Visninger: 0 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 18-04-2025 Oprindelse: websted
EN stepmotor er en type elektrisk motor, der bevæger sig i præcise, faste trin i stedet for kontinuerligt at rotere som en almindelig motor. Det bruges almindeligvis i applikationer, hvor der kræves præcis positionskontrol, såsom 3D-printere, CNC-maskiner, robotteknologi og kameraplatforme.
Stepmotorer er en type elektrisk motor, der omdanner elektrisk energi til rotationsbevægelse med bemærkelsesværdig præcision. I modsætning til almindelige elektriske motorer, som giver kontinuerlig rotation, drejer stepmotorer i diskrete trin, hvilket gør dem ideelle til applikationer, der kræver nøjagtig positionering.
Hver puls af elektricitet, der sendes til en stepmotor fra dens driver, resulterer i en præcis bevægelse - hver puls svarer til et specifikt trin. Den hastighed, hvormed motoren roterer, korrelerer direkte med frekvensen af disse impulser: Jo hurtigere impulserne sendes, jo hurtigere rotation.
En af de vigtigste fordele ved stepmotor s er deres nemme kontrol. De fleste drivere fungerer med 5-volts pulser, der er kompatible med almindelige integrerede kredsløb. Du kan enten designe et kredsløb til at generere disse pulser eller bruge en pulsgenerator fra virksomheder som BesFoc.
På trods af deres lejlighedsvise unøjagtigheder - standard stepmotorer har en nøjagtighed på omkring ± 3 bueminutter (0,05°) - akkumuleres disse fejl ikke med flere trin. For eksempel, hvis en standard stepmotor laver et trin, vil den rotere 1,8° ± 0,05°. Selv efter en million skridt er den samlede afvigelse stadig kun ± 0,05°, hvilket gør dem pålidelige til præcise bevægelser over lange afstande.
Derudover er stepmotorer kendt for deres hurtige reaktion og acceleration på grund af deres lave rotorinerti, hvilket giver dem mulighed for hurtigt at opnå høje hastigheder. Dette gør dem særligt velegnede til applikationer, der kræver korte, hurtige bevægelser.
EN stepmotor virker ved at opdele en fuld rotation i et antal lige store trin. Den bruger elektromagneter til at skabe bevægelse i små, kontrollerede intervaller.
En stepmotor har to hoveddele:
Stator – den stationære del med spoler (elektromagneter).
Rotor – den roterende del, ofte en magnet eller lavet af jern.
Når elektrisk strøm løber gennem statorspolerne, skaber det magnetiske felter.
Disse felter tiltrækker rotoren.
Ved at tænde og slukke for spolerne i en bestemt rækkefølge trækkes rotoren trin for trin i en cirkulær bevægelse.
Hver gang en spole aktiveres, bevæger rotoren sig med en lille vinkel (kaldet et trin).
For eksempel, hvis en motor har 200 trin pr. omdrejning, flytter hvert trin rotoren 1,8°.
Motoren kan rotere frem eller tilbage afhængigt af rækkefølgen af impulser sendt til spolerne.
EN stepmotordriveren sender elektriske impulser til motorspolerne.
Jo flere impulser, jo mere drejer motoren.
Mikrocontrollere (som Arduino eller Raspberry Pi) kan styre disse drivere for at bevæge motoren præcist.
Illustrationen nedenfor viser et standard stepmotorsystem, som består af flere væsentlige komponenter, der arbejder sammen. Ydeevnen af hvert element påvirker systemets overordnede funktionalitet.
Kernen i systemet er computeren eller den programmerbare logiske controller (PLC). Denne komponent fungerer som hjernen og styrer ikke kun stepmotoren, men også hele maskinen. Den kan udføre forskellige opgaver, såsom at hæve en elevator eller flytte et transportbånd. Afhængigt af den nødvendige kompleksitet kan denne controller spænde fra en sofistikeret pc eller PLC til en simpel operatørtrykknap.
