Výrobce hybridního krokového motoru v Číně - Besfoc

Úvod krokového motoru

Co je to krokový motor？

A Krokový motor je typ elektrického motoru, který se pohybuje v přesných, pevných krocích spíše než neustále rotující jako běžný motor. Obvykle se používá v aplikacích, kde je vyžadována přesná kontrola pozice, jako jsou 3D tiskárny, stroje CNC, robotika a fotoaparáty.

Krokové motory jsou typem elektrického motoru, který přeměňuje elektrickou energii na rotační pohyb s pozoruhodnou přesností. Na rozdíl od běžných elektrických motorů, které poskytují nepřetržité rotaci, se krokové motory otočují v diskrétních krocích, což z nich činí ideální pro aplikace vyžadující přesné umístění.

Každý puls elektřiny odeslaný do krokového motoru z jejího řidiče vede k přesnému pohybu - každý puls odpovídá konkrétnímu kroku. Rychlost, při které se motor otáčí, přímo koreluje s frekvencí těchto impulsů: čím rychlejší jsou pulzy odesílány, čím rychlejší je otáčení.

Jedna z klíčových výhod Krokový motor S je jejich snadné ovládání. Většina ovladačů pracuje s 5 V pulzy, kompatibilní s běžnými integrovanými obvody. Můžete buď navrhnout obvod pro generování těchto impulsů, nebo použít generátor pulsů od společností jako Besfoc.

Přes jejich příležitostné nepřesnosti - standardní krokové motory mají přesnost asi ± 3 obloukových minut (0,05 °) - tyto chyby se hromadí s více kroky. Například, pokud standardní krokový motor udělá jeden krok, otáčí se o 1,8 ° ± 0,05 °. Dokonce i po milionu kroků je celková odchylka stále jen ± 0,05 °, takže je spolehlivá pro přesné pohyby na velké vzdálenosti.

Kromě toho jsou krokové motory známé svou rychlou odezvou a zrychlením kvůli jejich nízké setrvačnosti rotoru, což jim umožňuje rychle dosáhnout vysokých rychlostí. Díky tomu jsou zvláště vhodné pro aplikace, které vyžadují krátké a rychlé pohyby.

Jak funguje krokový motor?

A Krokový motor funguje rozdělením plné rotace do několika stejných kroků. Používá elektromagnety k vytvoření pohybu v malých, kontrolovaných přírůstcích.

1. Uvnitř krokového motoru

Krokový motor má dvě hlavní části:

• Stator - stacionární část s cívkami (elektromagnety).

• Rotor - rotující část, často magnet nebo vyrobený ze železa.

2.. Pohyb magnetickými poli

• Když elektrický proud protéká skrz cívky statoru, vytváří magnetická pole.

• Tato pole přitahují rotor.

• Zapnutím cívek za zapnutí a vypínání v konkrétní sekvenci je rotor vytažen krok za krokem kruhovým pohybem.

3. rotace krok za krokem

• Pokaždé, když je cívka pod napětím, rotor se pohybuje malým úhlem (nazývaný krok).

• Například, pokud má motor 200 kroků na revoluci, každý krok pohybuje rotorem o 1,8 °.

• Motor se může otáčet dopředu nebo dozadu v závislosti na pořadí impulsů odeslaných do cívek.

4. Ovládano řidičem

• A Ovladač krokového motoru odesílá elektrické impulsy do motorových cívek.

• Čím více impulsů, tím více se motor otáčí.

• Mikrokontroléry (jako Arduino nebo Raspberry Pi) mohou tyto ovladače ovládat, aby motor přesně přesunuli.

Systém krokového motoru

Níže uvedená ilustrace zobrazuje standardní systém krokového motoru, který se skládá z několika základních součástí, které spolupracují. Výkon každého prvku ovlivňuje celkovou funkčnost systému.

1. Počítač nebo plc:

Jádrem systému je počítač nebo programovatelný logický řadič (PLC). Tato součást působí jako mozek a ovládá nejen krokový motor, ale také celý stroj. Může provádět různé úkoly, jako je zvednutí výtahu nebo pohybující se dopravní pás. V závislosti na potřebné složitosti se tento řadič může pohybovat od sofistikovaného PC nebo PLC až po jednoduché tlačítko operátora.

