EO

Hoe je geluid en trillingen van een stappenmotor kunt verminderen

07 april 2021 om 08:27 uur

Stappenmotoren hebben duidelijke voordelen ten opzichte van borstelloze DC- (BLDC) en gewone DC-motoren. Bipolaire stappenmotoren geven nauwkeurige open-lusposities en leveren een koppel met nulsnelheid zonder dat externe sensoren nodig zijn of een regellus gebruiken. Stappenmotoren beheersen hun stepcapaciteiten zeer goed en hierdoor kunnen ze worden gebruikt in vele toepassingen op het gebied van motion control, zoals in 3D-printers, textielproductieapparatuur, closed-circuit tv's (CCTV), pick-and-place-machines en numerieke computerbesturing. (CNC) systemen.


Hoewel een breed scala aan industrieën stappenmotoren gebruikt, komen problemen met stroomvervorming en koppelrimpel veel voor. Een succesvolle werking is afhankelijk van het effectieve en efficiënte beheer van het geluid en de trillingen die ze genereren. Wanneer de motoren worden gebruikt in CCTV, kunnen trillingen die worden veroorzaakt door het zoomen en pannen van de camera, beweging veroorzaken in de cardanische ophanging en de beeldsensor, wat leidt tot vervormde beelden en minder dan gewenste prestaties. Hetzelfdegeldt bij 3D-printen, waar een hoge koppelrimpel of motorresonantie kan leiden tot het printen van 'artefacten' in de vorm van ongewenst extra materiaal op het geprinte object.

 

Bij de meeste toepassingen kan het verminderen van de trillingen van de motor zelf alleen maar gunstig zijn, aangezien het de kwaliteit van het door de machine geproduceerde eindproduct verbetert en een stillere werking garandeert. Voordat je gaat kijken hoe je deze problemen kunt oplossen, moet eerst worden vastgesteld waardoor deze trillingen en geluiden van stappenmotoren worden veroorzaakt. Om dit te doen, kijken we eerst hoe een stappenmotor werkt.

 

Stappenmotor werking

Bipolaire stappenmotoren zijn gelijkstroommotoren met discrete poolposities die bestaan ​​uit vele spoelen die zijn ingedeeld in twee groepen met de naam fasen. De rotor is tussen de wikkelingen gepositioneerd volgens de stroomverhouding tussen de twee polen. Dankzij deze unieke opstelling kunnen stappenmotoren hun positie tussen hun twee polen verdelen in kleinere afstanden die microstappen worden genoemd.

 

Koppelrimpel treedt op tijdens bedrijf wanneer het koppel niet constant is en de motor aanzienlijke trillingen en hoorbaar geluid kan ervaren. Als de motor niet op resonantie werkt, is de koppelrimpel de grootste bron van geluid en trillingen van een stappenmotor.

 

Hoe worden ze gecontroleerd?

De meest gebruikelijke manier om een ​​stappenmotor te besturen, is door middel van stroomregeling, met name pulsbreedtemodulatie (PWM). Door deze methode te gebruiken, hakt de controller de output, waardoor de stroom in elk van de twee wikkelingen wordt beperkt. Dit handhaaft de positie van de rotor door de verhouding tussen de wikkelingen te definiëren zoals eerder vermeld.

 

De eerste methode om geluid en trillingen in stappenmotoren te verminderen, ligt binnen het besturingssysteem. De PWM-stroomregelmethode resulteert natuurlijk in een stroomrimpel, vanwege de zelfinductie van de motor en de spanning die erover loopt. De controller voor de motor kan proberen de rimpel die wordt ervaren te minimaliseren door te beheren hoe de stroom wordt verlaagd. Het bereikt dit door meerdere vervalmodi te implementeren. De twee modi van verval zijn aandrijfsynchroon snel verval en synchroon langzaam verval, die in combinatie met elkaar kunnen worden gebruikt om de huidige rimpel te verminderen.

 

Methoden voor het verminderen van geluid en trillingen in stappenmotoren

Er zijn veel manieren om trillingen in stappenmotoren te verminderen. Over het algemeen kunnen de methoden worden opgesplitst in mechanische en elektrische methoden, waarbij het bovenstaande voorbeeld van stroomrimpelvermindering in de elektrische categorie valt. Eerst zullen we de meest gebruikte mechanische methoden doornemen om trillingen en geluid te verminderen.

 

1. Maak de demper schoon

Een van de eenvoudigere manieren om trillingen in stappenmotoren te minimaliseren, is door een schone demper te installeren. Deze demper is bevestigd aan de achteras van de motor en bestaat uit hermetisch afgesloten behuizingen van kunststof en een traagheidsbehuizing met daarin verpakt siliciumgel. De toegevoegde siliconengel en traagheid helpen de motor trillingen te absorberen en zorgen voor een betrouwbaar dempend effect.


2. Stappenmotor met hoge resolutie

Stappenmotoren met hoge resolutie hebben een groter aantal rotortanden, bijvoorbeeld 100 tanden in plaats van 50. Hoe hoger het aantal tanden, hoe hoger de resolutie van de volledige stap en helpt om trillingen te verminderen, aangezien de motor bij elke stap over een kortere afstand beweegt. . Deze motoren met hoge resolutie kunnen worden aangepast om nog nauwkeuriger te zijn door microstepping of tandwieloverbrenging, die beide hieronder worden besproken.


3. Vijf-fasen stappenmotor

Vijffasige stappenmotoren werken op dezelfde manier als motoren met een hoge resolutie, omdat ze ook een fijnere resolutie van volledige stappen bereiken en daardoor trillingen verminderen. Vijffasige stappenmotoren hebben 10 statorpolen vergeleken mettweefasige motoren, die er acht hebben. Dit verhoogt de stappen per omwenteling van 200 naar 500. Vijffasige stappenmotoren met hoge resolutie bieden weer een grotere nauwkeurigheid ten opzichte van standaard vijffasige motoren.

 

4. Geared stappenmotoren
Tandwielkasten (niet de autoliefhebbers) worden gebruikt om het koppel te verhogen terwijl het motortoerental wordt verlaagd. De wrijving van de tandwielen kan helpen bij het verminderen van onder- en doorschieten bij stappenmotoren en zorgt voor een stabielere werking met een consistent koppel.

 

5. Juiste maat motor
Vallen en opstaan ​​bij het vinden van die 'sweet spot' voor motorische bediening kan zeer nuttig zijn. Het is altijd een slecht idee om te verwachten dat een motor op volle kracht draait. Het is even nadelig voor de werking van de motor als de motor te veel wordt gedimensioneerd, aangezien een te hoog koppel zal resulteren in een toename van de trillingen. Een grondige analyse van motorvereisten en specificaties garandeert betere prestaties op lange termijn.

 

Er zijn ook een aantal manieren om trillingen en geluid elektrisch te verminderen of met een driver voor stappenmotoren.

 

1. Microstepping-stuurprogramma
Microstepping is waarschijnlijk de meest aanbevolen methode om trillingen in stappenmotoren te verminderen. Hier worden stuurprogramma's gebruikt om de motorstroom over fasen te verdelen. Hierdoor kan de bestuurder de hoeveelheid koppel en positie nauwkeurig regelen, en deze regeling wordt gebruikt om trillingen, koppelrimpel en hoorbaar geluid aanzienlijk te verminderen.

 

2. Trillingen onafhankelijk oplossen
Specifieke stuurprogramma's kunnen bij alle snelheden lage trillingsprestaties leveren door elk type trillingen afzonderlijk op te lossen. Dit is mogelijk dankzij individuele fasestroomdetectoren, waarmee de bestuurder de stroom extreem goed kan regelen en een zeer uniforme golfvorm kan garanderen.

 

Bron: Engineering 360

 

Gerelateerd nieuws

Kooyprijs voor snelheidsbepaling van drones met radar

Kooyprijs voor snelheidsbepaling van drones met radar

Keith Klein heeft de Kooy Prijs gewonnen met zijn afstudeerscriptie over 3D-snelheidsbepaling van onbemande vliegtuigen met behulp van radargegevens: ‘Estimating 3D motion from radar data: Exploiting an…

Oplaadbare batterijen op basis van cement

Nieuw concept maakt compleet gebouw tot batterij

Stel je een volledig betonnen gebouw van twintig verdiepingen voor dat energie kan opslaan als een gigantische batterij. Dankzij onderzoek van de Chalmers University of Technology, Zweden, kan dit werkelijkheid worden.…

Nucleaire reacties smeulen weer in Tsjernobyl

Nucleaire reacties smeulen weer in Tsjernobyl

Vijfendertig jaar nadat de kerncentrale van Tsjernobyl in Oekraïne explodeerde bij het ergste nucleaire ongeval ter wereld, smeulen de splijtingsreacties opnieuw in de uraniumbrandstofmassa's die diep in een…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

7 juni 2021, online

Vision, Robotics & Motion business event

Het online alternatief voor de vakbeurs Vision, Robotics & Motion.

29 juni 2021, online

Behoud onderhoudskennis – en ervaring in de energiesector met behulp van Mixed Reality

Hoe kunnen energiebedrijven voorkomen dat waardevolle kennis de deur uitloopt door vergrijzing en andere...

29 juni 2021

Webinar: Hoe machinegegevens te verzamelen en te gebruiken via on-site oplossingen

Gericht op het bruikbaar maken van machine- en procesdata via lokale systemen

Meer agendapunten »