Dernæst er indekseren eller PLC-kortet, som kommunikerer specifikke instruktioner til stepmotor . Den genererer det nødvendige antal pulser til bevægelse og justerer pulsfrekvensen for at kontrollere acceleration, hastighed og deceleration af motoren. Indekseren kan enten være en selvstændig enhed, som BesFoc, eller et pulsgeneratorkort, der tilsluttes en PLC. Uanset dens form er denne komponent afgørende for motorens funktion.
Motordriveren består af fire nøgledele:
Logik for fasestyring: Denne logiske enhed modtager impulser fra indekseren og bestemmer, hvilken fase af motoren der skal aktiveres. Aktivering af faserne skal følge en bestemt sekvens for at sikre korrekt motordrift.
Logisk strømforsyning: Dette er en lavspændingsforsyning, der forsyner de integrerede kredsløb (IC'er) i driveren, der typisk fungerer omkring 5 volt, baseret på chipsættet eller designet.
Motorstrømforsyning: Denne forsyning giver den nødvendige spænding til at drive motoren, normalt omkring 24 VDC, selvom den kan være højere afhængigt af applikationen.
Effektforstærker: Denne komponent består af transistorer, der gør det muligt at strømme gennem motorens faser. Disse transistorer tændes og slukkes i den rigtige rækkefølge for at lette motorens bevægelse.
Endelig arbejder alle disse komponenter sammen om at flytte lasten, som kan være en blyskrue, en skive eller et transportbånd, afhængigt af den specifikke anvendelse.
Der er tre primære typer stepmotorer:
Disse motorer har tænder på rotoren og statoren, men inkluderer ikke en permanent magnet. Som følge heraf mangler de spærremoment, hvilket betyder, at de ikke holder deres position, når de ikke er strømførende.
PM stepmotorer har en permanent magnet på rotoren, men har ikke tænder. Selvom de typisk udviser mindre præcision i trinvinkler, giver de spærremoment, hvilket giver dem mulighed for at bevare positionen, når strømmen er slukket.
BesFoc har udelukkende specialiseret sig i Hybrid stepmotor s. Disse motorer kombinerer de magnetiske egenskaber af permanente magneter med det tandede design af motorer med variabel reluktans. Rotoren er aksialt magnetiseret, hvilket betyder, at i en typisk konfiguration er den øverste halvdel en nordpol, og den nederste halvdel er en sydpol.
Rotoren består af to tandskåle, der hver har 50 tænder. Disse kopper er forskudt med 3,6°, hvilket giver mulighed for præcis placering. Set fra oven kan du se, at en tand på nordpolskålen flugter med en tand på sydpolskålen, hvilket skaber et effektivt gearsystem.
Hybride stepmotorer fungerer på en tofaset konstruktion, hvor hver fase indeholder fire poler med en afstand på 90° fra hinanden. Hver pol i en fase er viklet således, at poler 180° fra hinanden har samme polaritet, mens polariteter er modsatte for dem, der er 90° fra hinanden. Ved at vende strømmen i en hvilken som helst fase, kan polariteten af den tilsvarende statorpol også vendes, hvilket gør det muligt for motoren at omdanne enhver statorpol til en nord- eller sydpol.
Steppermotorens rotor har 50 tænder med en stigning på 7,2° mellem hver tand. Når motoren kører, kan justeringen af rotortænderne med statortænderne variere - specifikt kan den forskydes med tre fjerdedele af en tandstigning, en halv tandstigning eller en fjerdedel af en tandstigning. Når motoren træder, tager den naturligvis den korteste vej for at justere sig selv, hvilket oversættes til en bevægelse på 1,8° pr. trin (da 1/4 af 7,2° svarer til 1,8°).
Moment og nøjagtighed i stepmotorer er påvirket af antallet af poler (tænder). Generelt fører et højere polantal til forbedret drejningsmoment og nøjagtighed. BesFoc tilbyder stepmotorer med 'Høj opløsning', som har halvdelen af tandstigningen i forhold til deres standardmodeller. Disse højopløselige rotorer har 100 tænder, hvilket resulterer i en vinkel på 3,6° mellem hver tand. Med denne opsætning svarer en bevægelse på 1/4 af en tandstigning til et mindre trin på 0,9°.