2. karta Indexer nebo PLC:

Další je karta Indexer nebo PLC, která sděluje konkrétní pokyny krokový motor . Generuje požadovaný počet impulsů pro pohyb a nastavuje frekvenci pulsu pro řízení zrychlení, rychlosti a zpomalení motoru. Indexer může být buď samostatná jednotka, jako je BesFoc, nebo karta generátoru pulsů, která se připojuje k PLC. Bez ohledu na její podobu je tato součást zásadní pro provoz motoru.

3. ovladač motoru:

Ovladač motoru se skládá ze čtyř klíčových částí:

• Logika pro kontrolu fáze: Tato logická jednotka přijímá pulzy z indexeru a určuje, která fáze motoru by měla být aktivována. Energizace fází musí sledovat konkrétní sekvenci, aby se zajistila správná provoz motoru.

• Logické napájení: Jedná se o zásobování nízkým napětím, které pohání integrované obvody (ICS) v rámci ovladače, obvykle provozující kolem 5 voltů na základě sady čipů nebo designu.

• Napájení motoru: Toto napájení poskytuje potřebné napětí k napájení motoru, obvykle kolem 24 VDC, i když může být vyšší v závislosti na aplikaci.

• Výkonový zesilovač: Tato složka se skládá z tranzistorů, které umožňují proudu proudit přes motorovou fázi. Tyto tranzistory jsou zapnuty a vypnuty ve správné sekvenci, aby se usnadnil pohyb motoru.

4. Načíst:

Nakonec všechny tyto komponenty spolupracují na přesunu zatížení, což by mohl být olověný šroub, disk nebo dopravní pás, v závislosti na konkrétní aplikaci.

Typy krokových motorů

Existují tři primární typy krokových motorů:

Variabilní neochoty (VR) krokových motorů

Tyto motory mají zuby na rotoru a statoru, ale nezahrnují trvalý magnet. Výsledkem je, že jim chybí točivý moment, což znamená, že nedrží svou pozici, když nejsou pod napětím.

Permanentní magnet (PM) krokovými motory

PM krokový motory mají na rotoru permanentní magnet, ale nemají zuby. I když obvykle vykazují menší přesnost v krokových úhlech, poskytují zadržovací točivý moment, což jim umožňuje udržovat polohu, když je napájení vypnuto.

Hybridní krokové motory

BESFOC se specializuje výhradně na hybrid krokový motor s. Tyto motory spojují magnetické vlastnosti permanentních magnetů s konstrukcí motorů s variabilními neochoty. Rotor je axiálně magnetizován, což znamená, že v typické konfiguraci je horní polovina severní pól a spodní polovina je jižní pól.

Rotor se skládá ze dvou ozubených šálků, z nichž každý má 50 zubů. Tyto šálky jsou kompenzovány o 3,6 °, což umožňuje přesné umístění. Při pohledu shora můžete vidět, že zub na šálku severního pole se vyrovná s zubem na poháru jižního pole a vytváří efektivní převodový systém.

Hybridní krokové motory pracují na dvoufázové konstrukci, přičemž každá fáze obsahuje čtyři póly rozložené od sebe 90 °. Každý pól ve fázi je navinutý tak, že póly 180 ° od sebe mají stejnou polaritu, zatímco polarity jsou pro ty 90 ° od sebe opačné. Zvrácením proudu v jakékoli fázi může být polarita odpovídajícího statorového pólu také obrácena, což umožňuje motoru převést jakýkoli pól statoru na severní nebo jižní pól.

Rotor krokového motoru má 50 zubů s roztečem 7,2 ° mezi každým zubem. Jakmile motor funguje, vyrovnání zubů rotoru se zuby statoru se může lišit-konkrétně, může být kompenzován o tři čtvrtiny zubního rozteče, polovinu zubu nebo čtvrtinou zubního rozteče. Když motor kroky, přirozeně se vydává nejkratší cesta k tomu, aby se sama vyrovnal, což se překládá na pohyb 1,8 ° na krok (od 1/4 7,2 ° se rovná 1,8 °).

