Преглеждания: 0 Автор: Редактор на сайта Време на публикуване: 2025-04-18 Произход: сайт
А стъпковият двигател е вид електрически двигател, който се движи на прецизни, фиксирани стъпки, вместо да се върти непрекъснато като обикновен двигател. Обикновено се използва в приложения, където се изисква прецизен контрол на позицията, като 3D принтери, CNC машини, роботика и платформи за камери.
Стъпковите двигатели са вид електрически двигатели, които преобразуват електрическата енергия във въртеливо движение със забележителна прецизност. За разлика от обикновените електрически двигатели, които осигуряват непрекъснато въртене, стъпковите двигатели се въртят на отделни стъпки, което ги прави идеални за приложения, изискващи точно позициониране.
Всеки импулс на електричество, изпратен към стъпков двигател от неговия драйвер, води до точно движение - всеки импулс съответства на конкретна стъпка. Скоростта, с която се върти моторът, директно корелира с честотата на тези импулси: колкото по-бързо се изпращат импулсите, толкова по-бързо е въртенето.
Едно от основните предимства на стъпковият двигател е лесното им управление. Повечето драйвери работят с 5-волтови импулси, съвместими с обичайните интегрални схеми. Можете или да проектирате схема за генериране на тези импулси, или да използвате генератор на импулси от компании като BesFoc.
Въпреки техните случайни неточности - стандартните стъпкови двигатели имат точност от около ± 3 дъгови минути (0,05°) - тези грешки не се натрупват при множество стъпки. Например, ако стандартен стъпков двигател направи една стъпка, той ще се завърти на 1,8° ± 0,05°. Дори след един милион стъпки общото отклонение все още е само ± 0,05°, което ги прави надеждни за прецизни движения на дълги разстояния.
Освен това стъпковите двигатели са известни със своята бърза реакция и ускорение поради ниската си инерция на ротора, което им позволява бързо да постигат високи скорости. Това ги прави особено подходящи за приложения, които изискват кратки, бързи движения.
А стъпковият двигател работи чрез разделяне на пълно завъртане на няколко равни стъпки. Той използва електромагнити, за да създаде движение на малки, контролирани стъпки.
Стъпковият двигател има две основни части:
Статор - неподвижната част с намотки (електромагнити).
Ротор – въртящата се част, често магнит или изработена от желязо.
Когато електрическият ток протича през намотките на статора, той създава магнитни полета.
Тези полета привличат ротора.
Чрез включване и изключване на намотките в определена последователност, роторът се изтегля стъпка по стъпка в кръгово движение.
Всеки път, когато бобината се зареди, роторът се движи под малък ъгъл (наречен стъпка).
Например, ако един двигател има 200 стъпки на оборот, всяка стъпка премества ротора с 1,8°.
Моторът може да се върти напред или назад в зависимост от реда на импулсите, изпратени към намотките.
А драйверът на стъпковия двигател изпраща електрически импулси към намотките на двигателя.
Колкото повече импулси, толкова повече се върти моторът.
Микроконтролерите (като Arduino или Raspberry Pi) могат да контролират тези драйвери, за да движат двигателя прецизно.
Илюстрацията по-долу изобразява стандартна система със стъпков двигател, която се състои от няколко основни компонента, които работят заедно. Производителността на всеки елемент влияе върху цялостната функционалност на системата.
В сърцето на системата е компютърът или програмируемият логически контролер (PLC). Този компонент действа като мозък, контролирайки не само стъпковия двигател, но и цялата машина. Може да изпълнява различни задачи, като повдигане на асансьор или преместване на конвейерна лента. В зависимост от необходимата сложност, този контролер може да варира от сложен компютър или PLC до прост бутон за натискане на оператор.
