Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое номинальная скорость шагового двигателя

Revers — установка этого флага позволяет связать направление вращения мотора с направлением счета текущей позиции. Измените состояние флага, если положительное вращение мотора уменьшает счетчик позиции. Действие этого флага равносильно подключению обмотки мотора в обратной полярности.

Move with max speed — при установленном флаге мотор игнорирует заданную скорость и вращается с максимальной допустимой скоростью.

Limit speed with max speed — при установленном флаге контроллер ограничивает максимальную скорость по количеству шагов в секунду значением поля Max nominal speed. Например, если скорость превысила номинальное значение, контроллер будет снижать выходное воздействие, пока значение скорости не вернется в пределы нормы. Однако при этом контроллер останется в рабочем состоянии и будет выполнять текущую задачу.

Max nominal speed — номинальная скорость работы мотора.

Nominal current — номинальный ток через двигатель. Контроллер будет ограничивать ток этим значением.

Current as RMS — при установленном флаге задаваемое значение тока интерпретируется как среднеквадратичное значение тока, если флаг снят, то задаваемое значение тока интерпретируется как максимальная амплитуда тока. Подробнее в разделе Расчёт номинального тока .

Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ

  • Версия для печати

Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ

Сообщение #1 MixXP » 23 май 2016, 14:10

Чего то активность на форуме никакая, вот хочу предложить актуальную задачу. В инете вменяемого ответа не нашел, а тема думаю нужная.

Фрезерный станок со следующими характеристиками:

Мощность шпинделя — 2.2 кВт.
Обороты шпинделя не выше 9000 о/м.
Максимальный диаметр фрезы — 60 мм.
Максимальный вес по Х 150 кг. сам стол + 300 кг заготовка.
Максимальный вес по Z тот же.
Максимальный вес по У — шпиндельная голова весом в 150 кг. неизменен.
По всем осям ШВП и ластохвост.
Максимально допустимая скорость перемещения по всем осям 2000 мм/мин.

Отправлено спустя 11 минут 13 секунд:
И так вопрос знатокам:
Какое максимальное / оптимальное ускорение для стола? Вес станка 1500 кг.
Как посчитать необходимую мощность двигателей?
Какой режим фрезеровки будет оказывать наибольшее сопротивление, и какое?
Нужна ли по зед та же скорость как и по остальным осям и можно / нужно ли компенсировать вес оси (грузом или пневмопружинами) и какой выигрыш это может дать?

Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ

Сообщение #2 T-Duke » 23 май 2016, 14:52

Это называется сделайте за меня все сами, а я рядом постою

Начните считать, прикидывать, тогда и можно будет подсказать. А делать всю работу с нуля, лень однако

Могу дать конечный ответ. Для движения стола с нагрузкой на нем 300кг, дополнительно со силой резания 100кг, требуется 60Вт мощности при движении со скоростью 2000мм/мин.

Если нужны именно шаговые, то мощность нужно брать со запасом — 100Вт хотя бы, иначе будет пропуск шагов. Я бы сервы поставил на 100Вт и забыл бы о проблеме.

Отправлено спустя 22 минуты 10 секунд:
Ну а по ускорению это барин решает. Масса станка тут не нужна. Нужна масса стола с деталью. Пусть будет 400кг. Это и закладывать в расчеты. А ускорение, тут каждый сам решает. И да, если нужны большие ускорения, о шаговиках нужно забыть.

Мне лично нравится ускорение в одну десятую Жо. Это 981мм/с2. Такое ускорение и шаговики потянут. Ну а если нужен прыгающий стол, тогда один Жо нужен

Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ

Сообщение #3 MixXP » 23 май 2016, 21:53

Расчет веду, чуть позже сюда выложу.

Отправлено спустя 3 минуты 9 секунд:

T-Duke писал(а): Источник цитаты Это называется сделайте за меня все сами, а я рядом постою

Сила резания выходит около 300 кг, если я конечно ничего не путаю. Ускорение считаю 0,2 м /с. Считаете мало?

Отправлено спустя 12 минут 7 секунд:
И так, посчитаем редукцию: скорость перемещения 2000 мм/м — это при шаге ШВП в 5 мм = 400 оборотов в минуту. Получается шаговик лепится прямо на винт. И редукция составляет 1/12? (1 кг / см это 6 см на оборот, шаг ШВП 5мм итого 12?)