Točivý moment a přesnost v Krokové motory S jsou ovlivněny počtem pólů (zubů). Obecně vyšší počet pólů vede ke zlepšení točivého momentu a přesnosti. BESFOC nabízí 'vysoký rozlišení ' krokových motorů, které mají polovinu zubního rozteče svých standardních modelů. Tyto rotory s vysokým rozlišením mají 100 zubů, což má za následek úhel 3,6 ° mezi každým zubem. S tímto nastavením odpovídá pohyb 1/4 rozteče zubu menším kroku 0,9 °.

Výsledkem je, že modely 's vysokým rozlišením ' poskytují dvojnásobné rozlišení standardních motorů a dosahují 400 kroků na revoluci ve srovnání s 200 kroky na revoluci ve standardních modelech. Menší úhly kroku také vedou k nižším vibracím, protože každý krok je méně výrazný a postupnější.

Struktura

Níže uvedený diagram ilustruje průřez 5-fázového krokového motoru. Tento motor se skládá především ze dvou hlavních částí: statoru a rotoru. Samotný rotor je tvořen třemi komponenty: rotorový šálek 1, rotor Cup 2 a permanentní magnet. Rotor je magnetizován v axiálním směru; Například, pokud je rotor Cup 1 označen jako severní pól, rotor Cup 2 bude jižní pól.

Stator má 10 magnetických pólů, z nichž každá je vybavena malými zuby a odpovídajícími vinutími. Tato vinutí jsou navržena tak, aby každá byla spojena s navíjením jeho opačného pólu. Když proud protéká párem vinutí, póly, které spojují, magnetizují stejným směrem - buď na sever nebo na jih.

Každý protichůdný pár pólů tvoří jednu fázi motoru. Vzhledem k tomu, že je celkem 10 magnetických pólů, to má za následek pět odlišných fází v této 5-fázi krokový motor.

Důležité je, že každý šálek rotoru má podél vnějšího obvodu 50 zubů. Zuby na rotorovém šálku 1 a rotoru Cup 2 jsou mechanicky kompenzovány od sebe o polovinu zubního rozteče, což umožňuje přesné zarovnání a pohyb během provozu.

Speed-Torque

Pochopení toho, jak číst křivku rychlosti-torque, je zásadní, protože poskytuje vhled do toho, čeho je motor schopen dosáhnout. Tyto křivky představují výkonové charakteristiky konkrétního motoru, když jsou spárovány s konkrétním ovladačem. Jakmile je motor funkční, je jeho výstup točivého momentu ovlivněn typem pohonu a aplikovaném napětí. Výsledkem je, že stejný motor může vykazovat výrazně odlišné křivky rychlosti-torque v závislosti na použitém řidiči.

BESFOC poskytuje tyto křivky rychlosti-torque jako odkaz. Pokud používáte motor s ovladačem, který má podobné napětí a hodnocení proudu, můžete očekávat srovnatelný výkon. Interaktivní zážitek naleznete na níže uvedené křivce rychlosti-torque:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aby motor pracoval v oblasti mezi tahem a tahem točivým momentem, musí motor zpočátku začít v oblasti Start/Stop. Jakmile motor začne běžet, rychlost pulsu se postupně zvyšuje, dokud není dosaženo požadované rychlosti. Aby se zastavil motor, rychlost se pak sníží, dokud nespadne pod křivku točivého momentu.

Točivý moment je přímo úměrný proudu a počet otáček drátu v motoru. Pro zvýšení točivého momentu o 20%by měl být proud také zvýšen přibližně o 20%. Naopak, aby se snížil točivý moment o 50%, měl by být proud snížen o 50%.

Vzhledem k magnetické nasycení však není přínos při zvyšování proudu nad dvojnásobek jmenovitého proudu, jak po tomto bodě, další zvýšení nezvýší točivý moment. Působí přibližně desetkrát jmenovitý proud představuje riziko demagnetizace rotoru.

Všechny naše motory jsou vybaveny izolací třídy B, které vydrží teploty až do 130 ° C, než se izolace začne degradovat. Abychom zajistili dlouhověkost, doporučujeme udržovat teplotní diferenciál 30 ° C zevnitř do vnějšku, což znamená, že teplota vnějšího pouzdra by neměla překročit 100 ° C.

Indukčnost hraje významnou roli při výkonu vysokorychlostního točivého momentu. Vysvětluje to, proč motory nevykazují nekonečně vysokou úroveň točivého momentu. Každé vinutí motoru má odlišné hodnoty indukčnosti a rezistence. Indukčnost měřená v Henrys, dělená rezistencí v OHMS, vede k časové konstantě (v sekundách). Tato časová konstanta naznačuje, jak dlouho trvá, než cívka dosáhne 63% svého jmenovitého proudu. Například, pokud je motor hodnocen pro 1 ampy, po jedné časové konstantě dosáhne cívka přibližně 0,63 ampérů. Obvykle trvá asi čtyři až pětkrát, aby cívka dosáhla plného proudu (1 amp). Vzhledem k tomu, že točivý moment je úměrný proudu, pokud proud dosáhne pouze 63%, bude motor produkovat asi 63% svého maximálního točivého momentu po jedné časové konstantě.

Při nízkých rychlostech není toto zpoždění v současném nahromadění problémem, protože proud může účinně vstoupit a ukončit cívky rychle, což umožňuje motoru dodávat jeho točivý moment. Při vysokých rychlostech však proud nemůže zvýšit dostatečně rychle před přepínači další fáze, což má za následek snížený točivý moment.

Dopad napětí řidiče

Napětí řidiče významně ovlivňuje vysokorychlostní výkon a krokový motor . Vyšší poměr hnacího napětí k napětí motoru vede ke zlepšení vysokorychlostních schopností. Je to proto, že zvýšená napětí umožňuje proudu proudu do vinutí rychleji než dříve diskutovaný prahová hodnota 63%.

Vibrace

Když krokový motor přechází z jednoho kroku do druhého, rotor se okamžitě nezastaví v cílové poloze. Místo toho se pohybuje kolem konečné polohy, pak je nakreslena zpět, překročí opačným směrem a pokračuje v oscilaci tam a zpět, dokud se nakonec nezastaví. Tento jev, označovaný jako 'vyzvánění, ', se vyskytuje s každým krokem, který má motor podnikne (viz interaktivní diagram níže). Podobně jako bungee šňůra, hybnost rotoru ji přenáší za bod zastávky, což způsobí, že se „odrazí “, než se usadí v klidu. V mnoha případech je však motor instruován, aby se přesunul k dalšímu kroku, než se plně zastavil.

Níže uvedené grafy ilustrují zvonění krokového motoru za různých podmínek zatížení. Když je motor vyložen, vykazuje významné vyzvánění, což se promítá do zvýšených vibrací. Tato nadměrná vibrace může vést k zastavení motoru, když je buď vyložena nebo lehce naložena, protože může ztratit synchronizaci. Proto je nezbytné vždy testovat a krokový motor s vhodným zatížením.

Další dva grafy zobrazují výkon motoru, když jsou načteny. Správné nakládání motoru pomáhá stabilizovat jeho provoz a snižovat vibrace. V ideálním případě by měla zatížení vyžadovat 30% až 70% maximálního výkonu motoru motoru. Kromě toho by poměr setrvačnosti zátěže k rotoru měl klesat mezi 1: 1 a 10: 1. U kratších a rychlejších pohybů je výhodné, že tento poměr bude blíže k 1: 1 až 3: 1.

Pomoc od Besfoc

K dispozici jsou specialisté a inženýři aplikací společnosti BesFoc, kteří pomáhají s správným dimenzováním motoru.

Rezonance a vibrace

A . Když se vstupní pulzní frekvence shoduje s jeho přirozenou frekvencí, což je jev, což je jev známý jako rezonance, který se shoduje s jeho přirozenou frekvencí K tomu často dochází kolem 200 Hz. Při rezonanci jsou překročení a podkopnutí rotoru výrazně zesíleny, což zvyšuje pravděpodobnost chybějících kroků. Zatímco specifická rezonanční frekvence se může lišit s setrvačností zatížení, obvykle se pohybuje kolem 200 Hz.

Ztráta kroku ve dvoufázových motorech

2fázové krokové motory mohou chybět pouze kroky ve skupinách po čtyřech. Pokud si všimnete ke ztrátě kroku, která se vyskytuje v násobcích čtyř, naznačuje to, že vibrace způsobují, že motor ztratí synchronizaci nebo že zátěž může být nadměrná. Naopak, pokud zmeškané kroky nejsou v násobcích čtyř, existuje silná náznak, že počet pulsů je nesprávný nebo elektrický šum ovlivňuje výkon.

Zmírňující rezonance

Několik strategií může pomoci zmírnit rezonanční účinky. Nejjednodušším přístupem je zabránit úplnému provozu při rezonanční rychlosti. Protože 200 Hz odpovídá přibližně 60 ot / min pro 2fázový motor, není to extrémně vysoká rychlost. Většina Krokové motory S mají maximální počáteční rychlost přibližně 1000 impulsů za sekundu (PPS). V mnoha případech proto můžete zahájit provoz motoru rychlostí vyšší než rezonanční frekvence.

Pokud potřebujete spustit motor rychlostí, která je pod rezonanční frekvencí, je důležité rychle zrychlit přes rezonanční rozsah, aby se minimalizovalo účinky vibrací.

Snížení úhlu kroku

Dalším účinným řešením je použití menšího úhlu kroku. Větší úhly kroku mají tendenci vést k většímu překročení a podtržení. Pokud má motor krátkou vzdálenost pro cestování, nebude generovat dostatečnou sílu (točivý moment), aby se výrazně překročil. Snížením úhlu kroku zažívá motor menší vibrace. To je jeden z důvodů, proč jsou techniky polovičního a mikrosteppingu tak účinné při snižování vibrací.

Nezapomeňte vybrat motor na základě požadavků na zatížení. Správné velikost motoru může vést k lepšímu celkovému výkonu.

Pomocí tlumičů

Tlumiče jsou další možností, kterou je třeba zvážit. Tato zařízení mohou být namontována na zadní hřídel motoru, aby absorbovaly část vibrační energie, což pomáhá vyhladit provoz vibračního motoru nákladově efektivním způsobem.

5-fázové krokové motory

Relativně nový pokrok v Technologie krokového motoru  je pětifázový krokový motor. Nejviditelnějším rozdílem mezi 2-fázovými a 5-fázovými motory (viz interaktivní diagram níže) je počet statorových pólů: 2-fázové motory mají 8 pólů (4 na fázi), zatímco 5-fázové motory mají 10 pólů (2 na fázi). Konstrukce rotoru je podobná jako u 2-fázového motoru.

Ve dvoufázovém motoru se každá fáze pohybuje rotorem o 1/4 zubní rozteč, zatímco v 5-fázovém motoru se rotor pohybuje 1/10 zubní rozteč kvůli jeho konstrukci. S roztečem zubu 7,2 ° se úhel kroku pro 5fázový motor stává 0,72 °. Tato konstrukce umožňuje 5-fázovému motoru dosáhnout 500 kroků na revoluci ve srovnání s 2-fázovým motorem 200 kroků na revoluci, což poskytuje rozlišení, které je 2,5krát větší než rozlišení 2-fázového motoru.

Vyšší rozlišení vede k menšímu úhlu kroku, což výrazně snižuje vibrace. Protože úhel kroku 5-fázového motoru je 2,5krát menší než u 2-fázového motoru, zažívá mnohem nižší zvonění a vibrace. V obou typech motoru musí rotor překročit nebo poddožit o více než 3,6 °, aby zmeškal kroky. S úhlem kroku 5-fáze motoru pouze 0,72 ° je pro motor téměř nemožné překročit nebo poddožit takovým okrajem, což má za následek velmi nízkou pravděpodobnost ztráty synchronizace.

Metody pohonu

Existují čtyři metody primární pohony pro krokový motor s:

1. Wave Drive (plný krok)

2. 2 fáze na (plný krok)

3. 1-2 fáze na (poloviční krok)

4. Microstep

Vlnová pohon

V níže uvedeném diagramu je metoda vlny zjednodušena pro ilustraci jeho principů. Každá 90 ° zatáčka zobrazená na ilustraci představuje 1,8 ° rotace rotoru v reálném motoru.

Při metodě vlnové pohony, známé také jako 1-fáze na metodě, je najednou naopak pouze jedna fáze. Když je aktivována fáze A, vytvoří jižní pól, který přitahuje severní pól rotoru. Poté se fáze A vypne a fáze B je zapnutá, což způsobí, že se rotor otáčí o 90 ° (1,8 °), a tento proces pokračuje, přičemž každá fáze je energizována jednotlivě.

Vlnová pohon pracuje se čtyřstupňovou elektrickou sekvencí pro otáčení motoru.

 

2 fáze na

V metodě pohonu '2 na ' jsou obě fáze motoru nepřetržitě pod napětím.

Jak je znázorněno níže, každé 90 ° zatáčky odpovídá rotaci rotoru 1,8 °. Když jsou oba fáze A a B pod napětím jako jižní póly, severní pól rotoru je přitahován rovnoměrně k oběma pólům, což způsobuje, že se přímo vyrovnává přímo uprostřed. Jak sekvence postupuje a jsou aktivovány fáze, rotor se otáčí, aby se udržoval zarovnání mezi dvěma napájecími póly.

Metoda '2 na ' pracuje pomocí čtyřstupňové elektrické sekvence k otáčení motoru.

Standardní dvoufázové a 2-fázové motory M BESFOC využívají tuto metodu pohonu '2 na '.

Hlavní výhodou metody '2 na metodě ' 1 fáze na 'je točivý moment. V metodě '1 fáze na ' je aktivována pouze jedna fáze najednou, což vede k jedné jednotce točivého momentu působícího na rotoru. Naproti tomu metoda '2 na ' narušuje obě fáze současně a produkuje dvě jednotky točivého momentu. Jeden vektor točivého momentu působí v poloze 12 hodin a druhý v poloze 3 hodin. Když jsou tyto dva vektory točivého momentu kombinovány, vytvoří výsledný vektor pod úhlem 45 ° s velikostí, která je o 41,4% vyšší než u jednoho vektoru. To znamená, že použití metody '2 na ' nám umožňuje dosáhnout stejného krokového úhlu jako metoda '1 fáze na ' při dodávání 41% více točivého momentu.

Pětifázové motory však fungují poněkud odlišně. Namísto použití metody '2 na ' používají metodu '4 na '. V tomto přístupu jsou čtyři z fází aktivovány současně pokaždé, když motor udělá krok.

Výsledkem je, že pětifázový motor sleduje během operace 10-krokovou elektrickou sekvenci.

1-2 fáze na (poloviční krok)

Metoda '1-2 na ', známá také jako poloviční krok, kombinuje principy předchozích dvou metod. V tomto přístupu nejprve povzbuzujeme fázi A, což způsobí, že se rotor vyrovná. Zatímco udržujeme fázovou energii, pak aktivujeme fázi B. V tomto okamžiku je rotor stejně přitahován jak póly, tak zarovnány uprostřed, což má za následek rotaci 45 ° (nebo 0,9 °). Dále vypneme fázi A a pokračujeme v povzbuzení fáze B, což umožňuje motoru udělat další krok. Tento proces pokračuje a střídá se mezi energizací jedné fáze a dvěma fázemi. Tímto způsobem účinně snížíme úhel kroku na polovinu, což pomáhá snižovat vibrace.

Pro 5fázový motor používáme podobnou strategii střídáním mezi 4 fázemi zapnuto a 5 fázemi zapnuto.

Režim půl kroku se skládá z osmistupňové elektrické sekvence. V případě pětifázového motoru pomocí metody '4-5 na ' prochází motor 20-krokovou elektrickou sekvencí.

Microstep

(V případě potřeby lze přidat více informací o mikrosteppingu.)

Mikrostepping

Microstepping je technika používaná k výrobě menších kroků ještě jemnějších. Čím menší jsou kroky, tím vyšší je rozlišení a tím lepší jsou vibrační charakteristiky motoru. Při mikrosteppingu není fáze plně ani plně vypnuta; Místo toho je částečně pod napětím. Sinusové vlny se aplikují na fázi A i na fázi B s fázovým rozdílem 90 ° (nebo 0,9 ° v pětifáze krokový motor ).

Když je maximální výkon aplikován na fázi A, fáze B je na nule, což způsobuje, že se rotor vyrovná s fází A. Jak se proud pro fázi A snižuje, zvyšuje se proud do fáze B, což umožňuje rotoru podniknout malé kroky směrem k fázi B. Tento proces pokračuje, protože současné cykly mezi oběma fázemi, což vede k hladkému mikrosteppingu.

Microstepping však však představuje určité výzvy, zejména pokud jde o přesnost a točivý moment. Protože jsou fáze pouze částečně pod napětím, motor obvykle zažívá redukci točivého momentu asi 30%. Navíc, protože točivý moment mezi kroky je minimální, může se motor snažit překonat zátěž, což může mít za následek situace, kdy je motor přikázán pohybovat několika kroky, než se skutečně začne pohybovat. V mnoha případech je zapojení kodérů nezbytné k vytvoření systému uzavřené smyčky, i když to zvyšuje celkové náklady.

Systémy krokového motoru

Systémy Systémy
Otevřené smyčky
Systémy

Otevřená smyčka

Krokové motory jsou obvykle navrženy jako systémy s otevřenou smyčkou. V této konfiguraci generátor pulsů odešle impulsy do fázového sekvenčního obvodu. Fázový sekvencer určuje, které fáze by se měly zapnout nebo vypnout, jak bylo popsáno dříve v metodách úplného kroku a půl kroku. Sekvencer řídí vysoce výkonné FET pro aktivaci motoru.

V systému otevřené smyčky však neexistuje ověření polohy, což znamená, že neexistuje způsob, jak potvrdit, zda motor provedl velený pohyb.

Uzavřená smyčka

Jednou z nejběžnějších metod implementace systému uzavřené smyčky je přidání kodéru do zadní hřídele motoru s dvojitou nohou. Kodér se skládá z tenkého disku označeného linky, které se otáčí mezi vysílačem a přijímačem. Pokaždé, když mezi těmito dvěma komponenty projde čára, generuje puls na signálních vedeních.

Tyto výstupní impulsy jsou poté přiváděny zpět do ovladače, což z nich udržuje počet. Obvykle na konci pohybu porovnává řadič počet impulsů, které odeslané řidiči s počtem pulzů přijatých z kodéru. Specifická rutina je provedena, přičemž pokud se tyto dva počty liší, systém se upravuje tak, aby opravil nesoulad. Pokud se počty shodují, znamená to, že nedošlo k žádné chybě a pohyb může pokračovat hladce.

Nevýhody systémů uzavřené smyčky

Systém uzavřené smyčky přichází se dvěma hlavními nevýhodami: náklady (a složitost) a dobou odezvy. Zahrnutí kodéru zvyšuje celkové náklady systému spolu se zvýšenou sofistikovaností řadiče, což přispívá k celkovým nákladům. Navíc, protože korekce jsou prováděny pouze na konci pohybu, může to zavést zpoždění do systému a potenciálně zpomalit doby odezvy.

Servo systém

Alternativou k krokovým systémům s uzavřenou smyčkou je servo systém. Servo systémy obvykle používají motory s nízkým počtem pólů, což umožňuje vysokorychlostní výkon, ale postrádá vlastní poziční schopnost. K přeměně serva na polohové zařízení jsou potřeba mechanismy zpětné vazby, často pomocí kodéru nebo resolveru spolu s ovládacími smyčkami.

V systému servo je motor aktivován a deaktivován, dokud resolver nenaznačuje, že byla dosažena stanovená poloha. Například, pokud je servo instruováno, aby se pohybovalo 100 revolucí, začíná počtem resolveru na nule. Motor běží, dokud počet resolverů nedosáhne 100 revolucí, kdy se vypne. Pokud dojde k nějakému posunu polohy, motor se reaktivuje pro opravu polohy.

Reakce serva na polohové chyby je ovlivněna nastavením zisku. Nastavení vysokého zisku umožňuje motoru rychle reagovat na změny v omylu, zatímco nastavení nízkého zisku má za následek pomalejší reakci. Nastavení úpravy zisku však může do systému řízení pohybu zavést zpoždění času, což ovlivňuje celkový výkon.

Alphastep uzavřená smyčka krokových motorových systémů

Alphastep je inovativní Besfoc Řešení krokového motoru  s integrovaným resolverem, který nabízí zpětnou vazbu na polohu v reálném čase. Tento design zajišťuje, že přesná poloha rotoru je vždy známa, což zvyšuje přesnost a spolehlivost systému.

Alphastep uzavřená smyčka krokových motorových systémů

Řidič Alphastep má vstupní čítač, který sleduje všechny impulsy odeslané na jednotku. Současně je zpětná vazba od resolveru směrována na čítač polohy rotoru, což umožňuje nepřetržité monitorování polohy rotoru. Jakékoli nesrovnalosti jsou zaznamenány v pultu odchylky.

Motor obvykle pracuje v režimu otevřené smyčky a generuje točivé vektory pro motor, který má následovat. Pokud však čítač odchylky označuje nesoulad větší než ± 1,8 °, fázový sekvencer aktivuje vektor točivého momentu v horní části křivky posunutí točivého momentu. To generuje maximální točivý moment, aby se vyrovnal rotoru a přivedl jej zpět do synchronismu. Pokud je motor vypnutý o několik kroků, sekvencer energizuje více vektorů točivého momentu na horním konci křivky posunutí točivého momentu. Řidič zvládne podmínky přetížení po dobu až 5 sekund; Pokud v tomto časovém rámci nedokáže obnovit synchronismus, je spuštěna chyba a je vydán alarm.

Pozoruhodnou vlastností systému Alphastep je jeho schopnost provádět opravy v reálném čase pro všechny zmeškané kroky. Na rozdíl od tradičních systémů, které čekají do konce přesunu k opravě jakýchkoli chyb, podnikne ovladač Alphastep nápravné opatření, jakmile rotor klesne mimo rozsah 1,8 °. Jakmile je rotor zpět v tomto limitu, řidič se vrátí, aby otevřel režim smyčky a obnovil příslušné fázové energetiky.

Doprovodný graf ilustruje křivku posunutí točivého momentu a zdůrazňuje provozní režimy systému - otevřené smyčky a uzavřenou smyčku. Křivka posunutí točivého momentu představuje točivý moment generovaný jedinou fází a dosáhne maximálního točivého momentu, když se poloha rotoru odchyluje o 1,8 °. Krok může být vynechán pouze tehdy, pokud rotor překračuje o více než 3,6 °. Protože ovladač převezme kontrolu nad vektorem točivého momentu, kdykoli odchylka přesáhne 1,8 °, je nepravděpodobné, že by motor chyběl kroky, pokud nezažije přetížení trvající více než 5 sekund.

Přesnost kroku alphastepu

Mnoho lidí se mylně domnívá, že přesnost kroku alfastep motoru je ± 1,8 °. Ve skutečnosti má alfastep přesnost kroku 5 obloukových minut (0,083 °). Řidič spravuje vektory točivého momentu, když je rotor mimo rozsah 1,8 °. Jakmile rotor spadá do tohoto rozsahu, zuby rotoru se zarovná přesně s generovaným točivým momentem. Alfastep zajišťuje, že správný zub se vyrovná s vektorem aktivního točivého momentu.

Série Alphastep přichází v různých verzích. BESFOC nabízí jak modely kulaté, tak i ozubené modely s více poměry převodovky k posílení rozlišení a točivého momentu nebo k minimalizaci odražené setrvačnosti. Většina verzí může být vybavena magnetickou brzdou zabezpečenou selháním. Kromě toho poskytuje Besfoc verzi 24 VDC s názvem ASC Series.

Závěr

Závěrem lze říci, že krokové motory jsou pro umístění aplikací vysoce vhodné. Umožňují přesnou kontrolu jak vzdálenosti, tak rychlosti jednoduše změnou počtu a frekvence pulsů. Jejich vysoký počet pólů umožňuje přesnost, i když pracuje v režimu otevřené smyčky. Pokud je pro konkrétní aplikaci správně velikost, a Krok krok nebude chybět. Navíc, protože nevyžadují polohovou zpětnou vazbu, jsou krokové motory nákladově efektivním řešením.