스테퍼 모터 작동 방식

1. 스테퍼 모터는 전기 펄스 신호를 각도 변위 또는 선형 변위로 변환하는 개방 루프 제어 구성 요소입니다. 과부하가 없는 조건에서 모터의 속도와 정지 위치는 펄스 신호의 주파수와 펄스 수에만 의존하며 부하 변화에 영향을 받지 않습니다. 즉, 모터에 펄스 신호가 추가되면 모터는 회전합니다. 스텝 각도로 회전합니다. 이러한 선형 관계의 존재는 주기적인 오류만 있고 누적 오류가 없는 스테퍼 모터의 특성과 결합됩니다. 스테퍼 모터를 사용하여 속도, 위치 및 기타 제어 필드를 제어하는 ​​것이 매우 간단해졌습니다. 스테퍼 모터가 널리 사용되었지만 스테퍼 모터는 일반적으로 사용되는 일반 DC 모터와 다릅니다. 듀얼 링 펄스 신호, 전력 ​​구동 회로 등으로 구성된 제어 시스템으로 사용해야 합니다. 따라서 스테퍼 모터를 잘 활용하는 것은 기계, 모터, 전자, 컴퓨터 등 많은 전문 지식이 필요합니다. 현재 스테퍼 모터를 생산하는 제조업체는 많지만, 자체적으로 개발할 수 있는 전문 기술 인력을 갖춘 제조업체는 거의 없습니다. 대부분의 제조업체는 인력이 1~20명에 불과하고 가장 기본적인 장비조차 갖추고 있지 않습니다. 그냥 맹목적인 모방 단계일 뿐입니다. 이로 인해 사용자는 제품 선택과 사용에 있어 많은 고민을 하게 됩니다. 위의 상황을 바탕으로 우리는 광범위한 유도 스테퍼 모터를 예로 사용하기로 결정했습니다. 기본 작동 원리를 설명합니다. 대다수의 사용자가 전체 기기를 선택하고 사용하며 개선하는 데 도움이 되기를 바랍니다.

2. 인덕터 스테퍼 모터의 작동 원리

(1) 리액티브 스테퍼 모터의 원리 리액티브 스테퍼 모터의 작동 원리는 비교적 간단합니다. 다음은 먼저 3상 반응 스테퍼 모터의 원리를 설명합니다.

1. 구조: 모터 회전자는 많은 작은 톱니로 균일하게 분포되어 있습니다. 고정자 톱니에는 3개의 여자 권선이 있으며 그 기하학적 축은 회전자 톱니 축에서 차례로 엇갈려 있습니다. 0, 1/3て, 2/3て, (인접한 두 로터 톱니의 축 사이의 거리는 톱니 피치로, て로 표시됨), 즉 A와 톱니 1이 정렬되고 B와 톱니 2가 엇갈리게 됩니다. 1/3만큼 오른쪽으로, C와 치아 3은 오른쪽으로 2/3 어긋나고, A'는 치아 5와 정렬됩니다. (A'는 A, 치아 5는 치아 1) 다음은 치아의 확대도입니다. 고정자와 회전자:

2. 회전: 위상 A에 전원이 공급되고 위상 B와 C에 전원이 공급되지 않으면 자기장의 영향으로 인해 톱니 1이 A와 정렬됩니다. 아래에서도 마찬가지입니다. 로터에는 어떤 힘도 가해지지 않습니다). B상이 통전되고 A상과 C상이 통전되지 않으면 2번 치아가 B와 정렬되어야 합니다. 이때 로터는 오른쪽으로 1/3て 이동합니다. 이때 3번과 C상은 1/3만큼 오프셋됩니다. 3て, 치아 4와 A 오프셋(て-1/3て)=2/3て. C상에 통전되고 A상과 B상에 통전되지 않으면 3번 치아는 C와 정렬되어야 합니다. 이때 로터는 오른쪽으로 1/3 이동하며, 4번 치아는 A와 1/3만큼 정렬됩니다. . 예를 들어, 위상 A에 전류가 흐르고, 위상 B와 C에 전류가 흐르지 않고, 톱니 4가 A에 정렬되고, 이러한 방식으로 A, B, C, A에 각각 전류가 공급된 후 로터가 오른쪽으로 1/3 이동합니다. , 톱니 4(즉, 톱니 1 이전의 톱니)가 A 단계로 이동하고 모터 로터가 오른쪽으로 한 기어 피치 회전합니다. A, B, C, A...를 계속 눌러 전원을 공급하면 모터가 회전합니다. 스텝당(펄스당) 1/3 て 오른쪽으로 회전합니다. A, C, B, A...를 눌러 전원을 공급하면 모터가 반대 방향으로 회전합니다. 모터의 위치와 속도는 전도 횟수(펄스 수)와 주파수 사이에 일대일 대응을 가지고 있음을 알 수 있습니다. 방향은 전도 순서에 따라 결정됩니다. 그러나 토크, 안정성, 소음 및 각도 감소 등의 고려 사항으로 인해. A-AB-B-BC-C-CA-A의 전도 상태를 자주 사용하므로 원래 각 단계의 1/3을 각 단계의 1/6으로 변경합니다. 2상 전류의 서로 다른 조합을 통해서도 1/3て는 1/12て 또는 1/24て가 됩니다. 이는 모터 세분화 구동의 기본적인 이론적 근거입니다. 추론하는 것은 어렵지 않습니다. 모터 고정자에는 m상 여자 권선이 있고 해당 축은 회전자 톱니 축에서 1/m, 2/m...(m-1)/m,1만큼 오프셋되어 있습니다. 그리고 전도성 모터는 특정 위상 순서에 따라 정방향 및 역방향으로 회전하도록 제어할 수 있습니다. 이는 스테퍼 모터 회전의 물리적 조건입니다. 이 조건만 충족된다면 이론적으로 어떤 상의 스테퍼 모터도 제작이 가능합니다. 가격 등 다양한 고려사항으로 인해 시장에서는 일반적으로 2상, 3상, 4상, 5상을 사용합니다.

3. 토크: 모터에 전원이 공급되면 회전자와 회전자 사이에 자기장(자속 Ф)이 생성됩니다. 생성된 F는 (dФ/dθ)에 비례합니다.

자속 Ф=Br*S Br은 자기 밀도, S는 투자율 면적, F는 L*D*Br에 비례, L은 철심의 유효 길이, D는 회전자 직경, Br=N·I/RN·I는 여자 권선 저항 권수(전류×권수) R은 자기 저항입니다. 토크 = 힘 * 반경 토크는 모터의 유효 부피 * 암페어 회전 수 * 자기 밀도에 비례합니다(선형 상태만 고려됨). 따라서 모터의 유효 볼륨이 클수록 여자 암페어 회전 수는 작아집니다. 고정자와 회 전자 사이의 공극과 모터 토크가 더 커지며 그 반대도 마찬가지입니다.

(2) 인덕터 스테퍼 모터

1. 특징: 기존 반응형 스테퍼 모터와 비교하여 인덕터 스테퍼 모터는 회전자에 자석을 사용하는 영구 구조를 가지고 있습니다. 연자성 재료의 작동점을 제공하고 고정자 여자는 자성 재료의 작동점의 에너지 소비를 제공하지 않고 변화하는 자기장만 제공하면 됩니다. 따라서 모터는 고효율, 작은 전류 및 낮은 발열을 갖습니다. 세대. 영구 자석이 있기 때문에 모터는 강한 역기전력을 가지며 자체 감쇠 효과가 상대적으로 우수하여 작동 중에 상대적으로 안정적이며 소음이 적고 저주파 진동이 적습니다. 유도 스테퍼 모터는 어느 정도 저속 동기 모터로 간주될 수 있습니다. 4상 모터는 4상 또는 2상으로 작동할 수 있습니다. (바이폴라 전압으로 구동해야 함) 이는 반응성 모터의 경우에는 불가능합니다.

예를 들어 4상 및 8상 작동(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)은 2상 8비트 작동 모드를 완전히 채택할 수 있음을 찾는 것이 어렵지 않습니다. 조건은 C=,D=입니다.A 2상 모터의 내부 권선은 4상 모터의 내부 권선과 완전히 동일합니다. 사용의 용이성과 모터의 동적 특성의 유연한 변경을 위해 외부적으로 8개의 리드를 연결합니다(4상). 이러한 방식으로 사용하면 4상 모터 또는 권선이 있는 2상 모터로 사용할 수 있습니다. 직렬 또는 병렬로 연결됩니다.

2. 분류 유도 스테퍼 모터는 위상 수에 따라 2상 모터, 3상 모터, 4상 모터, 5상 모터 등으로 나눌 수 있습니다. 프레임 번호(모터 외경)에 따라 42BYG(BYG는 인덕터 스테퍼 모터의 코드명), 57BYG, 86BYG, 110BYG(국제 표준), 70BYG, 90BYG, 130BYG 등으로 나눌 수 있습니다. .는 모두 국내 기준입니다.

