چگونه تعداد فاز های موتور مرحله ای بر عملکرد عملیاتی تاثیر می گذارد؟

در اتوماسیون صنعتی، ابزار دقیق، و سیستم های کنترل حرکت هوشمند،موتورهای مرحله ای به عنوان محرک های حیاتی به لطف توانایی آنها در دستیابی به موقعیت دقیق باز بدون سنسورهای بازخورد عمل می کنند، گشتاور نگهدارنده بالا در سرعت های پایین و خطای گام بدون تراکم.

در هنگام ارزیابی و انتخاب یک موتور مرحله ای، فراتر از اندازه چوکات نصب (مانند NEMA 17، 23 یا 34) و نگه داشتن گشتاور،تعداد مراحلبرترین پارامتر الکترومغناطیسی و مکانیکی تعیین کننده کیفیت عملیاتی است.دو فاز، سه فاز و پنج فازموتورهای مرحله ای

چگونه تعداد فاز ها از نظر فیزیکی عملکرد موتور را تعیین می کند؟ تعادل کلیدی بین سرعت، نرمی، دقت و هزینه سیستم در تعداد فاز های مختلف چیست؟این مقاله یک تجزیه جامع مهندسی از مکانیسم های فیزیکی زیربنایی و دستورالعمل های کاربردی را ارائه می دهد.

در یک موتور مرحله ای، یک "مرحله" بهیک مجموعه مستقل و الکتریکی جدا شده از کویل های مغناطیسی استاتور که به طور متماثل در اطراف دایره هسته استاتور توزیع شده است.

موتور دو فاز:دارای دو پیچ و تاب فاز مستقل (فاز A و فاز B) است که به طور معمول در چهار یا هشت قطب اصلی استاتور در یک ترتیب فضایی ارتگونال توزیع می شود.
موتور سه فاز:دارای سه مجموعه از پیچ و تابها است که به صورت تقارن در فواصل زاویه ای ثابت در اطراف محوطه استاتور قرار گرفته است.
موتور 5 فاز:دارای پنج مجموعه از پیچ های مستقل است که به طور متماثل در 10 قطب اصلی استاتور توزیع شده است.

هنگامی که یک کنترل کننده محرک اختصاصی در یک دنباله ی متوالی از پیش تعیین شده، پیچ های فاز را به انرژی وارد می کند،استاتور یک میدان مغناطیسی مصنوعی تولید می کند که در مراحل زاویه ای جداگانه در شکاف هوا می چرخد، به طور مغناطیسی در حال کشیدن روتور دندان دار گام به گام با تکرار پذیری بالا.

در صورت ساخت روتور و تعداد دندان های روتور،زاویه قدم کامل موتور کاملاً معکوس نسبت به تعداد مراحل است.فاز های بیشتر به استاتور اجازه می دهد جهت گیری های میدان مغناطیسی دانه دار را ترکیب کند، که منجر به جابجایی زاویه ای مکانیکی کوچکتر در هر مرحله می شود:

دو فازموتور مرحله ای: زاویه کامل مرحله ای استاندارد به طور معمول1.8 درجه(به 200 پالس در هر چرخش نیاز دارد).
سه فازموتور مرحله ای: زاویه کامل مرحله ای استاندارد به طور معمول1.2 درجه(با نیاز به 300 پالس در هر چرخش).
5 فازموتور مرحله ای: زاویه کامل مرحله ای استاندارد فقط0.72 درجه(با نیاز به 500 پالس در هر چرخش).

در یک رژیم رانندگی بدون میکرو استپ، یک موتور 5 فاز به طور طبیعی 2.5 برابر رزولوشن مکانیکی بومی یک موتور 2 فاز استاندارد را ارائه می دهد.

افزایش تعداد فاز ها فقط تعداد زاویه قدم را کاهش نمی دهد، این اساساً ویژگی های ارتعاش موتور، تداوم گشتاور، زمان تنظیم پویا،و مشخصات چرخش چرخ دنده با سرعت بالا:

(1) ارتعاش با سرعت پایین، سر و صدای صوتی و کاهش رزونانس

ارتعاش با سرعت پایین و رزونانس شنیدنی چالش های شناخته شده سیستم های قدم زدن باز باز سنتی هستند. به ویژه در باند سرعت پایین (حدود 100 تا 300 RPM) ،موتورهای دو مرحله ای به راحتی با جاودانگی بار مکانیکی جفت می شوند، باعث ایجاد رزوناسیون خود تحریک شده و توقف بالقوه می شود.

موتور دو فاز:با یک زاویه گام بزرگ (1.8°) ، تاثیر انرژی جنبشی در هر گام نسبتا شدید است، مانند گام های بزرگ و ناگهانی.کاهش ناگهانی سرعت در هر مرحله باعث ارتعاشات و زنگ های قابل شنوایی می شود.

موتور 5 فاز:با یک زاویه کوچک 0.72 °، حرکت شبیه میکرو گام های سریع و سریع است. اختلال انرژی جنبشی در هر گام به حدود یک ششم موتور دو فاز کاهش می یابد.تحرک مکانیکی قابل توجه نیست,تقریباً از بین بردن باند رزونانس فرکانس پایین در عمل مهندسی و امکان حرکت بسیار آرام و بسیار صاف.

