Torque-Stappenmotor

Torque-Stappenmotor

Release status: Tutorial

Description	Torque-Stappenmotor
License	GPL
Author	User:Harry H. Arends
Contributors
Based-on	[[]]
Categories
CAD Models
External Link	ARDUINO

Inleiding

Een stappenmotor verdeelt een volledige rotatie in een aantal gelijke stappen, wat belangrijk is voor veel industriële motor- en bewegingsregeltoepassingen.

Theorie

De positie van de motor kan worden verplaatst en vastgehouden op een van deze stappen, zolang de motor zorgvuldig is gedimensioneerd voor de toepassing met betrekking tot koppel en snelheid. Houdkoppel is een meting van hoeveel roterende kracht nodig is om een ​​stationaire stappenmotoras uit positie te dwingen. Houdkoppel (T) is het product van de koppelconstante (KT) van een motor en de stroom (i) die wordt toegepast op de statorwikkelingen.

$T=KTi$

In de meeste toepassingen besturen elektronische drivers stappenmotoren. Ze gebruiken pulsbreedtemodulatie (PWM)-technologie om de statorstroom te bewaken en de juiste spanning toe te passen om de gewenste stroom en het gewenste koppel te bereiken. Wanneer een motor stilstaat, hoeft de driver alleen voldoende spanning te gebruiken om de weerstand van de statorspoelen (ook wel motorfasen genoemd) te overwinnen. Dit wordt beschreven door de wet van Ohm, die de spanning berekent als de stroom in ampère vermenigvuldigd met de weerstand in ohm. Als de spanning toeneemt, neemt ook de stroom toe, maar als de weerstand toeneemt, neemt de stroom af.

$V=iR$

Omdat de meeste krachtige stappenmotoren een lage faseweerstand hebben, heeft de driver niet veel voedingsspanning nodig om de motor op zijn plaats te houden. Voor echte toepassingen blijft de motor niet voor altijd stilstaan; hij wordt gebruikt om een ​​last te verplaatsen. Om iets met een bepaalde snelheid te verplaatsen, is dynamisch koppel bij die snelheid vereist. Stappenmotoren veranderen niet direct van stilstand naar een bepaalde snelheid. Ze moeten versnellen, net zoals een auto geleidelijk aan sneller gaat rijden wanneer de bestuurder op het gaspedaal trapt. Om het voertuig sneller te laten accelereren, is meer gas nodig. Stappenmotoren zijn vergelijkbaar, volgens de beroemde wet van Newton F = ma. Hieronder staat de formule voor de wet van Newton uitgedrukt in rotatietermen, waarbij koppel (T) evenredig is met de rotor en de lasttraagheid (J) en hoekversnelling (A):

$T=JA$

Om een ​​zwaardere belasting te beheren of sneller te accelereren, is meer koppel nodig. Het dynamische koppel van een stappenmotor neemt echter af naarmate de snelheid toeneemt, omdat een motor een generator wordt wanneer deze begint te bewegen. Terwijl het magnetische veld van de rotor tussen de statorspoelen beweegt, verschijnt er een spanning op de motorklemmen. De bestuurder moet een extra spanning op de motor toepassen om deze spanning te overwinnen, bekend als tegen-EMK, wat een product is van de motorsnelheid (w) en de spanningsconstante (KE). Bovendien hebben statorspoelen, net als alle spoelen, inductie die de stroomverandering weerstaat. Naarmate de statorstroom verandert om de rotor te laten draaien, moet er meer spanning worden gebruikt om inductie (L) te overwinnen. De spanningsvergelijking voor een motor in beweging is:

$V=KE\omega +iR+L({\frac {di}{dt}})$

Een PWM-driver verhoogt de spanning die op de stappenmotor wordt toegepast om de stroom en het koppel constant te houden. Bij een bepaalde snelheid heeft de voeding niet genoeg spanning en begint de motorstroom te dalen. Het koppel daalt met de stroom. Als u een voeding met een hogere spanning gebruikt, blijft het dynamische koppel vlak tot een hogere snelheid.

Het proces van het dimensioneren van een toepassing omvat het berekenen van het vereiste koppel en snelheidsbereik dat nodig is om de belasting te verplaatsen. Als de toepassing bijvoorbeeld 80 oz.-in. koppel nodig heeft tot 10 omwentelingen/seconde (rps), kan deze motor een 24-V-voeding gebruiken.

Als we verder en sneller moeten gaan, kan men versnellen tot 80 oz.-in. bij 20 rps. De stappenmotor zou een 48-V-voeding nodig hebben.

-

Elektrisch/Mechanisch model van een gelijkstroom-motor

Referenties

Mathematical Modeling of DC Motors for the Construction of Prostheses

Nonlinear modeling and identification of a DC motor for bidirectional