3. 스테퍼 모터의 정적 표시 용어 위상 수: 서로 다른 반대 극 N 및 S 자기장을 생성하는 여기 코일 쌍의 수입니다. 일반적으로 m으로 표현됩니다. 비트 수: 자기장의 주기적인 변화를 완료하는 데 필요한 펄스 수 또는 전도 상태를 n으로 표시하거나 모터가 4상 모터를 회전하는 데 필요한 펄스 수를 나타냅니다. 예를 들어, 4상 4비트 작동 모드, 즉 AB -BC-CD-DA-AB가 있고, 4상 8비트 작동 모드, 즉 A-AB-B-BC-C-CD-D가 있습니다. -DA-A. 스텝 각도: 펄스 신호에 해당하며, θ로 표시되는 모터 회전자의 각도 변위입니다. θ=360도(로터 톱니 수 J*작동 비트 수), 예를 들어 톱니가 50개인 기존 2상 및 4상 모터를 사용합니다. 4박자로 달릴 때의 스텝각은 θ=360도/(50*4)=1.8도(통칭 풀스텝)이고, 8박자로 달릴 때의 스텝각은 θ=360도/(50*8)이다. =0.9도(일반적으로 풀 스텝이라고도 함) 하프 스텝). 위치 결정 토크: 모터에 전원이 공급되지 않을 때 모터 회전자 자체의 잠금 토크(자기장의 톱니 모양과 기계적 오류의 고조파로 인해 발생) 정적 토크: 정격 정전기의 작용으로 모터가 회전하지 않을 때, 모터 회전축의 잠금 토크. 이 토크는 모터 볼륨(기하학적 크기)의 척도이며 구동 전압, 구동 전원 공급 장치 등과는 아무런 관련이 없습니다. 정적 토크는 전자기 여자 암페어 턴에 비례하고 고정 기어 로터 사이의 공극과 관련되어 있지만 정적 토크를 높이기 위해 에어 갭을 과도하게 줄이고 여자 암페어 턴을 늘리는 것은 바람직하지 않습니다. 모터에 열과 기계적 소음이 발생하게 됩니다.

4. 스테퍼 모터 동적 표시기 및 용어:

1. 스텝 각도 정확도: 스테퍼 모터의 각 스텝 각도의 실제 값과 이론 값 사이의 오류입니다. 백분율로 표시: 오류/스텝 각도*100%. 런닝 박자에 따라 값이 다릅니다. 4박자일 경우 5% 이내, 8박자일 경우 15% ​​이내여야 합니다.

2. 단계 이탈: 모터가 작동 중일 때 단계 수가 이론 단계 수와 동일하지 않습니다. 단계에서 벗어나라고 부르세요.

3. 회전자 치형의 축이 고정자 치형의 축에서 벗어나는 각도입니다. 모터가 작동할 때 어긋남 각도가 발생합니다. 세분화 드라이브를 사용하여 해결할 수 없습니다.

4. 최대 무부하 시동 주파수: 특정 구동 형태, 전압 및 정격 전류에서 모터가 부하 없이 직접 시동될 수 있는 최대 주파수입니다.

5. 최대 무부하 작동 주파수: 특정 드라이브 형태, 전압 및 정격 전류에서 부하가 없는 모터의 최대 속도 주파수입니다.

6. 작동 토크-주파수 특성: 특정 테스트 조건에서 측정된 모터 작동 중 출력 토크와 주파수 간의 관계를 나타내는 곡선이 가장 중요합니다. 모터의 다양한 동적 곡선 중 하나는 모터 선택의 기본 기반이기도 합니다. 아래 그림과 같이

기타 특성으로는 관성주파수 특성, 기동주파수 특성 등이 있습니다. 모터를 선택하면 모터의 정적 토크가 결정되지만 동적 토크는 모터가 작동할 때의 평균 전류에 따라 달라집니다(평균 전류가 클수록). , 모터의 출력 토크가 클수록, 즉 모터의 주파수 특성이 더 어려워집니다. 아래 그림과 같이:

그 중 곡선 3의 전류 또는 전압이 가장 높고, 곡선 1의 전류 또는 전압이 가장 낮습니다. 곡선과 부하의 교차점이 최대입니다. 부하의 속도점. 평균 전류를 크게 하려면 구동 전압을 최대한 높이고 인덕턴스가 작고 전류가 높은 모터를 사용하십시오.

