвіяти, взявши документацію на електричну машину, пірометр, і виміряти. Те, що при торканні може здатися «дуже гарячим», насправді навіть не підходитиме до максимально допустимої температури машини. Крокові електродвигуни зазвичай мають підвищену температуру, це пов'язано із внутрішніми процесами в самій машині. Навіть коли вони не обертаються вони також схильні до втрат. Проте, якщо ви сумніваєтеся – перестрахуйтеся та перевірте температуру. Звичайно, якщо температура перевищить гранично допустиму, вказану в паспорті, це може призвести до незворотних наслідків (вихід з ладу або значне скорочення терміну служби).
У випадках, коли є потреба знизити споживання електроенергії в режимі простою, можна використовувати спеціальні драйвери, до яких ця функція включена. Однак це вплине не тільки на значення струму в обмотках, але й на момент, що утримує, що в певних механізмах теж важливо.
Мікрокроковий режим
Мікрокроки це не магія. Існують спеціальні драйвери для мікрокрокового керування. Це дозволяє збільшити точність позиціонування, проте досягається за рахунок значного моменту, що крутить. Крім того, наявність драйвера, що забезпечує крок 1/32, не означає, що електродвигун зможе це реалізувати. Після певного порогу (1/10 та іноді 1/16) потрібні високоякісні драйвери та двигуни. Навіть якщо ваш кроковий електродвигун та драйвер зможуть реалізувати мікрокрок у 1/32, чи можливо це інтегрувати у загальну систему управління?
Розглянемо наступний приклад. Лінійне переміщення з 10 кроками на дюйм ходового гвинта безпосередньо з'єднаного з типовим кроковим двигуном, що має 200 кроків на оборот. Кожен повний крок електричної машини буде переведений у 0,0005 дюйми лінійного руху. Здавалося б, що нібито та сама система мікрокроків 1/32 зможе зменшити лінійний крок до 0,000015. Але насправді реалізації цієї системи фактично не можлива, оскільки еластичність і сили тертя не дозволять перетворити настільки мініатюрні кроки до лінійного руху.
Мікрокроковий режим реально корисний під час перевірки системи з кроковою електричною машиною на резонанс. Це дає певні можливості для уникнення резонансу. Як відомо, будь-яка механічна система має резонансну частоту. Для крокових електродвигунів досягнення цієї частоти зазвичай відбувається на певній швидкості, після чого двигун почне сильно шуміти. Ці шуми можуть призвести до «пропускання кроків», що загрожує серйозними наслідками для певних систем. У деяких випадках це може призвести до великих вібрацій. У випадках з ріжучими машинами, такими як верстати токарні, цей звук можна сплутати з робочим звукомобробки поверхні заготівлі. Мікрокроковий режим зменшує відстань пройдена валом між кроками (на появу шумів витрачається менше енергії).
Номінальна напруга та напруга живлення
Напевно, одним із найбільш заплутаних моментів є невідповідність напруги на обмотці, вказаної в паспорті машини, та реальної напруги джерела живлення, що використовується для живлення електричної машини. Якщо в техпаспорті вказується напруга обмотки рівну 3,4, то як виходить, що електродвигун підключається до джерела 48 В постійного струму? Або іноді і до 80 ст.
Номінальна напруга не настільки критична, зверніть увагу на струм.
Таке підключення стало можливим завдяки тому, що більшість сучасних драйверів мають вбудоване ШІМ керування вихідною напругою. Драйвери контролюють струм обмотки. Коли струм досягає максимального значення (визначається максимальним струмом електричної машини), драйвер відключає живлення або знижує значення струму. При цьому перевищувати максимальну напругу драйвера не можна.
Розглянемо невеликий приклад на основі крокового електродвигуна з номінальними даними: Uн = 12, Iн = 0,33 А, активний опір обмотки R = 32,6 Ом, реактивний опір обмотки L = 48 мГн.
12 В - це не максимально допустима напруга. Це напруга нормальної роботи, при якому в обмотці протікатиме струм рівний 0,33 А.
Якщо ви керуєте електричною машиною за допомогою дуже простого або Н-мостового драйвера, вам необхідно обмежувати напругу 12 В для запобігання перевищенню номінального струму.
У разі використання драйвера з переривником (chopper drive) перевищення номінальної напруги не є проблемою. Чим вище буде напруга – тим швидшемашина досягне магнітного насичення. Наведена нижче формула це ілюструє:
Наведена формула обчислює струм обмотки електродвигуна за певний проміжок часу.
Струм, через котушку індуктивності 50 мГн, протягом 1 мс збільшується пропорційно напрузі.
Якщо двигун «переступить» перед тим, як зможе достатньо насититися для розвитку необхідного моменту, він почне «втрачати» кроки. Якщо ви виявите, що таке відбувається з вашою машиною на великому ходу, розгляньте варіант підвищення напруги живлення.