Народ я так понимаю, что «Момент 30.64Mc | Nm» это ньютонов на метр? То есть это 306 кг/см? Тогда считаем редукцию на ШВП 12 итого 25 кг/см + потеря момента 20% (грубо) значит 30 кг. См.

Это грубо говоря усилия резания. Ну в общем то как раз стыкуется примерно со средним. Чуть выше, но тут и режимы предельные взяты.

Народ, вы не забывайте подсказывать и исправлять, если чего не так.

Отправлено спустя 9 минут 52 секунды:
Думаете серва на 100 ватт потянет?

Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ

Сообщение #4 T-Duke » 23 май 2016, 23:00

Читать еще:  Что то свистит в двигателе пежо 206

Считать сначала редукцию это как начинать строить дом с окон. Неверный путь. Ладно, пройдем его от самого начала. Хоть я и разленился, но раз здесь нет таких тем, запилим одну такую, раз и надолго.

Любая задача движения тел начинается с:

Определение сил действующих в системе.

В первую очередь определяем силу трения в направляющих стола. Идем в справочник и смотрим коэфф. трения скольжения чугуна по чугуну. Я взял его равным 0.2. Если есть другие данные — используем их. Вес стола считаем 100кгс, вес детали 300кгс.

Сила трения = коэфф. трения * вес движущейся системы. Итак сила равна 0.2 * 9.81 * (100кг+300кг) = 785Н. Такая сила будет сопротивляться движению стола с деталью.

Вторая сила — сила инерции, которую нужно преодолеть двигателю при разгоне массы стола с деталью на нем. Вспоминаем старика Ньютона и говорим, что сила сопротивления массы, ее ускорению = массе * ускорение массы.

Масса стола с деталью известна 100кг+300кг=400кг. Ускорение какое хотим получить зависит только от наших предпочтений и здравого смысла. Ускорение 0.2м/с2 слишком маленькое, будет как черепаха разгоняться. Примем ускорение 2м/с2. Это куда лучше. Итак, определим силу инерции:

400кг * 2м/с2 = 800Н. Эту силу нужно приложить к массе 400кг, чтобы она ускорялась/замедлялась с ускорением 2м/с2.

Полная сила сопротивления складывается из силы трения, силы инерции и силы резания. Просуммируем их. 785Н + 800Н + 3000Н = 4585Н. Вот эту силу и должен развивать привод стола на гайке ШВП.

Со силами закончили. Дальше требуется:

Определение мощности привода.

Механическая мощность равна силе сопротивления движению * на скорость движения. Силу мы нашли. Скорость задана в 2м/мин, переводим в м/с = 0.03(3)м/с. Находим механическую мощность.

4585Н*0.0333м/с = 153Вт. Итого, серво мощностью 160Вт справится с такой задачей. Если хочется то учтем КПД системы привода — ШВП. Какой КПД у ШВП хрен знает, примем его равным 95%. Требуемая мощность двигателя равна 153Вт/0.95 = 161Вт

Вывод — серва мощностью 160Вт подходит для наших целей. Можно использовать привод на 160-200Вт.

С мощностями закончили, переходим к:

Определение нужной редукции оборотов.

Редукцию определяем исходя из максимальной скорости перемещения стола и номинальных оборотов сервопривода. Если скорость перемещения стола 2000мм/мин, шаг винта ШВП 5мм, то винт ШВП должен вращаться со скоростью 2000мм/5мм=400об/мин. Коэффициент редукции теперь зависит от номинальных оборотов серво. Если серва на 6000об/мин, то редукция = 6000/400 = 15 раз.

Осталось провериться по последнему фактору:

Определение преобразования крутящего момента в осевое усилие.

ШВП это преобразователь вращательного движения в поступательное с коэффициентом редукции крутящего момента в осевое усилие, определяемым однозначно через шаг винта. Определить редукцию ШВП можно использовав закон сохранения энергии. Так как момент в системе СИ измеряется в Нм, то вращательное движение рассматриваем на окружности радиуса 1м.

Из закона сохранения энергии работа проделанная при прохождении длины окружности радиусом 1м, должна равняться работе при осевом перемещении гайки ШВП за один оборот. Коэфф редукции усилия определяется как отношение длины окружности радиусом 1м, к шагу винта в метрах.