7. 모터의 최대 진동점:

스테퍼 모터에는 고정된 최대 진동 영역이 있으며 2상 및 4상 유도 스테퍼 모터의 최대 진동점은 다음과 같습니다. *진동 영역은 일반적으로 180~250pps(스텝각 1.8도) 또는 약 400pps(스텝각 0.9도)입니다. 모터 구동 전압이 높을수록 모터 전류가 커지고 부하가 가벼워지며 모터 볼륨이 작아집니다. 그런 다음 최대 진동 영역이 위쪽으로 이동하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 단계를 잃지 않고 모터 출력 토크를 크게 만들고 전체 시스템의 소음을 줄이려면 일반 작업 지점을 최대 진동 영역에서 더 많이 이동해야 합니다. 8. 모터 정역 제어 : 모터 권선 통전 순서가 AB-BC-CD-DA 또는 ( ) 일 때 정회전이고, 통전 순서가 DA-CA-BC-AB 또는 ( ) 일 때입니다. 역회전. 3. 드라이브 제어 시스템 구성 스테퍼 모터의 사용 및 제어는 링 펄스, 전력 증폭 등으로 구성된 제어 시스템으로 구성되어야 합니다. 블록 다이어그램은 다음과 같습니다.

1.

펄스 신호는 일반적으로 마이크로 컨트롤러 또는 CPU에 의해 생성됩니다. 일반적으로 펄스 신호의 듀티 사이클은 약 0.3-0.4입니다. 모터 속도가 높을수록 듀티 사이클이 커집니다.

2. 신호 분배기(펄스 분배기라고도 함)

유도 스테퍼 모터는 주로 2상 및 4상 모터로 작동합니다. -위상 모터에는 두 가지 유형이 있습니다: 비트 및 2상 8비트, 구체적인 분포는 다음과 같습니다: 2상 4비트, 스텝 각도는 2단계 8비트, 스텝 각도는 다음과 같습니다. 0.9도. 4상 모터에는 두 가지 작동 모드가 있습니다. 4상 4비트 모델은 AB-BC-CD-DA-AB이고 스텝 각도는 1.8도입니다. B-BC-C-CD-D-AB(스텝각은 0.9도). 3. 전력 증폭 전력 증폭은 구동 시스템에서 가장 중요한 부분입니다. 특정 속도에서 스테퍼 모터의 토크는 정적 전류가 아닌 동적 평균 전류에 따라 달라집니다(샘플의 전류는 모두 정적 전류입니다). 평균 전류가 클수록 모터 토크도 커집니다. 큰 평균 전류를 달성하려면 구동 시스템이 모터의 역기전력을 극복해야 합니다. 따라서 다양한 구동 방법이 다양한 경우에 채택되었습니다. 지금까지 구동 방법에는 일반적으로 정전압, 정전압 직렬 저항, 고전압 및 저전압 구동, 정전류, 세분 등이 포함됩니다. 모터의 동적 성능을 최대한 향상시키기 위해 스테퍼 모터의 구동 전원 공급 장치에 신호 분배 및 전력 증폭이 결합됩니다. 우리 공장에서 생산되는 SH 시리즈 2상 정전류 초퍼 드라이브 전원 공급 장치, 마이크로 컨트롤러 및 모터의 배선 다이어그램은 다음과 같습니다:

지침:

CP는 CPU에 연결됩니다. 펄스 신호(음수 신호, 낮은 레벨 유효)

CPU+5V에 연결된 OPTO

FREE 오프라인, CPU 접지선에 연결, 드라이브 전원 공급 장치가 작동하지 않음 DIR 방향 제어 , CPU 접지선에 연결하면 모터가 반전됩니다.

DC 전원 공급 장치의 VCC 양극 단자

DC 전원 공급 장치의 GND 음극 단자

A는 모터 리드선의 빨간색 선과 모터 리드선의 녹색 선이 연결됩니다

B 노란색 선은 모터 리드선에 파란색 선은 모터 리드선에 연결됩니다

스테퍼 모터가 완성되면 그 성능은 모터의 구동 전원 공급 장치에 따라 달라집니다. 스테퍼 모터의 속도가 빠르고 힘의 거리가 클수록 모터의 전류가 커지고 구동 전원의 전압이 높아집니다.

토크에 대한 전압의 영향은 다음과 같습니다: