สเต็ปเปอร์มอเตอร์เรียกอีกอย่างว่าพัลส์มอเตอร์หรือสเต็ปมอเตอร์ มันจะเคลื่อนไปในมุมหนึ่งทุกครั้งที่สถานะการกระตุ้นเปลี่ยนไปตามสัญญาณพัลส์อินพุต และยังคงอยู่ที่ตำแหน่งคงที่เมื่อสถานะการกระตุ้นยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น สเต็ปปิ้งมอเตอร์สามารถแปลงสัญญาณพัลส์อินพุตเป็นการกระจัดเชิงมุมที่สอดคล้องกันสำหรับเอาต์พุต โดยการควบคุมจำนวนพัลส์อินพุต การเคลื่อนที่เชิงมุมของเอาต์พุตสามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำเพื่อให้ได้หน้าที่ของการวางตำแหน่ง และด้วยการควบคุมความถี่ของพัลส์อินพุท สามารถควบคุมความเร็วเชิงมุมของเอาต์พุตได้อย่างแม่นยำเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ของการควบคุมความเร็ว ดังนั้นจึงสามารถพิจารณาสเต็ปเปอร์มอเตอร์ได้เมื่อต้องการการวางตำแหน่งที่แม่นยำหรือการควบคุมความเร็ว
1.1 การจำแนกประเภทของสเต็ปเปอร์มอเตอร์
สเต็ปเปอร์มอเตอร์มีสามประเภท: รีแอกทีฟ (ชนิด VR), แม่เหล็กถาวร (ชนิด PM) และไฮบริด (ชนิด HB)
สเต็ปปิ้งแม่เหล็กถาวรโดยทั่วไปเป็นสองเฟส แรงบิดและปริมาตรมีขนาดเล็ก และมุมสเต็ปโดยทั่วไปคือ 7.5 องศาหรือ 15 องศา ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในสินค้าอุปโภคบริโภคต้นทุนต่ำ
โดยทั่วไปแล้วสเต็ปปิ้งแบบรีแอกทีฟจะเป็นแบบสามเฟส ซึ่งสามารถให้เอาต์พุตแรงบิดขนาดใหญ่ได้ มุมก้าวโดยทั่วไปคือ 1.5 องศา แต่เสียงและการสั่นสะเทือนมีขนาดใหญ่มาก มันถูกกำจัดในประเทศที่พัฒนาแล้วเช่นยุโรปและสหรัฐอเมริกาในทศวรรษ 1980
ไฮบริดสเต็ปปิ้งหมายถึงการผสมผสานข้อดีของแม่เหล็กถาวรและปฏิกิริยา แบ่งออกเป็นสองเฟส สามเฟส และห้าเฟส มุมก้าวสองเฟสโดยทั่วไปคือ 1.8 องศา และมุมขั้นสามเฟสคือ 0.9 องศา มุมขั้นห้าเฟสโดยทั่วไปคือ 0.72 องศา สเต็ปปิ้งมอเตอร์แบบไฮบริดผสมผสานข้อดีของสเต็ปปิ้งมอเตอร์สองประเภทแรกเข้าไว้ด้วยกัน ปัจจุบัน สเต็ปปิ้งมอเตอร์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตอุปกรณ์ในประเทศนั้นเป็นสเต็ปปิ้งมอเตอร์แบบไฮบริด
ดังนั้น สเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่อธิบายไว้ด้านล่างจึงเรียกว่า "ไฮบริดสเต็ปเปอร์มอเตอร์"
1.2 โครงสร้างของสเต็ปเปอร์มอเตอร์
สเต็ปปิ้งมอเตอร์ประกอบด้วยโรเตอร์ (แกนโรเตอร์, แม่เหล็กถาวร, เพลาหมุน, ตลับลูกปืน), สเตเตอร์ (ไขลาน, แกนสเตเตอร์) ฝาครอบด้านหน้าและด้านหลัง ฯลฯ สเต็ปปิ้งมอเตอร์ไฮบริดแบบสองเฟสโดยทั่วไปมีฟันขนาดใหญ่ 8 ซี่ , 40 ซี่เล็กในสเตเตอร์และ 50 ซี่เล็กในโรเตอร์; สเตเตอร์ของมอเตอร์สามเฟสมีฟันใหญ่ 9 ซี่ ฟันเล็ก 45 ซี่ และโรเตอร์มีฟันเล็ก 50 ซี่ ฟัน.
รูปที่ 1 แผนผังขององค์ประกอบสเต็ปเปอร์มอเตอร์
1.3 หลักการควบคุมสเต็ปเปอร์มอเตอร์
สเต็ปเปอร์มอเตอร์ไม่สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับแหล่งจ่ายไฟเพื่อทำงาน และไม่สามารถรับสัญญาณพัลส์ไฟฟ้าได้โดยตรง ต้องโต้ตอบกับแหล่งจ่ายไฟและตัวควบคุมผ่านอินเทอร์เฟซพิเศษ - ไดรเวอร์มอเตอร์แบบสเต็ป ไดรเวอร์สเต็ปเปอร์มอเตอร์ (ดูรูปที่ 2) โดยทั่วไปประกอบด้วยตัวจ่ายแหวนและวงจรขยายกำลัง ผู้จัดจำหน่ายวงแหวนรับสัญญาณควบคุมจากคอนโทรลเลอร์ ทุกครั้งที่ได้รับสัญญาณพัลส์ เอาต์พุตของตัวจ่ายแหวนจะถูกแปลงหนึ่งครั้ง ดังนั้นการมีหรือไม่มีสัญญาณพัลส์และความถี่สามารถกำหนดความเร็วของสเต็ปปิ้งมอเตอร์ การเร่งหรือลดความเร็ว เริ่มหรือหยุด ผู้จัดจำหน่ายแหวนยังต้องตรวจสอบสัญญาณทิศทางของคอนโทรลเลอร์เพื่อตรวจสอบว่าการเปลี่ยนแปลงของสถานะเอาต์พุตเป็นลำดับบวกหรือลำดับย้อนกลับ ดังนั้นจึงกำหนดทิศทางของสเต็ปเปอร์มอเตอร์
รูปที่ 2 แผนผังการควบคุมสเต็ปเปอร์มอเตอร์
2 พารามิเตอร์หลักของสเต็ปเปอร์มอเตอร์
2.1 หมายเลขเฟรมส่วนใหญ่ประกอบด้วย 20, 28, 35, 42, 57, 60, 86 และอื่นๆ
2.2 จำนวนเฟส จำนวนขดลวดภายในสเต็ปเปอร์มอเตอร์ จำนวนเฟสของสเต็ปเปอร์มอเตอร์โดยทั่วไปประกอบด้วยสองเฟส สามเฟส และห้าเฟส สเต็ปปิ้งมอเตอร์ที่ใช้ในจีนส่วนใหญ่เป็นแบบสองเฟส และแบบสามเฟสก็ใช้ในบางแอพพลิเคชั่นเช่นกัน ในญี่ปุ่นมีการใช้สเต็ปปิ้งมอเตอร์ห้าเฟสมากกว่า
2.3 มุมขั้น สอดคล้องกับอินพุตของสัญญาณพัลส์ การเคลื่อนที่เชิงมุมของโรเตอร์ของมอเตอร์ สูตรคำนวณมุมขั้นของสเต็ปเปอร์มอเตอร์มีดังนี้
ในสูตร: - มุมขั้นของสเต็ปปิ้งมอเตอร์; m - จำนวนเฟสของสเต็ปปิ้งมอเตอร์ - จำนวนฟันของโรเตอร์ของสเต็ปปิ้งมอเตอร์
ตามสูตรการคำนวณข้างต้น มุมขั้นของสเต็ปปิ้งมอเตอร์แบบสองเฟส สามเฟส และห้าเฟสคือ 1.80, 1.20 และ 0.72 องศาตามลำดับ
2.4 แรงบิดยึด (แรงบิดคงที่) หมายถึงแรงบิดที่สเตเตอร์ล็อคโรเตอร์เมื่อขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์จ่ายกระแสไฟที่กำหนด แต่โรเตอร์ไม่หมุน การจับแรงบิดเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ และเป็นพื้นฐานหลักสำหรับการเลือกมอเตอร์
2.5 Detent Torque หมายถึง แรงบิดที่ต้องใช้ในการหมุนโรเตอร์ด้วยแรงภายนอกเมื่อมอเตอร์ไม่มีกระแส แรงบิดนี้เป็นหนึ่งในตัวชี้วัดประสิทธิภาพของมอเตอร์ ด้วยพารามิเตอร์อื่นๆ ที่เหมือนกัน ยิ่งแรงบิดกักเก็บน้อยเท่าไร "เอฟเฟกต์ฟันเฟือง" ก็ยิ่งน้อยลงเท่านั้น ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อความเสถียรของมอเตอร์ที่ความเร็วต่ำมากกว่า
2.6 ลักษณะความถี่แรงบิด ส่วนใหญ่หมายถึงลักษณะแรงบิดดึงออกแรงบิดสูงสุดที่มอเตอร์สามารถรับได้โดยไม่สูญเสียขั้นตอนเมื่อมอเตอร์ทำงานอย่างเสถียรที่ความเร็วที่แน่นอน กราฟแรงบิด-ความถี่ใช้เพื่ออธิบายความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดสูงสุดกับความเร็ว (ความถี่) โดยไม่สูญเสียขั้นตอน เส้นโค้งความถี่แรงบิดเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ และเป็นหนึ่งในพื้นฐานหลักสำหรับการเลือกมอเตอร์ เส้นโค้งลักษณะเฉพาะของโมเมนต์ความถี่ (ดูรูปที่ 3)
รูปที่ 3 เส้นโค้งความถี่แรงบิดของสเต็ปเปอร์มอเตอร์
2.7 กระแสไฟที่ได้รับการจัดอันดับ ค่า rms ของกระแสไฟของมอเตอร์ที่คดเคี้ยวเพื่อรักษาแรงบิดที่กำหนด
รูปที่ 4 ตารางพารามิเตอร์สเต็ปเปอร์มอเตอร์ (คัดลอกมาจากแค็ตตาล็อกทั่วไปของผลิตภัณฑ์สเต็ปปิ้งอัจฉริยะของ Leisai 2021-2022)
3 ขั้นตอนการเลือกสเต็ปเปอร์มอเตอร์
ความเร็วของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมสูงถึง 600 ~ 1500 และยิ่งความเร็วสูงขึ้นก็อาจพิจารณาไดรฟ์สเต็ปเปอร์มอเตอร์แบบวงปิดหรือโครงร่างเซอร์โวไดรฟ์เหมาะสมกว่า ขั้นตอนการเลือกสเต็ปเปอร์มอเตอร์ (ดูรูปที่ 5)
รูปที่ 5 ขั้นตอนการเลือกสเต็ปปิ้งมอเตอร์
3.1 การเลือกมุมขั้น
ดังที่กล่าวไว้ใน 1.1 ตามจำนวนเฟสของมอเตอร์ มีมุมสามขั้น: 1.80 (สองเฟส), 1.20 (สามเฟส) และ 0.72 องศา (ห้าเฟส) แน่นอนว่าความแม่นยำของมุมขั้นแบบห้าเฟสนั้นสูงที่สุด แต่มอเตอร์และตัวขับนั้นมีราคาแพง ดังนั้นจึงไม่ค่อยได้ใช้ในประเทศจีน นอกจากนี้ ไดรเวอร์สเต็ปเปอร์กระแสหลักในปัจจุบันทั้งหมดใช้เทคโนโลยีไดรฟ์แบบแบ่งส่วน ต่ำกว่า 8 เขตการปกครอง ยังคงสามารถรับประกันความแม่นยำของมุมขั้นของการแบ่งส่วนได้ ดังนั้น หากคุณพิจารณาดัชนีความแม่นยำของมุมขั้นเพียงอย่างเดียว ขั้นตอนห้าเฟส มอเตอร์สามารถถูกแทนที่ด้วยสเต็ปเปอร์มอเตอร์แบบสองเฟสหรือสามเฟส
ตัวอย่างเช่น ในแอปพลิเคชันโหลดลีดสกรูที่มีลีด 5 มม. หากใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์สองเฟสและตั้งค่าไดรเวอร์เป็น 8 ส่วนย่อย จำนวนพัลส์ต่อรอบของมอเตอร์คือ 200×8=1600 และพัลส์เทียบเท่าคือ 5 ÷1 600=0 .00313 mm=3 .13 ความแม่นยำนี้สามารถตอบสนองความต้องการใช้งานส่วนใหญ่ได้
3.2 การเลือกแรงบิดคงที่ (แรงบิดถือ)
กลไกการส่งน้ำหนักที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ สายพานซิงโครนัส แท่งสกรู แร็คแอนด์พิเนียน ฯลฯ ขั้นแรก ให้คำนวณภาระของเครื่องจักร (ส่วนใหญ่เป็นแรงบิดเร่งความเร็วบวกแรงบิดแรงเสียดทาน) และแปลงเป็นแรงบิดโหลดที่ต้องการบนเพลามอเตอร์ จากนั้น ตามความเร็วในการทำงานสูงสุดที่มอเตอร์ต้องการ สเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่มีแรงบิดจับที่เหมาะสมจะถูกเลือกสำหรับกรณีการใช้งานที่แตกต่างกันสองกรณีต่อไปนี้:
(1) สำหรับการใช้งานความเร็วมอเตอร์ที่ต้องการต่ำกว่า 300: หากโหลดของเครื่องจักรถูกแปลงเป็นแรงบิดโหลดที่ต้องการบนเพลามอเตอร์ แรงบิดของโหลดจะถูกคูณด้วยปัจจัยด้านความปลอดภัย SF (โดยทั่วไปคือ 1.5) ~ 2.0) นั่นคือแรงบิดในการถือครองที่ต้องการของสเต็ปเปอร์มอเตอร์
(2) สำหรับการใช้งานที่ความเร็วมอเตอร์ที่ต้องการมากกว่า 300: ตั้งค่าความเร็วสูงสุด หากโหลดเครื่องถูกแปลงเป็นแรงบิดโหลดที่ต้องการบนเพลามอเตอร์ แรงบิดของโหลดจะถูกคูณด้วยปัจจัยด้านความปลอดภัย SF (โดยทั่วไป 2.5 ~ 3.5 ) เพื่อรับแรงบิดในการถือครอง อ้างอิงจากรูปที่ 6 มีการเลือกรุ่นที่เหมาะสมในขั้นต้น จากนั้นตรวจสอบและเปรียบเทียบกราฟแรงบิด-ความถี่: บนกราฟความถี่แรงบิด ให้ใช้ความเร็วสูงสุดที่ต้องการเพื่อค้นหาแรงบิดนอกขั้นตอนสูงสุดที่สอดคล้องกับความเร็วสูงสุดคือ 20 เปอร์เซ็นต์ขึ้นไป มิฉะนั้น จำเป็นต้องเลือกมอเตอร์ใหม่ที่มีแรงบิดจับที่ใหญ่ขึ้น และตรวจสอบอีกครั้งและเปรียบเทียบตามเส้นโค้งความถี่แรงบิดของมอเตอร์ที่เลือกใหม่
3.3 การเลือกขนาดเฟรมของมอเตอร์
ยิ่งโครงมอเตอร์ใหญ่ขึ้น แรงบิดในการยึดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ขนาดเฟรมทั่วไปและช่วงแรงบิดยึดของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ (ดูรูปที่ 6)
รูปที่ 6 ขนาดเฟรมทั่วไปของสเต็ปเปอร์มอเตอร์และแรงบิดในการจับ
ตามแรงบิดยึดที่คำนวณในขั้นตอนที่ (2) ให้เลือกขนาดเฟรมที่เหมาะสมและข้อกำหนดเฉพาะของมอเตอร์ที่เกี่ยวข้องจากรูปที่ 4
3.4 เลือกไดรเวอร์ stepper ที่ตรงกันตามพิกัดกระแส
ตัวอย่างเช่น หากกระแสไฟที่กำหนดของมอเตอร์ 57CM23 คือ 5A กระแสไฟสูงสุดที่อนุญาตของไดรเวอร์ที่คุณเลือกจะต้องมากกว่า 5A (โปรดทราบว่าเป็นค่า RMS แทนที่จะเป็นค่าสูงสุด) มิฉะนั้น หากคุณเลือก ไดรเวอร์ที่มีกระแสสูงสุดเพียง 3A จากนั้นแรงบิดสูงสุดของมอเตอร์จะอยู่ที่ประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์เท่านั้น !