Определим редукцию усилия. За один оборот точка на окружности радиусом 1м, пройдет ровно 2* Пи * 1м = 6. 2832м. За один оборот ШВП, гайка сместится на шаг винта, то есть на 5мм. Редукция усилия равна 6.2832/0.005м = 1256 раз. То есть ШВП преобразует крутящий момент в линейное усилие с фактором умножения 1256. Если учесть КПД винтовой пары (хрен его знает, примем за 95%) то реальная редукция чуток уменьшится и составит 1256*0.95 = 1193 раза.

Серва мощностью 180Вт и номинальными оборотами 6000об/мин, имеет крутящий момент 0.286Нм. Просчитаем какое усилие такая серва разовьет на гайке ШВП, через редуктор 1:15.

Общая редукция = 15 * 1193 = 17895 раз. Множим момент на общую редукцию и получим линейное усилие на гайке ШВП. Итак 17895м-1 * 0.286Нм = 5118Н. Что и требовалось доказать.

Вывод: Серва мощностью 180Вт уверенно справится с поставленной задачей.

Можно еще учесть КПД редуктора от сервы к ШВП, но это делается элементарно.

Итак, полет разобран, спасибо за внимание

Вычисление Сопротивления и мощности рассеивания ток-ограничивающих резисторов

Замечение: Только для L/R систем.

Это простое применение закона Ома для последовательной цепи. Ваш резистор должен сбрасывать разницу в напряжении между расчетного напряжения шагового двигателя и напряжением источника питания:
Изменение напряжения на резисторе = Напряжение источника питания — расчетное напряжение шагового двигателя.

Применяя закон Ома, делим на ток шагового двигателя получаем сопротивление резистора:
Значение резистора = Изменение напряжения на резисторе / Ток обмоток ШД.

Наконец, и это очень важно, вам нужно знать мощность рассеивания резистора которые он будет рассеивать в виде тепла, на которую он должен быть рассчитан.
Значение мощности рассеивания резистора = Изменение напряжения на резисторе * Ток обмоток шагового двигателя.

Например: Шаговый двигатель промаркирован 5A на 2.5V, с источником питания в 26В имеем:
Изменение напряжения на резисторе = 26В — 2.5В = 23.5В
Сопротивление резистора = 23.5В / 5А = 4.7 Ом
Мощность рассеивания резистора = 23.5В * 5А = 117.5 Ватт

Читать еще:  Что такое ток возбуждения синхронный двигатель

Выбирая шаговый двигатель для ЧПУ, нужно определиться, как будет использоваться станок, и какие характеристики для этого нужны. В этой статье рассмотрим, какие модели наиболее популярны, на что нужно обращать внимание при покупке, и как правильно произвести расчет.

Основные критерии выбора шагового двигателя для ЧПУ

При выборе шагового двигателя для ЧПУ необходимо учитывать следующие параметры:

  • Зависимость крутящего момента от скорости. Оценка графика позволит выбрать оптимальную модель двигателя для реализации конкретных задач;
  • Индуктивность. Для расчета нужно выделить квадратный корень из индуктивности обмотки. Полученное значение умножается на 32. Результат не должен сильно отличаться от напряжения источника питания для драйвера. Если показатель напряжения питания выше результата расчета более чем на 30%, то мотор будет перегреваться и шуметь в процессе работы. При слишком низком показателе напряжения относительно результата расчета крутящий момент будет убывать с большой скоростью. Чтобы обеспечить больший крутящий момент, нужна высокая индуктивность, но в таком случае не обойтись без драйвера с высоким напряжением питания;
  • Геометрические данные. Большое значение имеет диаметр вала, фланец и длина двигателя.

При выборе двигателя ЧПУ обязательно следует обратить внимание на момент инерции ротора, номинальное значение тока в фазе, омическое сопротивление фаз, максимальный показатель статистического синхронизирующего момента.

Типы двигателей

Перед покупкой необходимо определиться с подходящей модификацией. Одними из самых распространенных являются следующие типы устройств:

  • Биполярные. Считаются наиболее популярными моделями для ЧПУ. Отличаются высоким удельным сопротивлением на небольших оборотах. К тому же при поломке старого драйвера можно без проблем подобрать новый;
  • Униполярные. Разновидность биполярных шаговых двигателей. В зависимости от исполнения подключение обмоток может быть разным;
  • Трехфазные. Основное преимущества – большая скорость по сравнению с биполярными аналогами. Использование трехфазных двигателей оптимально в случаях, когда нужна высокая скорость вращения.