Som et resultat giver 'Høj opløsning'-modellerne dobbelt opløsning af standardmotorer og opnår 400 trin pr. omdrejning sammenlignet med 200 trin pr. omdrejning i standardmodellerne. Mindre trinvinkler fører også til lavere vibrationer, da hvert trin er mindre udtalt og mere gradvist.
Diagrammet nedenfor illustrerer et tværsnit af en 5-faset stepmotor. Denne motor består primært af to hoveddele: statoren og rotoren. Selve rotoren består af tre komponenter: rotorkop 1, rotorkop 2 og en permanent magnet. Rotoren er magnetiseret i aksial retning; for eksempel, hvis rotorskålen 1 er udpeget som nordpolen, vil rotorskålen 2 være sydpolen.
Statoren har 10 magnetiske poler, hver udstyret med små tænder og tilsvarende viklinger. Disse viklinger er designet således, at hver enkelt er forbundet med viklingen af sin modsatte pol. Når strømmen løber gennem et par viklinger, magnetiserer polerne, de forbinder, i samme retning - enten nord eller syd.
Hvert modstående par af poler danner en fase af motoren. Da der er 10 magnetiske poler i alt, resulterer dette i fem forskellige faser inden for denne 5-fase stepmotor.
Det er vigtigt, at hver rotorkop har 50 tænder langs deres ydre omkreds. Tænderne på rotorskålen 1 og rotorskålen 2 er mekanisk forskudt fra hinanden med en halv tandstigning, hvilket muliggør præcis justering og bevægelse under drift.
At forstå, hvordan man læser en hastighed-drejningsmoment-kurve er afgørende, da det giver indsigt i, hvad en motor er i stand til at opnå. Disse kurver repræsenterer ydeevneegenskaberne for en specifik motor, når den er parret med en bestemt driver. Når motoren er operationel, påvirkes dens drejningsmomentudgang af drevtypen og den påførte spænding. Som følge heraf kan den samme motor udvise væsentligt forskellige hastighed-drejningsmoment-kurver afhængigt af den anvendte driver.
BesFoc giver disse hastighed-drejningsmoment-kurver som reference. Hvis du bruger en motor med en driver, der har lignende spændings- og strømværdier, kan du forvente sammenlignelig ydeevne. For en interaktiv oplevelse, se venligst hastighed-drejningsmoment-kurven nedenfor:
Holdemoment
Dette er mængden af drejningsmoment, der produceres af motoren, når den er i hvile, med den nominelle strøm, der løber gennem dens viklinger.
Start/Stop-område
Dette afsnit angiver drejningsmoment- og hastighedsværdierne, ved hvilke motoren kan starte, stoppe eller vende omgående.
Pull-In Torque
Disse er drejningsmoment- og hastighedsværdierne, der gør det muligt for motoren at starte, stoppe eller vende, mens den forbliver synkront med indgangsimpulserne.
Udtrækningsmoment
Dette refererer til drejningsmoment- og hastighedsværdierne, ved hvilke motoren kan fungere uden at gå i stå og opretholde synkronisering med indgangsfaserne. Det repræsenterer det maksimale drejningsmoment, som motoren kan levere under drift.
Maksimal starthastighed
Dette er den højeste hastighed, hvormed motoren kan begynde at køre, når der ikke påføres nogen belastning.
Maksimal kørehastighed
Dette angiver den hurtigste hastighed, motoren kan opnå, mens den kører uden belastning.
For at arbejde inden for området mellem ind- og udtræksmoment skal motoren starte i start/stop-området. Når motoren begynder at køre, øges pulsfrekvensen gradvist, indtil den ønskede hastighed er opnået. For at stoppe motoren sænkes hastigheden derefter, indtil den falder under indtræksmomentkurven.
Drejningsmomentet er direkte proportionalt med strømmen og antallet af ledningsomdrejninger i motoren. For at øge drejningsmomentet med 20 %, bør strømmen også øges med ca. 20 %. Omvendt, for at reducere drejningsmomentet med 50 %, bør strømmen reduceres med 50 %.
Men på grund af magnetisk mætning er der ingen fordel i at øge strømmen ud over det dobbelte af den nominelle strøm, da yderligere stigninger ud over dette punkt ikke vil øge drejningsmomentet. Drift med omkring ti gange mærkestrømmen udgør en risiko for at afmagnetisere rotoren.
Alle vores motorer er udstyret med Klasse B-isolering, som kan modstå temperaturer op til 130°C, før isoleringen begynder at blive nedbrudt. For at sikre lang levetid anbefaler vi at opretholde en temperaturforskel på 30°C fra indersiden til ydersiden, hvilket betyder, at den udvendige kabinettemperatur ikke bør overstige 100°C.
Induktans spiller en væsentlig rolle i højhastighedsmomentydelse. Det forklarer, hvorfor motorer ikke udviser uendeligt høje niveauer af drejningsmoment. Hver vikling af motoren har forskellige værdier af induktans og modstand. Induktansen målt i henrys, divideret med modstanden i ohm, resulterer i en tidskonstant (i sekunder). Denne tidskonstant angiver, hvor lang tid det tager for spolen at nå 63 % af dens nominelle strøm. For eksempel, hvis motoren er normeret til 1 ampere, vil spolen efter en tidskonstant nå cirka 0,63 ampere. Det tager typisk omkring fire til fem tidskonstanter for spolen at nå fuld strøm (1 amp). Da drejningsmomentet er proportionalt med strømmen, vil motoren, hvis strømmen kun når 63 %, producere omkring 63 % af sit maksimale drejningsmoment efter en tidskonstant.
Ved lave hastigheder er denne forsinkelse i strømopbygningen ikke et problem, da strømmen effektivt kan komme ind og ud af spolerne hurtigt, hvilket tillader motoren at levere sit nominelle drejningsmoment. Ved høje hastigheder kan strømmen dog ikke stige hurtigt nok, før den næste fase skifter, hvilket resulterer i reduceret drejningsmoment.
Driverspænding påvirker i høj grad højhastighedsydelsen af en stepmotor . Et højere forhold mellem drivspænding og motorspænding fører til forbedrede højhastighedsegenskaber. Dette skyldes, at forhøjede spændinger tillader strøm at strømme ind i viklingerne hurtigere end den tidligere diskuterede tærskel på 63 %.
Når en stepmotor skifter fra det ene trin til det næste, stopper rotoren ikke øjeblikkeligt ved målpositionen. I stedet bevæger den sig forbi den endelige position, trækkes derefter tilbage, overskrider i den modsatte retning og fortsætter med at svinge frem og tilbage, indtil den til sidst stopper. Dette fænomen, kaldet 'ringning', opstår med hvert trin, motoren tager (se det interaktive diagram nedenfor). Meget ligesom en elastiksnor, fører rotorens momentum den ud over dets stoppunkt, hvilket får den til at 'hoppe', før den sætter sig i ro. I mange tilfælde bliver motoren dog bedt om at gå videre til næste trin, før den er helt standset.
Nedenstående grafer illustrerer en stepmotors ringeadfærd under forskellige belastningsforhold. Når motoren er aflastet, udviser den en betydelig ringning, hvilket betyder øget vibration. Denne overdrevne vibration kan føre til, at motoren går i stå, når den enten er ubelastet eller let belastet, da den kan miste synkroniseringen. Derfor er det vigtigt altid at teste en stepmotor med passende belastning.
De to andre grafer viser motorens ydelse, når den er belastet. Korrekt belastning af motoren hjælper med at stabilisere dens drift og reducere vibrationer. Ideelt set bør belastningen kræve mellem 30 % til 70 % af motorens maksimale drejningsmomentydelse. Derudover bør inertiforholdet mellem belastningen og rotoren falde mellem 1:1 og 10:1. For kortere og hurtigere bevægelser er det at foretrække, at dette forhold er tættere på 1:1 til 3:1.
BesFocs applikationsspecialister og ingeniører står til rådighed for at hjælpe med korrekt motorstørrelse.
EN stepmotor vil opleve betydeligt øgede vibrationer, når input-impulsfrekvensen falder sammen med dens naturlige frekvens, et fænomen kendt som resonans. Dette sker ofte omkring 200 Hz. Ved resonans forstærkes rotorens over- og undersving kraftigt, hvilket øger sandsynligheden for manglende trin. Mens den specifikke resonansfrekvens kan variere med belastningsinerti, svæver den typisk omkring 200 Hz.
2-fasede stepmotorer kan kun gå glip af trin i grupper på fire. Hvis du bemærker trintab, der forekommer i multipla af fire, indikerer det, at vibrationer får motoren til at miste synkronisering, eller at belastningen kan være for stor. Omvendt, hvis mistede trin ikke er i multipla af fire, er der en stærk indikation af, at enten pulstallet er forkert, eller at elektrisk støj påvirker ydeevnen.
Adskillige strategier kan hjælpe med at afbøde resonanseffekter. Den enkleste fremgangsmåde er helt at undgå at arbejde ved resonanshastigheden. Da 200 Hz svarer til cirka 60 RPM for en 2-faset motor, er det ikke en ekstrem høj hastighed. Mest stepmotorer har en maksimal starthastighed på omkring 1000 impulser pr. sekund (pps). Derfor kan du i mange tilfælde starte motordriften med en hastighed, der er højere end resonansfrekvensen.
Hvis du skal starte motoren ved en hastighed, der er under resonansfrekvensen, er det vigtigt at accelerere hurtigt gennem resonansområdet for at minimere virkningerne af vibrationer.
En anden effektiv løsning er at bruge en mindre trinvinkel. Større trinvinkler har en tendens til at resultere i større over- og underskydning. Hvis motoren har en kort afstand at køre, vil den ikke generere nok kraft (drejningsmoment) til at overskride væsentligt. Ved at reducere trinvinklen oplever motoren mindre vibrationer. Dette er en af grundene til, at halv-stepping- og mikrostepping-teknikker er så effektive til at reducere vibrationer.
Sørg for at vælge motoren baseret på belastningskravene. Korrekt motorstørrelse kan føre til bedre generel ydeevne.
Spjæld er en anden mulighed at overveje. Disse enheder kan monteres på motorens bagaksel for at absorbere noget af vibrationsenergien, hvilket hjælper med at udjævne driften af en vibrerende motor på en omkostningseffektiv måde.
Et relativt nyt fremskridt indenfor stepmotorteknologi er den 5-fasede stepmotor. Den mest bemærkelsesværdige forskel mellem 2-fasede og 5-fasede motorer (se det interaktive diagram nedenfor) er antallet af statorpoler: 2-fasede motorer har 8 poler (4 pr. fase), mens 5-fasede motorer har 10 poler (2 pr. fase). Rotordesignet ligner det for en 2-faset motor.
I en 2-faset motor bevæger hver fase rotoren med 1/4 tandstigning, mens rotoren i en 5-faset motor bevæger sig 1/10 af en tandstigning på grund af dens design. Med en tandstigning på 7,2° bliver trinvinklen for den 5-fasede motor 0,72°. Denne konstruktion gør det muligt for den 5-fasede motor at opnå 500 trin pr. omdrejning sammenlignet med 2-fasede motorens 200 trin pr. omdrejning, hvilket giver en opløsning, der er 2,5 gange større end den 2-fasede motors.
En højere opløsning fører til en mindre trinvinkel, hvilket reducerer vibrationer markant. Da trinvinklen på den 5-fasede motor er 2,5 gange mindre end den 2-fasede motors, oplever den meget lavere ringning og vibrationer. I begge motortyper skal rotoren overskride eller underskride med mere end 3,6° for at misse trin. Med den 5-fasede motors trinvinkel på kun 0,72° bliver det næsten umuligt for motoren at overskride eller underskride med en sådan margin, hvilket resulterer i en meget lav sandsynlighed for at miste synkronisering.
Der er fire primære drevmetoder til stepmotor s:
Wave Drive (fuldt trin)
2 faser til (fuldt trin)
1-2 faser til (halvt trin)
Microstep
I diagrammet nedenfor er bølgedrivmetoden forenklet for at illustrere dens principper. Hver 90° drejning afbildet i illustrationen repræsenterer 1,8° rotorrotation i en rigtig motor.
I bølgedrivmetoden, også kendt som 1-fase ON-metoden, er kun én fase strømforsynet ad gangen. Når A-fasen aktiveres, skaber den en sydpol, der tiltrækker rotorens nordpol. Derefter slukkes A-fasen, og B-fasen tændes, hvilket får rotoren til at rotere 90° (1,8°), og denne proces fortsætter med hver fase, der aktiveres individuelt.
Bølgedrevet fungerer med en fire-trins elektrisk sekvens for at rotere motoren.
I drivmetoden '2 Phases On' er begge faser af motoren kontinuerligt spændingsførende.
Som illustreret nedenfor svarer hver 90° drejning til en 1,8° rotorrotation. Når både A- og B-faser aktiveres som sydpoler, tiltrækkes rotorens nordpol lige meget til begge poler, hvilket får den til at justere direkte i midten. Efterhånden som sekvensen skrider frem, og faserne aktiveres, vil rotoren rotere for at opretholde justeringen mellem de to strømførende poler.
'2 Phases On'-metoden fungerer ved hjælp af en fire-trins elektrisk sekvens til at rotere motoren.
BesFocs standard 2-fasede og 2-fasede M-type motorer anvender denne '2 Phases On' drivmetode.
Den største fordel ved '2 Phases On'-metoden i forhold til '1 Phase On'-metoden er drejningsmoment. I '1 Phase On'-metoden aktiveres kun én fase ad gangen, hvilket resulterer i, at en enkelt drejningsmomentenhed virker på rotoren. I modsætning hertil aktiverer '2 Phases On'-metoden begge faser samtidigt, hvilket giver to enheder drejningsmoment. Den ene momentvektor virker ved klokken 12-positionen og den anden ved klokken 3-positionen. Når disse to drejningsmomentvektorer kombineres, skaber de en resulterende vektor i en 45° vinkel med en størrelse, der er 41,4 % større end en enkelt vektors. Det betyder, at brugen af '2 Phases On'-metoden giver os mulighed for at opnå samme trinvinkel som '1 Phase On'-metoden, mens vi leverer 41 % mere drejningsmoment.
Femfasede motorer fungerer dog noget anderledes. I stedet for at anvende '2 Phases On'-metoden, bruger de '4 Phases On'-metoden. I denne tilgang aktiveres fire af faserne samtidigt, hver gang motoren tager et skridt.
Som et resultat følger den femfasede motor en 10-trins elektrisk sekvens under drift.
'1-2 Phases On'-metoden, også kendt som halv-stepping, kombinerer principperne fra de to foregående metoder. I denne tilgang aktiverer vi først A-fasen, hvilket får rotoren til at justere. Mens vi holder A-fasen aktiveret, aktiverer vi derefter B-fasen. På dette tidspunkt er rotoren lige meget tiltrukket af begge poler og justeres i midten, hvilket resulterer i en rotation på 45° (eller 0,9°). Dernæst slukker vi for A-fasen, mens vi fortsætter med at aktivere B-fasen, så motoren kan tage endnu et skridt. Denne proces fortsætter, skiftende mellem at aktivere en fase og to faser. Ved at gøre det halverer vi effektivt trinvinklen, hvilket hjælper med at reducere vibrationer.
For en 5-faset motor anvender vi en lignende strategi ved at skifte mellem 4 faser tændt og 5 faser tændt.
Halvtrinstilstanden består af en elektrisk sekvens med otte trin. I tilfælde af en 5-faset motor, der bruger '4-5 Phases On' metoden, gennemgår motoren en 20-trins elektrisk sekvens.
(Mere information kan tilføjes om mikrostepping, hvis det er nødvendigt.)
Microstepping er en teknik, der bruges til at gøre mindre trin endnu finere. Jo mindre trin, jo højere opløsning og jo bedre motors vibrationsegenskaber. Ved mikrostepping er en fase hverken helt tændt eller helt slukket; i stedet er den delvist energiforsynet. Sinusbølger påføres både fase A og fase B med en faseforskel på 90° (eller 0,9° i en femfaset) stepmotor ).
Når den maksimale effekt tilføres fase A, er fase B på nul, hvilket får rotoren til at flugte med fase A. Når strømmen til fase A falder, øges strømmen til fase B, hvilket tillader rotoren at tage små skridt mod fase B. Denne proces fortsætter, mens strømmen cykler mellem de to faser, hvilket resulterer i en jævn mikrotrinbevægelse.
Mikrostepping giver dog nogle udfordringer, primært med hensyn til nøjagtighed og drejningsmoment. Da faserne kun er delvist aktiveret, oplever motoren typisk en drejningsmomentreduktion på omkring 30 %. Fordi drejningsmomentforskellen mellem trinene er minimal, kan motoren desuden kæmpe for at overvinde en belastning, hvilket kan resultere i situationer, hvor motoren bliver beordret til at bevæge sig flere trin, før den faktisk begynder at bevæge sig. I mange tilfælde er det nødvendigt at inkorporere indkodere for at skabe et lukket sløjfesystem, selvom dette øger de samlede omkostninger.
Open Loop Systems
Closed Loop Systems
Servo Systems
stepmotorer er typisk designet som åbne sløjfesystemer. I denne konfiguration sender en impulsgenerator impulser til fasesekventeringskredsløbet. Fasesekvenseren bestemmer, hvilke faser der skal slås til eller fra, som tidligere beskrevet i metoderne for hele trin og halve trin. Sekvenseren styrer højeffekt-FET'erne for at aktivere motoren.
Men i et åbent sløjfesystem er der ingen verifikation af position, hvilket betyder, at der ikke er nogen måde at bekræfte, om motoren har udført den beordrede bevægelse.
En af de mest almindelige metoder til at implementere et lukket sløjfesystem er ved at tilføje en encoder til bagakslen af en dobbeltakslet motor. Encoderen består af en tynd skive markeret med streger, der roterer mellem en sender og en modtager. Hver gang en linje passerer mellem disse to komponenter, genererer den en puls på signallinjerne.
Disse udgangsimpulser føres derefter tilbage til controlleren, som holder en optælling af dem. Typisk sammenligner controlleren ved slutningen af en bevægelse antallet af impulser, den sendte til driveren, med antallet af impulser modtaget fra indkoderen. En specifik rutine udføres, hvorved, hvis de to tællinger er forskellige, justerer systemet for at korrigere uoverensstemmelsen. Hvis tællingerne stemmer overens, indikerer det, at der ikke er opstået nogen fejl, og bevægelsen kan fortsætte jævnt.
Det lukkede kredsløb har to hovedulemper: omkostninger (og kompleksitet) og responstid. Inkluderingen af en encoder øger de samlede omkostninger ved systemet sammen med den øgede sofistikering af controlleren, som bidrager til de samlede omkostninger. Fordi rettelser kun foretages i slutningen af en bevægelse, kan dette desuden introducere forsinkelser i systemet, hvilket potentielt bremser responstider.
Et alternativ til steppersystemer med lukket sløjfe er et servosystem. Servosystemer bruger typisk motorer med et lavt polantal, hvilket muliggør højhastighedsydelse, men mangler iboende positioneringsevne. For at konvertere en servo til en positionsanordning kræves feedbackmekanismer, ofte ved hjælp af en encoder eller resolver sammen med kontrolsløjfer.
I et servosystem aktiveres og deaktiveres motoren, indtil resolveren angiver, at en specificeret position er nået. For eksempel, hvis servoen bliver instrueret i at bevæge sig 100 omdrejninger, begynder den med opløsertællingen på nul. Motoren kører, indtil resolvertallet når 100 omdrejninger, hvorefter den slukker. Hvis der er nogen positionsforskydning, genaktiveres motoren for at korrigere positionen.
Servoens reaktion på positionsfejl påvirkes af en forstærkningsindstilling. En høj forstærkningsindstilling gør det muligt for motoren at reagere hurtigt på fejlændringer, mens en lav forstærkningsindstilling resulterer i en langsommere reaktion. Men justering af forstærkningsindstillinger kan introducere tidsforsinkelser i bevægelseskontrolsystemet, hvilket påvirker den samlede ydeevne.