Следва индексаторът или PLC картата, която предава конкретни инструкции на стъпков двигател . Той генерира необходимия брой импулси за движение и регулира честотата на импулсите, за да контролира ускорението, скоростта и забавянето на двигателя. Индексаторът може да бъде самостоятелна единица, като BesFoc, или карта за генериране на импулси, която се включва в PLC. Независимо от формата си, този компонент е ключов за работата на двигателя.
Моторният драйвер се състои от четири ключови части:
Логика за фазово управление: Тази логическа единица получава импулси от индексатора и определя коя фаза на двигателя трябва да се активира. Захранването на фазите трябва да следва определена последователност, за да се осигури правилна работа на двигателя.
Логическо захранване: Това е захранване с ниско напрежение, което захранва интегралните схеми (IC) в драйвера, като обикновено работи около 5 волта, въз основа на набора чипове или дизайна.
Захранване на двигателя: Това захранване осигурява необходимото напрежение за захранване на двигателя, обикновено около 24 VDC, въпреки че може да бъде по-високо в зависимост от приложението.
Усилвател на мощност: Този компонент се състои от транзистори, които позволяват на тока да тече през фазите на двигателя. Тези транзистори се включват и изключват в правилната последователност, за да улеснят движението на двигателя.
И накрая, всички тези компоненти работят заедно, за да преместят товара, който може да бъде водещ винт, диск или транспортна лента, в зависимост от конкретното приложение.
Има три основни типа стъпкови двигатели:
Тези двигатели имат зъби на ротора и статора, но не включват постоянен магнит. В резултат на това им липсва фиксиращ момент, което означава, че не задържат позицията си, когато не са под напрежение.
PM стъпковите двигатели имат постоянен магнит на ротора, но нямат зъби. Макар че обикновено показват по-малко прецизност в ъглите на стъпката, те осигуряват фиксиращ въртящ момент, което им позволява да поддържат позиция, когато захранването е изключено.
BesFoc е специализирана изключително в Hybrid стъпков двигател s. Тези двигатели обединяват магнитните свойства на постоянните магнити със зъбната конструкция на двигателите с променливо съпротивление. Роторът е аксиално магнетизиран, което означава, че в типична конфигурация горната половина е северен полюс, а долната половина е южен полюс.
Роторът се състои от две зъбни чаши, всяка с по 50 зъба. Тези чаши са изместени с 3,6°, което позволява прецизно позициониране. Когато се гледа отгоре, можете да видите, че зъб на чашата на северния полюс се изравнява със зъб на чашата на южния полюс, създавайки ефективна система за предавка.
Хибридните стъпкови двигатели работят на двуфазна конструкция, като всяка фаза съдържа четири полюса, разположени на 90° един от друг. Всеки полюс във фаза е навит така, че полюсите на 180° един от друг имат еднаква полярност, докато полярностите са противоположни за тези на 90° един от друг. Чрез обръщане на тока във всяка фаза, полярността на съответния полюс на статора може също да бъде обърната, което позволява на двигателя да преобразува всеки полюс на статора в северен или южен полюс.
Роторът на стъпковия двигател има 50 зъба, със стъпка от 7,2° между всеки зъб. Докато двигателят работи, подравняването на зъбите на ротора със зъбите на статора може да варира - по-конкретно, то може да бъде изместено с три четвърти стъпка на зъбите, половин стъпка на зъбите или една четвърт стъпка на зъбите. Когато моторът стъпи, той естествено изминава най-краткия път, за да се пренастрои, което означава движение от 1,8° на стъпка (тъй като 1/4 от 7,2° се равнява на 1,8°).
Въртящ момент и точност в стъпковите двигатели се влияят от броя на полюсите (зъбите). Като цяло по-високият брой на полюсите води до подобрен въртящ момент и точност. BesFoc предлага стъпкови двигатели 'High Resolution', които имат наполовина по-малка стъпка на зъбите от техните стандартни модели. Тези ротори с висока разделителна способност имат 100 зъба, което води до ъгъл от 3,6° между всеки зъб. При тази настройка движение от 1/4 от стъпката на зъба съответства на по-малка стъпка от 0,9°.
В резултат на това моделите 'High Resolution' осигуряват двойна разделителна способност от стандартните двигатели, постигайки 400 стъпки на оборот в сравнение с 200 стъпки на оборот в стандартните модели. По-малките ъгли на стъпка също водят до по-ниски вибрации, тъй като всяка стъпка е по-слабо изразена и по-плавна.
Диаграмата по-долу илюстрира напречно сечение на 5-фазен стъпков двигател. Този двигател се състои основно от две основни части: статор и ротор. Самият ротор се състои от три компонента: роторна чаша 1, роторна чаша 2 и постоянен магнит. Роторът е магнетизиран в аксиална посока; например, ако роторна чаша 1 е обозначена като северен полюс, роторна чаша 2 ще бъде южният полюс.
Статорът разполага с 10 магнитни полюса, всеки снабден с малки зъби и съответните намотки. Тези намотки са проектирани така, че всяка да е свързана към намотката на противоположния си полюс. Когато токът тече през двойка намотки, полюсите, които те свързват, се магнетизират в една и съща посока - или на север, или на юг.
Всяка противоположна двойка полюси образува една фаза на двигателя. Като се има предвид, че има общо 10 магнитни полюса, това води до пет различни фази в тази 5-фаза стъпков двигател.
Важно е, че всяка роторна чаша има 50 зъба по външния им периметър. Зъбците на роторна чаша 1 и роторна чаша 2 са механично изместени един спрямо друг с половин стъпка на зъбите, което позволява прецизно подравняване и движение по време на работа.
Разбирането как да се чете кривата на скоростта на въртящия момент е от решаващо значение, тъй като дава представа за това какво е способен да постигне един двигател. Тези криви представляват характеристиките на производителността на конкретен двигател, когато са сдвоени с определен драйвер. След като двигателят заработи, неговият въртящ момент се влияе от типа на задвижването и приложеното напрежение. В резултат на това един и същ двигател може да показва значително различни криви скорост-въртящ момент в зависимост от използвания драйвер.
BesFoc предоставя тези криви скорост-въртящ момент като референтни. Ако използвате двигател с драйвер, който има подобни стойности на напрежение и ток, можете да очаквате сравнима производителност. За интерактивно изживяване, моля, вижте кривата скорост-въртящ момент, предоставена по-долу:
Задържащ въртящ момент
Това е количеството въртящ момент, произведен от двигателя, когато е в покой, с номинален ток, протичащ през неговите намотки.
Регион за стартиране/спиране
Този раздел показва стойностите на въртящия момент и скоростта, при които двигателят може да стартира, спре или да реверсира моментално.
Въртящ момент при издърпване
Това са стойностите на въртящия момент и скоростта, които позволяват на двигателя да стартира, спира или реверсира, като същевременно остава в синхрон с входните импулси.
Въртящ момент на издърпване
Това се отнася до стойностите на въртящия момент и скоростта, при които двигателят може да работи без спиране, поддържайки синхронизация с входните фази. Той представлява максималния въртящ момент, който двигателят може да достави по време на работа.
Максимална начална скорост
Това е най-високата скорост, при която двигателят може да започне да работи, когато няма приложен товар.
Максимална скорост на работа
Това показва най-високата скорост, която двигателят може да постигне, докато работи без товар.
За да работи в областта между въртящия момент на придърпване и издърпване, двигателят трябва първоначално да стартира в зоната на старт/стоп. Когато двигателят започне да работи, честотата на импулса постепенно се увеличава, докато се постигне желаната скорост. За да спре двигателя, скоростта след това се намалява, докато падне под кривата на въртящия момент при изтегляне.
Въртящият момент е право пропорционален на тока и броя на навивките на проводника в двигателя. За да се увеличи въртящият момент с 20%, токът също трябва да се увеличи с приблизително 20%. Обратно, за да се намали въртящият момент с 50%, токът трябва да се намали с 50%.
Въпреки това, поради магнитното насищане, няма полза от увеличаване на тока над два пъти номиналния ток, тъй като отвъд тази точка допълнителните увеличения няма да увеличат въртящия момент. Работата при около десет пъти по-висок от номиналния ток създава риск от демагнетизиране на ротора.
Всички наши двигатели са оборудвани с изолация от клас B, която може да издържи на температури до 130°C, преди изолацията да започне да се влошава. За да осигурите дълготрайност, препоръчваме да поддържате температурна разлика от 30°C отвътре и отвън, което означава, че външната температура на корпуса не трябва да надвишава 100°C.
Индуктивността играе важна роля за представянето на въртящия момент при висока скорост. Това обяснява защо двигателите не проявяват безкрайно високи нива на въртящ момент. Всяка намотка на двигателя има различни стойности на индуктивност и съпротивление. Индуктивността, измерена в хенри, разделена на съпротивлението в омове, води до времева константа (в секунди). Тази времева константа показва колко време е необходимо на бобината да достигне 63% от номиналния си ток. Например, ако двигателят е номинален за 1 ампер, след една времева константа бобината ще достигне приблизително 0,63 ампера. Обикновено са необходими около четири до пет времеви константи, за да може бобината да достигне пълен ток (1 ампер). Тъй като въртящият момент е пропорционален на тока, ако токът достигне само 63%, двигателят ще произведе около 63% от максималния си въртящ момент след една времева константа.
При ниски скорости това забавяне на натрупването на ток не е проблем, тъй като токът може ефективно да влиза и излиза от намотките бързо, позволявайки на двигателя да достави своя номинален въртящ момент. Въпреки това, при високи скорости, токът не може да се увеличи достатъчно бързо преди следващата фаза да превключи, което води до намален въртящ момент.
Напрежението на драйвера значително влияе върху високоскоростната производителност на a стъпков двигател . По-високото съотношение на задвижващото напрежение към напрежението на двигателя води до подобрени възможности за висока скорост. Това е така, защото повишените напрежения позволяват на тока да тече в намотките по-бързо от прага от 63%, обсъден по-рано.
Когато стъпковият двигател преминава от една стъпка към друга, роторът не спира моментално в целевата позиция. Вместо това, той преминава край крайната позиция, след което се изтегля назад, прескача в обратната посока и продължава да се люлее напред-назад, докато накрая спре. Това явление, наричано 'звънене', възниква при всяка стъпка, която двигателят предприема (вижте интерактивната диаграма по-долу). Подобно на въже за бънджи, импулсът на ротора го пренася отвъд точката му на спиране, карайки го да 'отскочи', преди да се установи в покой. В много случаи обаче двигателят се инструктира да премине към следващата стъпка, преди да е спрял напълно.
Графиките по-долу илюстрират поведението на звънене на стъпков двигател при различни условия на натоварване. Когато двигателят е разтоварен, той показва значително звънене, което означава повишена вибрация. Тази прекомерна вибрация може да доведе до спиране на двигателя, когато е разтоварен или леко натоварен, тъй като може да загуби синхронизация. Следователно е важно винаги да тествате a стъпков двигател с подходящо натоварване.
Другите две графики изобразяват производителността на двигателя при натоварване. Правилното натоварване на двигателя спомага за стабилизиране на неговата работа и намаляване на вибрациите. В идеалния случай натоварването трябва да изисква между 30% до 70% от максималния въртящ момент на двигателя. Освен това съотношението на инерцията на товара към ротора трябва да пада между 1:1 и 10:1. За по-кратки и по-бързи движения е за предпочитане това съотношение да е по-близо до 1:1 до 3:1.
Специалистите по приложенията и инженерите на BesFoc са на разположение, за да ви помогнат с правилното оразмеряване на двигателя.
А стъпковият двигател ще изпита значително повишени вибрации, когато честотата на входния импулс съвпадне с естествената му честота, явление, известно като резонанс. Това често се случва около 200 Hz. При резонанс превишаването и недопускането на ротора се усилва значително, увеличавайки вероятността от пропускане на стъпки. Въпреки че специфичната резонансна честота може да варира в зависимост от инерцията на товара, тя обикновено се движи около 200 Hz.
Двуфазните стъпкови двигатели могат да пропускат стъпки само в групи от четири. Ако забележите загуба на стъпка, която се появява при кратни на четири, това показва, че вибрациите причиняват загуба на синхронизация на двигателя или че натоварването може да е прекомерно. Обратно, ако пропуснатите стъпки не са кратни на четири, има силна индикация, че или броят на импулсите е неправилен, или електрическият шум влияе на производителността.
Няколко стратегии могат да помогнат за смекчаване на резонансните ефекти. Най-простият подход е да се избегне напълно работа с резонансна скорост. Тъй като 200 Hz съответства на приблизително 60 RPM за 2-фазен двигател, това не е изключително висока скорост. Повечето стъпковите двигатели имат максимална стартова скорост от около 1000 импулса в секунда (pps). Следователно в много случаи можете да започнете работата на двигателя при скорост, по-висока от резонансната честота.
Ако трябва да стартирате двигателя със скорост, която е под резонансната честота, важно е да ускорите бързо през резонансния диапазон, за да сведете до минимум ефектите от вибрациите.
Друго ефективно решение е използването на по-малък ъгъл на стъпка. По-големите ъгли на стъпка водят до по-голямо превишаване и подбиване. Ако двигателят има кратко разстояние за изминаване, той няма да генерира достатъчно сила (въртящ момент), за да превиши значително. Чрез намаляване на ъгъла на стъпка, двигателят изпитва по-малко вибрации. Това е една от причините техниките за полустъпка и микростъпка да са толкова ефективни за намаляване на вибрациите.
Не забравяйте да изберете двигателя въз основа на изискванията за натоварване. Правилното оразмеряване на двигателя може да доведе до по-добра цялостна производителност.
Амортисьорите са друга възможност за разглеждане. Тези устройства могат да бъдат монтирани на задния вал на двигателя, за да абсорбират част от вибрационната енергия, като спомагат за гладкото функциониране на вибриращия двигател по рентабилен начин.
Сравнително нов напредък в технологията на стъпковия двигател е 5-фазен стъпков двигател. Най-забележимата разлика между 2-фазните и 5-фазните двигатели (вижте интерактивната диаграма по-долу) е броят на полюсите на статора: 2-фазните двигатели имат 8 полюса (4 на фаза), докато 5-фазните двигатели имат 10 полюса (2 на фаза). Дизайнът на ротора е подобен на този на двуфазен двигател.
При 2-фазен двигател всяка фаза премества ротора с 1/4 стъпка на зъбите, докато при 5-фазен двигател роторът се движи на 1/10 от стъпка на зъбците поради конструкцията си. При стъпка на зъбите от 7,2°, ъгълът на стъпката за 5-фазния двигател става 0,72°. Тази конструкция позволява на 5-фазния мотор да постигне 500 стъпки на оборот, в сравнение с 200 стъпки на оборот на 2-фазния двигател, осигурявайки резолюция, която е 2,5 пъти по-голяма от тази на 2-фазния двигател.
По-високата разделителна способност води до по-малък ъгъл на стъпка, което значително намалява вибрациите. Тъй като ъгълът на стъпката на 5-фазния двигател е 2,5 пъти по-малък от този на 2-фазния двигател, той изпитва много по-слабо звънене и вибрации. И при двата типа двигатели, роторът трябва да превиши или да премине под ъгъл с повече от 3,6°, за да пропусне стъпки. С ъгъла на стъпка на 5-фазния двигател от само 0,72°, става почти невъзможно двигателят да превиши или подскочи с такава граница, което води до много ниска вероятност от загуба на синхронизация.
Има четири основни метода за задвижване стъпкови двигатели :
Wave Drive (пълна стъпка)
2 фази включени (пълна стъпка)
1-2 фази включени (половин стъпка)
Микростъпка
В диаграмата по-долу методът на вълновото задвижване е опростен, за да илюстрира неговите принципи. Всяко завъртане на 90°, изобразено на илюстрацията, представлява 1,8° въртене на ротора в реален двигател.
При метода на вълново задвижване, известен също като метод на 1-фазово ВКЛЮЧВАНЕ, само една фаза се захранва в даден момент. Когато фазата А е активирана, тя създава южен полюс, който привлича северния полюс на ротора. След това фазата А се изключва и фазата В се включва, карайки ротора да се завърти на 90° (1,8°) и този процес продължава, като всяка фаза се захранва индивидуално.
Вълновото задвижване работи с четиристепенна електрическа последователност за въртене на двигателя.
При метода на задвижване '2 фази включени' и двете фази на двигателя са непрекъснато захранвани.
Както е показано по-долу, всяко завъртане на 90° съответства на 1,8° завъртане на ротора. Когато и двете фази А и В се захранват като южни полюси, северният полюс на ротора се привлича еднакво към двата полюса, което го кара да се изравни директно в средата. Докато последователността напредва и фазите се активират, роторът ще се върти, за да поддържа подравняване между двата захранвани полюса.
Методът '2 включени фази' работи с помощта на четиристепенна електрическа последователност за въртене на двигателя.
Стандартните 2-фазни и 2-фазни M двигатели на BesFoc използват този метод на задвижване '2 фази включени'.
Основното предимство на метода '2 фази включено' спрямо метода '1 фаза включено' е въртящият момент. При метода '1 включена фаза' само една фаза се активира в даден момент, което води до една единица въртящ момент, действащ върху ротора. За разлика от това, методът '2 включени фази' захранва и двете фази едновременно, произвеждайки две единици въртящ момент. Единият вектор на въртящия момент действа в позиция 12 часа, а другият в позиция 3 часа. Когато тези два вектора на въртящия момент се комбинират, те създават резултантен вектор под ъгъл от 45° с величина, която е 41,4% по-голяма от тази на един вектор. Това означава, че използването на метода '2 фази включено' ни позволява да постигнем същия ъгъл на стъпка като метода '1 фаза включено', като същевременно доставяме 41% повече въртящ момент.
Петфазните двигатели обаче работят малко по-различно. Вместо да използват метода '2 фази включени', те използват метода '4 фази включени'. При този подход четири от фазите се активират едновременно всеки път, когато двигателят направи стъпка.
В резултат на това петфазният двигател следва 10-стъпкова електрическа последователност по време на работа.
Методът '1-2 Phases On', известен също като половин стъпка, съчетава принципите на предишните два метода. При този подход ние първо захранваме А фазата, карайки ротора да се подравни. Докато поддържаме фазата A активирана, ние активираме фаза B. В този момент роторът е еднакво привлечен от двата полюса и се подравнява в средата, което води до въртене от 45° (или 0,9°). След това изключваме фаза А, докато продължаваме да захранваме фаза В, позволявайки на двигателя да направи още една стъпка. Този процес продължава, като се редуват активирането на една фаза и две фази. По този начин ние ефективно намаляваме ъгъла на стъпалото наполовина, което спомага за намаляване на вибрациите.
За 5-фазен двигател използваме подобна стратегия, като редуваме между 4 и 5 включени фази.
Полустъпковият режим се състои от осемстепенна електрическа последователност. В случай на петфазен двигател, използващ метода '4-5 включени фази', моторът преминава през електрическа последователност от 20 стъпки.
(Може да се добави повече информация относно микростъпките, ако е необходимо.)
Microstepping е техника, използвана, за да направи по-малките стъпки още по-фини. Колкото по-малки са стъпките, толкова по-висока е разделителната способност и толкова по-добри са вибрационните характеристики на двигателя. При микростепинг фазата не е нито напълно включена, нито напълно изключена; вместо това, той е частично захранван. Синусоидалните вълни се прилагат както към фаза A, така и към фаза B, с фазова разлика от 90° (или 0,9° в петфазен стъпков двигател ).
Когато максималната мощност се приложи към фаза A, фаза B е на нула, което кара ротора да се изравни с фаза A. Тъй като токът към фаза A намалява, токът към фаза B се увеличава, което позволява на ротора да прави малки стъпки към фаза B. Този процес продължава, докато токът циклично преминава между двете фази, което води до плавно микростъпково движение.
Микростъпалото обаче представлява някои предизвикателства, главно по отношение на точността и въртящия момент. Тъй като фазите са само частично захранвани, двигателят обикновено изпитва намаление на въртящия момент от около 30%. Освен това, тъй като диференциалът на въртящия момент между стъпките е минимален, двигателят може да се бори да преодолее натоварване, което може да доведе до ситуации, при които на двигателя се заповядва да направи няколко стъпки, преди действително да започне да се движи. В много случаи включването на енкодери е необходимо за създаване на система със затворен контур, въпреки че това увеличава общите разходи.
Системи с отворен цикъл
Системи със затворен контур
Серво системи
стъпковите двигатели обикновено са проектирани като системи с отворена верига. В тази конфигурация генератор на импулси изпраща импулси към веригата за последователност на фазите. Фазовият последователност определя кои фази трябва да бъдат включени или изключени, както е описано по-горе в методите на пълна стъпка и половина стъпка. Секвенсорът управлява мощните FETs за активиране на двигателя.
Въпреки това, в система с отворен цикъл няма проверка на позицията, което означава, че няма начин да се потвърди дали моторът е изпълнил командваното движение.
Един от най-разпространените методи за внедряване на система със затворен контур е чрез добавяне на енкодер към задния вал на двигател с двоен вал. Кодерът се състои от тънък диск, маркиран с линии, който се върти между предавател и приемник. Всеки път, когато линия преминава между тези два компонента, тя генерира импулс на сигналните линии.
След това тези изходни импулси се подават обратно към контролера, който ги отброява. Обикновено в края на движението контролерът сравнява броя на импулсите, които е изпратил на драйвера, с броя на импулсите, получени от енкодера. Изпълнява се специфична процедура, при която, ако двата броя се различават, системата се коригира, за да коригира несъответствието. Ако броят съвпада, това означава, че не е възникнала грешка и движението може да продължи гладко.
Системата със затворен цикъл има два основни недостатъка: цена (и сложност) и време за реакция. Включването на енкодер добавя към общия разход на системата, заедно с увеличената сложност на контролера, което допринася за общата цена. Освен това, тъй като корекциите се правят само в края на движение, това може да доведе до забавяне на системата, което потенциално забавя времето за реакция.
Алтернатива на стъпковите системи със затворен контур е серво система. Серво системите обикновено използват двигатели с нисък брой на полюсите, което позволява висока скорост, но им липсва присъща способност за позициониране. За да се преобразува серво в позиционно устройство, са необходими механизми за обратна връзка, често използващи енкодер или резолвер заедно с контролни контури.
В серво система моторът се активира и деактивира, докато резолверът покаже, че е достигната определена позиция. Например, ако сервото е инструктирано да се движи 100 оборота, то започва с броя на резолвера от нула. Моторът работи, докато броят на резолвера достигне 100 оборота, в който момент той се изключва. Ако има някакво позиционно изместване, моторът се активира отново, за да коригира позицията.
Реакцията на сервото на позиционни грешки се влияе от настройката на усилването. Настройката за високо усилване позволява на двигателя да реагира бързо на промени в грешката, докато настройката за ниско усилване води до по-бавна реакция. Регулирането на настройките за усилване обаче може да въведе времеви закъснения в системата за контрол на движението, което да повлияе на цялостната производителност.
AlphaStep е иновацията на BesFoc решение за стъпков двигател , включващо интегриран резолвер, който предлага обратна връзка за позицията в реално време. Този дизайн гарантира, че точната позиция на ротора е известна по всяко време, повишавайки прецизността и надеждността на системата.
Драйверът AlphaStep разполага с входен брояч, който проследява всички импулси, изпратени към устройството. Едновременно с това обратната връзка от резолвера се насочва към брояча на позициите на ротора, което позволява непрекъснат мониторинг на позицията на ротора. Всички несъответствия се записват в брояч на отклонения.
Обикновено двигателят работи в режим на отворена верига, генерирайки вектори на въртящия момент, които двигателят да следва. Въпреки това, ако броячът на отклонения показва несъответствие, по-голямо от ±1,8°, фазовият последователност активира вектора на въртящия момент в горната част на кривата на изместване на въртящия момент. Това генерира максимален въртящ момент за пренастройване на ротора и връщането му обратно в синхрон. Ако двигателят е изключен с няколко стъпки, секвенсорът захранва множество вектори на въртящ момент в горния край на кривата на изместване на въртящия момент. Водачът може да се справи с условия на претоварване до 5 секунди; ако не успее да възстанови синхронизма в рамките на този период от време, се задейства повреда и се издава аларма.
Забележителна характеристика на системата AlphaStep е нейната способност да прави корекции в реално време за всички пропуснати стъпки. За разлика от традиционните системи, които изчакват до края на хода, за да коригират евентуални грешки, драйверът AlphaStep предприема коригиращи действия веднага щом роторът падне извън диапазона от 1,8°. След като роторът се върне в рамките на тази граница, драйверът се връща към режим на отворена верига и възобновява подходящите фазови захранвания.
Придружаващата графика илюстрира кривата на изместване на въртящия момент, подчертавайки режимите на работа на системата - отворен и затворен контур. Кривата на изместване на въртящия момент представлява въртящия момент, генериран от една фаза, постигаща максимален въртящ момент, когато позицията на ротора се отклони с 1,8°. Стъпка може да бъде пропусната само ако роторът превиши над 3,6°. Тъй като водачът поема контрола върху вектора на въртящия момент, когато отклонението надвиши 1,8°, е малко вероятно двигателят да пропусне стъпки, освен ако не претърпи претоварване, продължаващо повече от 5 секунди.
Много хора погрешно смятат, че точността на стъпките на двигателя AlphaStep е ±1,8°. В действителност AlphaStep има точност на стъпка от 5 дъгови минути (0,083°). Драйверът управлява векторите на въртящия момент, когато роторът е извън диапазона от 1,8°. След като роторът попадне в този диапазон, зъбите на ротора се изравняват точно с генерирания вектор на въртящия момент. AlphaStep гарантира, че правилният зъб се подравнява с вектора на активния въртящ момент.
Серията AlphaStep се предлага в различни версии. BesFoc предлага както модели с кръгъл вал, така и модели с предавка с множество предавателни отношения за подобряване на разделителната способност и въртящия момент или за минимизиране на отразената инерция. Повечето версии могат да бъдат оборудвани с безотказна магнитна спирачка. Освен това BesFoc предоставя версия с 24 VDC, наречена серия ASC.
В заключение, стъпковите двигатели са много подходящи за позициониране. Те позволяват прецизен контрол както на разстоянието, така и на скоростта, просто чрез промяна на броя на импулсите и честотата. Техният висок брой полюси позволява точност, дори когато работят в режим на отворена верига. Когато е правилно оразмерен за конкретно приложение, a стъпковият двигател няма да пропусне стъпки. Освен това, тъй като не изискват позиционна обратна връзка, стъпковите двигатели са рентабилно решение.