(2) تورک خروجی و حرکت صاف

کپسول مولتی کنترلی یک موتور مرحله ای توسط قرار دادن وکتور فضایی فاز های پر انرژی شکل می گیرد:

موتور دو فاز:تغییر بین فازها شامل پرش های زاویه ای بزرگ وکتور مغناطیسی است که منجر به نوسانات قابل توجهی در تورک از اوج به دره می شود.با چرخش ناقل بیش از 29٪.

موتور سه فاز:انتقال مغناطیسی به طور قابل توجهی صاف تر است، که باعث می شود تورک موج به پایین به تقریبا13 درصد

موتور 5 فاز:سوئیچینگ چند فاز نزدیک به یک میدان مغناطیسی صاف در حال چرخش است.فشار تورک کم تر از 5 درصداين موج نزديک به صفر مانع مي شود که در هنگام خزيدن با سرعت بسيار پايين، ميکرو-کگگ يا جيرجير شدن را از بين ببرد.

(3) دقت موقعیت بندی باز و سفتی مکانیکی

موتورهای مرحله ای مزیت مشخصی را نشان می دهند که خطاهای تک مرحله ای در دوران چرخش متعدد جمع نمی شوند.خطای زاویه ای در هر گام در یک درصد ثابت از زاویه نامی گام محدود می شود.:

موتور دو فاز:از آنجا که پایه زاویه گام اسمی بزرگ است (1.8°) ، پنجره خطای هندسی یک مرحله ای مطلق متناسب بزرگتر است.

موتور 5 فاز:با یک زاویه پایه گام تنها 0.72 °، خطای هندسی مطلق تنها حدود 40٪ از موتور دو فاز است.

علاوه بر این، توزیع متراکم قطب های استاتور در موتورهای 5 فاز باعث تقارن مغناطیسی برتر و سفتی زاویه ای بالاتر در برابر اختلالات مکانیکی خارجی می شود.

(4) واکنش مرحله ای پویا، بیش از حد و زمان حل و فصل

در وظایف شاخص بندی نقطه به نقطه (PTP) ، زمان مورد نیاز برای یک موتور برای توقف کامل و بدون لرزش در اطراف نقطه تعادل هدف خود به عنوان زمان مورد نیاز شناخته می شود.زمان تسویه.

موتور دو فاز:با توجه به بی وقفه حرکتی بالاتر در هر مرحله، روتور تجربه بیش از حد قابل توجه و زیر خفیف زنگ زدن در رسیدن به مقصد، اغلب در حال گرفتن15 تا 35 میلی ثانیهکه به طور کامل حل و فصل بشه.

موتور 5 فاز:حداقل جاودانگی تک مرحله ای اجازه می دهد تا روتور به صورت مغناطیسی تقریباً بلافاصله در موقعیت خود قفل شود.کاهش زمان سکونت به کمتر از 3 تا 5 میلی ثانیه.این کاهش چشمگیر به طور مستقیم باعث افزایش واحد در ساعت (UPH) در تجهیزات مونتاژ و بازرسی با سرعت بالا می شود.

(5) مشخصات چرخش و محدودیت های فرکانس در سرعت بالا

در حالی که موتورهای 5 فاز در سرعت پایین در نرم و دقت برجسته هستند، معامله عملکرد درسرعت چرخش بالاتر (بیش از 1200 تا 1500 دور در دقیقه):

فرکانس تعویض:برای رسیدن به همان RPM در شاف، یک موتور فاز بالاتر نیاز به فرکانس سوئیچ پالس به طور قابل توجهی بالاتر از راننده دارد. در RPM یکسان، یک راننده موتور 5 فاز باید کویل ها را تغییر دهد.5 برابر سریعتر از راننده دو فاز.

از دست دادن فرکانس بالا و EMF عقب:نرخ های بسیار بالا تبدیل باعث افزایش زیان هسته آهن استاتور (از دست دادن جریان گردشی و هیستریز) و افزایش سریع EMF پشتیبان می شود.این محدود ولتاژ درایو از مجبور کردن تمام جریان اسمی در پیچ و تاب در طول پنجره هدایت کوتاه.

واقعیت مهندسی: در محدوده کار با سرعت بالا بالاتر از 1500 دور در دقیقه، موتورهای مرحله ای 2 فاز به طور کلی چرخش خروجی قابل استفاده بالاتر از موتورهای 5 فاز را حفظ می کنند.

(6)توپولوژی قدرت درایو و کل هزینه سیستم

موتور دو فاز: توسط مرحله های قدرت دو پل H استاندارد (۸ سوئیچ قدرت در کل) رانده می شود.الگوریتم های کنترل و IC های یکپارچه یکپارچه (مانند درایورهای پیشرفته خاموش ترینامیک) از مقیاس تجاری گسترده بهره مند می شوند.، ارائهکمترین هزینه سیستم و گسترده ترین اکوسیستم سخت افزار.

موتور سه فاز:از توپولوژی اینورتر سه فاز استاندارد استفاده می کند (6 سوئیچ قدرت) ، به اشتراک گذاشتن سیستم عامل های سخت افزاری با درایوهای DC / PMSM بدون برس با هزینه متوسط.

موتور 5 فاز:نیاز به مراحل قدرت پل 5 فاز تخصصی (10 سوئیچ قدرت) و الگوریتم های محرک اختصاصی دارد. سخت افزار اختصاصی باعث می شود سیستم های محرک 5 فاز2 تا 3 برابر گران تراز راه حل های استاندارد دو فاز.

با استفاده از درایورهای مرحله ای دیجیتال مدرن که به راحتی از 16، 64 یا حتی 256 نسبت میکرو استپینگ پشتیبانی می کنند، موتورهای 2 فاز می توانند تعداد مرحله های نظری بسیار دقیق را به دست آورند.آیا این باعث می شود موتورهای چند فازی منسوخ شوند؟?

جواب این است که نه: میکروسپیپ الکتریکی سرعت را بهبود می بخشد، اما نمی تواند با یک موتور 5 فاز در سفتی مکانیکی واقعی و دقت کامل بارگیری مطابقت داشته باشد.

(1)طبیعت مایکرو استپینگ:میکروسپیپینگ الکتریکی نسبت جریان متناسب بین فاز های پیچ و تاب را مقیاس می دهد تا بردار مغناطیسی را به آرامی هدایت کند.خنک کننده لرزش و صاف کردن صوتی.

(2)حافظی از سفتی تورک:هنگامی که یک روتور با اصطکاک یا بار خارجی از یک موقعیت الکتریکی مایکروستپ منحرف می شود، گشتاور اصلاحی به طور چشمگیری با تقسیم های بالاتر مایکروستپ کاهش می یابد.در زیر میکروسپیپ عمیق.g., 64 بخش) ، گشتاور بازگردانی در هر میکروسtep فقط به چند درصد از گشتاور نگهدارنده در تمام مرحله کاهش می یابد.هر گونه اصطکاک کوچک مکانیکی استاتیک می تواند روتور را چندین میکروسپیک از موقعیت دستور گرفته شود، ایجاد یک موقعیت غیر قابل اصلاح deadband.

(3)واقعیت فیزیکی موتورهای چند فاز:یک موتور 5 فاز زاویه گام 0.72° خود را ازتراز دندان های هندسی فیزیکی واقعیسفتی نگهدارنده و مقاومت در برابر اختلال بار خارجی در هر مرحله ریشه در هندسه الکترومغناطیسی جامد دارد که مداخله جریان الکتریکی نمی تواند به طور فیزیکی تکرار شود.

هنگام طراحی ماشین آلات اتوماسیون، پیکربندی مناسب فاز را بر اساس این سلسله مراتب تصمیم گیری انتخاب کنید:

1بهترین تناسب برای موتورهای دو فاز:
- ماشین آلات حساس به هزینه، تولید انبوه (به عنوان مثال، پرینترهای 3D تجاری، گیمبال های دوربین امنیتی PTZ، ناقلات حمل مواد عمومی، پیپترهای خودکار بالینی).
- سیستم هایی که نیاز به یک گشتاور قوی در سرعت های متوسط تا بالا (600 تا 2000 RPM) دارند.

2بهترین تناسب برای موتورهای 3 فاز:
- تجهیزات صنعتی که نیاز به سازش متعادل بین حرکت صاف و سرعت های عملیاتی بالاتر دارند (به عنوان مثال، ماشین آلات نساجی، تجهیزات برچسب گذاری / بسته بندی با سرعت بالا، چاپ دیجیتال).
- سيستم هاي چند محوري فشرده که به دنبال استفاده از ماژول هاي قدرت 3 فازي است.

3بهترین تناسب برای موتورهای 5 فاز:
-سیستم های دقیق و حیاتی لرزش:مراحل بازرسی و دستکاری سیمان های نیمه هادی، محرک های تمرکز میکروسکوپ نوری بزرگنمایی بالا، تراز دقیق لیزر.
-انتخاب و قرار دادن با سرعت بالا:محورهای دوربین نصب SMT با هدایت بینایی که نیاز به چرخه های لحظه ای قرار گرفتن و تصویر بدون زنگ باقیمانده دارند.

انتخاب درست شمارش مرحله موتور گام یک معامله مهندسی بینحرکت صاف، سرعت ثابت شدن، گشتاور سرعت بالا و هزینه کل سیستم:

موتورهای دو فازبر چشم انداز صنعتی با بهره وری بی نظیر از لحاظ هزینه و چرخش فوق العاده در سرعت بالا تسلط داشته باشند.
موتورهای 5 فازغلبه بر طاقچه های دقیق بالا از طریق ارتعاش نزدیک به صفر، قرار گرفتن فوق العاده سریع و وضوح فیزیکی بدون سازش؛
موتورهای سه فازیک راه وسط جذاب و متعادل ارائه می دهند.

تطبیق این ویژگی های الکترومغناطیسی با دقت دقیق ماشین شما، زمان چرخه و نیازهای بودجه تضمین طراحی بهینه سیستم کنترل حرکت.