AlphaStep er BesFocs innovative stepmotorløsning med integreret resolver, der giver positionsfeedback i realtid. Dette design sikrer, at rotorens nøjagtige position er kendt til enhver tid, hvilket øger systemets præcision og pålidelighed.
AlphaStep-driveren har en inputtæller, der sporer alle impulser, der sendes til drevet. Samtidig ledes feedback fra resolveren til en rotorpositionstæller, hvilket giver mulighed for kontinuerlig overvågning af rotorens position. Eventuelle uoverensstemmelser registreres i en afvigelsestæller.
Typisk kører motoren i åben sløjfe-tilstand, hvilket genererer drejningsmomentvektorer, som motoren kan følge. Men hvis afvigelsestælleren angiver en uoverensstemmelse større end ±1,8°, aktiverer fasesekvenseren drejningsmomentvektoren i den øvre del af drejningsmomentforskydningskurven. Dette genererer maksimalt drejningsmoment for at justere rotoren og bringe den tilbage i synkronisme. Hvis motoren er slukket i flere trin, aktiverer sequenceren flere drejningsmomentvektorer i den høje ende af drejningsmomentforskydningskurven. Føreren kan håndtere overbelastningsforhold i op til 5 sekunder; hvis det ikke lykkes at genoprette synkronisme inden for denne tidsramme, udløses en fejl, og der udsendes en alarm.
Et bemærkelsesværdigt træk ved AlphaStep-systemet er dets evne til at foretage realtidskorrektioner for eventuelle mistede trin. I modsætning til traditionelle systemer, der venter til slutningen af et træk for at rette eventuelle fejl, tager AlphaStep-driveren korrigerende handlinger, så snart rotoren falder uden for 1,8°-området. Når rotoren er tilbage inden for denne grænse, vender driveren tilbage til åben sløjfetilstand og genoptager den passende faseaktivering.
Den medfølgende graf illustrerer drejningsmomentforskydningskurven og fremhæver systemets driftstilstande - åben sløjfe og lukket sløjfe. Drejningsmomentforskydningskurven repræsenterer det drejningsmoment, der genereres af en enkelt fase, hvilket opnår maksimalt drejningsmoment, når rotorpositionen afviger med 1,8°. Et trin kan kun overses, hvis rotoren overskrider med mere end 3,6°. Fordi føreren overtager styringen af momentvektoren, når afvigelsen overstiger 1,8°, er det usandsynligt, at motoren går glip af trin, medmindre den oplever en overbelastning, der varer mere end 5 sekunder.
Mange mennesker tror fejlagtigt, at AlphaStep-motorens trinnøjagtighed er ±1,8°. I virkeligheden har AlphaStep en trinnøjagtighed på 5 bueminutter (0,083°). Driveren styrer momentvektorerne, når rotoren er uden for 1,8°-området. Når rotoren falder inden for dette område, flugter rotortænderne præcist med den drejningsmomentvektor, der genereres. AlphaStep sikrer, at den korrekte tand flugter med den aktive momentvektor.
AlphaStep-serien kommer i forskellige versioner. BesFoc tilbyder både rund aksel og gearede modeller med flere gearforhold for enten at forbedre opløsning og drejningsmoment eller for at minimere reflekteret inerti. De fleste versioner kan udstyres med en fejlsikker magnetbremse. Derudover leverer BesFoc en 24 VDC-version kaldet ASC-serien.
Afslutningsvis er stepmotorer særdeles velegnede til positioneringsapplikationer. De giver mulighed for præcis kontrol af både afstand og hastighed ved blot at variere pulstal og frekvens. Deres høje polantal muliggør nøjagtighed, selv når de arbejder i åben sløjfe-tilstand. Når den er korrekt dimensioneret til en specifik anvendelse, en stepmotor vil ikke gå glip af trin. Desuden, fordi de ikke kræver positionsfeedback, er stepmotorer en omkostningseffektiv løsning.