При выборе двигателя не лишним будет изучить характеристики готовых станков, близких по характеристикам к разрабатываемому оборудованию.

Расчет шаговых двигателей для ЧПУ

Для расчета необходимо определить действующую в системе силу трения направляющих. Для наглядности установим значение коэффициента (0,2), вес стола (100 кгс), вес детали (300 кгс), силу резания (3000 Н) и требуемое ускорение (2 м/с 2 ).

Расчет при таких исходных данных будет выглядеть следующим образом:

  • Для определения силы трения умножаем коэффициент силы трения на вес движущейся системы: 0,2 х 9,81 (100 кгс + 300 кгс) = 785 Н.
  • Чтобы узнать силу инерции, вес стола с деталью умножаем на требуемое ускорение: 400 х 2 = 800 Н.
  • Полная сила сопротивления определяется путем складывания силы трения, резания и инерции: 785 + 3000 + 800 = 4585 Н.

При этом сила сопротивления развивается за счет привода стола на гайке винтовой шариковой передачи.

Мощность шагового двигателя рассчитывается по формуле F = ma , где:

F (Н) – сила, которая нужна, чтобы привести тело в движение;

m (кг) – масса тела;

a (м/с 2 ) – требуемое ускорение.

Чтобы рассчитать механическую мощность, нужно силу сопротивления движения умножить на скорость.

Приведенные формулы справедливы только для расчетов без учета инерции вращающих механизмов, в том числе – и без инерции вала шагового двигателя. Чтобы получить более точные результаты, требования по ускорению необходимо увеличить или уменьшить на 10%.

Расчет редукции оборотов производится на основании номинальных оборотов механического привода и максимального значения скорости передвижения стола. Если скорость равна 1000 мм/мин, а шаг винта шариковой винтовой передачи – 10 мм, то скорость вращения винта ШВП определяется, как (1000/10) 100 оборотов/мин.

Чтобы определить коэффициент редукции, учитываем номинальные обороты сервопривода. Если это значение равно 5000 оборотов/мин, то редукция определяется, как (5000/100) 50.

Классификация шаговых двигателей для ЧПУ

Условно все двигатели для ЧПУ можно поделить на три большие категории:

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ МОДЕЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ

В станках нередко используются советские индукторные двигатели – модели ДШИ-200-2 и ДШИ-200-3. Такие устройства отличаются следующими характеристиками:

eddy_em

В ходе «внезапно обнаруженных особенностей» шаговых двигателей, которые предполагается использовать в криостате ИК-спектрометра (в пиковом режиме работы они выделяют 50 Вт!), а также для изучения, насколько драйвер ШД L6208N хуже драйвера TB6560AHQ, я на этой неделе провел кое-какие испытания.

Для затравки — видео:

это позорище — «измерительная установка», использующаяся в эксперименте.

Итак, на видео выше показано, как проводились измерения момента: испытуемый
шаговый двигатель был зафиксирован при помощи струбцины, на вал двигателя через
жесткую муфту был надет цилиндр диаметром 50мм, на который наматывалась нить
с подвешенным к ней грузом. Таким образом, изменяя массу подвешенного груза
можно было изменять момент силы, приложенной к валу двигателя.
Куча соплей, торчащих из макетки на столе — привычный для меня способ «наколенного макетирования» (я уже ранее выкладывал видео с управлением механикой криостата, там сопли еще страшней были). На макетке была собрана полноценная схемка с драйвером L6208N. Правда, в работе наблюдались «косяки» из-за того, что токи там довольно большие протекают, а элементы просто натыканы в разъемы макетки. Вот все это безобразие крупным планом:

Читать еще:  Что то течет двигатель ваз 2112

Система управления двигателем была запитана от 12-вольтового китайского блока питания с регулировкой. Уровень напряжения был установлен на минимум (10.6 В).

Зависимость крутящего момента от силы тока в обмотках двигателя

2 оборотов в секунду (400 шагов/с). В полношаговом режиме работы драйвера L6208N для смещения вала двигателя на один шаг необходимо подать на драйвер четыре тактовых импульса. В полушаговом режиме один шаг двигателя соответствует восьми тактовым импульсам.

На приведенных далее графиках указывается частота тактовых импульсов,
подающихся на драйвер шагового двигателя. Соответственно, при работе в
полношаговом режиме скорость вращения вала (в шагах в секунду) в четыре раза
меньше тактовой частоты, а при работе в полушаговом режиме скорость меньше в
восемь раз.

Дальше приведена картинка с зависимостью величины крутящего момента на валу испытуемого двигателя от силы тока в обмотках. Медианное усреднение серии измерений и линейная аппроксимация результата показали, что момент на валу (в г·см) вполне линейно изменяется и примерно в 450 раз превышает силу тока в обмотках двигателя (измеренную в Амперах).

Зависимость максимальной скорости вращения вала двигателя от силы тока в обмотках при постоянной величине нагрузки на вал

Для изучения предельных скоростей вращения нагруженного вала двигателя на прикрепленный к валу цилиндр подвешивались грузы массой 100, 150 и 200г, дающие постоянный момент силы в 250, 375 и 500г·см соответственно. Чтобы массу подвеса можно было быстро изменять, я просто взял обычный пакетик с застежкой-молнией, измерил его массу на лабораторных весах и подвесил на вал при помощи ниточки. В пакет складывались гирьки от весов + при недостаче массы гирек я подкладывал болты, массу которых заранее измерил.

На картинке выше изображены результаты измерений, показавшие, что снижение тока в обмотках приводит к очень резкому снижению крутящего момента двигателя, что особо хорошо заметно на высоких скоростях вращения вала. Снижение до 50% номинального тока в обмотках двигателя приводит к падению практически до нуля его нагрузочной характеристики. Снижение силы тока в обмотках на 30% лишь незначительно ухудшает нагрузочную характеристику двигателя, для увеличения величины крутящего момента в этом случае необходимо лишь снизить скорость вращения вала.

Зависимость крутящего момента от скорости вращения вала

Выше было показано, что небольшое уменьшение номинальной силы тока в обмотках двигателя не приводит к значительному ухудшению значения крутящего момента на его валу. Для определения динамических характеристик двигателя к его обмоткам был приложен ток величиной 87.5% и 75% от номинального (1.05А и 0.9А соответственно). Кроме того, изучалась возможность увеличения крутящего момента при разгоне двигателя кратковременной установкой режима работы драйвера шагового двигателя в полушаговый режи.

Выше изображена полученная динамическая характеристика. Резкий спад крутящего момента на частотах тактовых импульсов порядка 50Гц может быть обусловлен особенностями используемого драйвера шаговых двигателей (на испытываемом ранее драйвере TB6560AHQ таких особенностей замечено не было). Похоже, либо микросхемка «захлебывается» и начинает блокироваться из-за перегрева (грелась она на малых оборотах прилично, а на скоростях выше 25шагов/с оставалась практически холодной), либо в ней установлен фильтр наводок на 50Гц, который и «дает жару» — в подробности мне вникать лень.

На скоростях ниже 50Гц в полношаговом режиме (12.5шагов/с) крутящий момент двигателя очень резко спадает до нуля (видимо, это обусловлено очень низкой индуктивностью обмоток двигателя). Наиболее оптимальной является скорость вращения двигателя около 25шагов/с (в полношаговом режиме драйвера L6208N). Динамический диапазон данного двигателя довольно узок: при увеличении скорости вращения вала до 150шагов/с (в полношаговом режиме) крутящий момент снижается в два раза. Наиболее оптимальным режимом работы двигателя является скорость от 25 до 100шагов/с (в полношаговом режиме) со стартом в полушаговом режиме драйвера. Такой режим обеспечивает высокий стартовый момент с поддержанием величины крутящего момента при дальнейшем движении с бóльшей скоростью.

Выводы

10В и силы тока в обмотках до

0.9А (т.е. снижения энерговыделения от номинальных 50.4Вт до 9Вт) за счет варьирования режимов работы драйвера шагового двигателя.

Управлять двигателем возможно как посредством драйвера TB6560AHQ, так и при помощи драйвера L6208N. Правда, лично мне больше нравится первый: он показывает значительно более красивые осциллограммы (а при дроблении шага на 16 у него на выходе почти синусоида!) и имеет большее количество «настроек».

Ну, а напоследок, чтобы не утомлять почтенную публику созерцанием изображения осциллограмм, привожу видео:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector