Hybrid -Stepper -Motorhersteller in China - BESFOC

Einführung des Schrittsmotors

Was ist ein Schrittmotor？？？

A Schrittmotor ist eine Art Elektromotor, der sich in präzisen, festen Schritten bewegt, anstatt sich wie ein normaler Motor kontinuierlich zu drehen. Es wird üblicherweise in Anwendungen verwendet, bei denen eine präzise Positionskontrolle erforderlich ist, z. B. 3D -Drucker, CNC -Maschinen, Robotik und Kamera -Plattformen.

Schrittmotoren sind eine Art Elektromotor, der elektrische Energie mit bemerkenswerter Präzision in Rotationsbewegung umwandelt. Im Gegensatz zu regulären Elektromotoren, die eine kontinuierliche Rotation ermöglichen, machen Schrittmotoren diskrete Schritte ein und machen sie ideal für Anwendungen, die eine genaue Positionierung erfordern.

Jeder Strompuls, der von seinem Treiber an einen Steppermotor gesendet wird, führt zu einer genauen Bewegung - jeder Impuls entspricht einem bestimmten Schritt. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Motor direkt dreht, korreliert direkt mit der Frequenz dieser Impulse: Je schneller die Impulse gesendet werden, desto schneller die Drehung.

Einer der wichtigsten Vorteile von Stepper Motor S ist ihre einfache Kontrolle. Die meisten Fahrer arbeiten mit 5-Volt-Impulsen, die mit gemeinsamen integrierten Schaltungen kompatibel sind. Sie können entweder eine Schaltung entwickeln, um diese Impulse zu erzeugen, oder einen Impulsgenerator von Unternehmen wie BESFOC verwenden.

Trotz ihrer gelegentlichen Ungenauigkeiten - Standard -Schrittmotoren haben eine Genauigkeit von etwa ± 3 Bogen Minuten (0,05 °) -, sammeln sich diese Fehler nicht mit mehreren Schritten an. Wenn beispielsweise ein Standard -Steppermotor einen Schritt macht, dreht er sich um 1,8 ° ± 0,05 °. Auch nach einer Million Schritten beträgt die Gesamtabweichung immer noch nur ± 0,05 °, was sie für präzise Bewegungen über große Entfernungen zuverlässig macht.

Darüber hinaus sind Schrittmotoren für ihre schnelle Reaktion und Beschleunigung aufgrund ihrer Trägheit mit niedrigem Rotor bekannt, sodass sie hohe Geschwindigkeiten schnell erreichen können. Dies macht sie besonders für Anwendungen geeignet, die kurze, schnelle Bewegungen erfordern.

Wie funktioniert ein Schrittmotor?

A Stepper -Motor bewirkt, dass eine vollständige Drehung in eine Reihe gleicher Schritte unterteilt wird. Es verwendet Elektromagneten, um Bewegungen in kleinen, kontrollierten Schritten zu erzeugen.

1. im Schrittmotor

Ein Schrittmotor hat zwei Hauptteile:

• Stator - Der stationäre Teil mit Spulen (Elektromagneten).

• Rotor - Der rotierende Teil, oft ein Magnet oder aus Eisen.

2. Bewegung durch Magnetfelder

• Wenn der elektrische Strom durch die Statorspulen fließt, entsteht Magnetfelder.

• Diese Felder ziehen den Rotor an.

• Durch das Ein- und Ausschalten der Spulen in einer bestimmten Reihenfolge wird der Rotor Schritt für Schritt in einer kreisförmigen Bewegung gezogen.

3. Schritt-für-Schritt-Rotation

• Jedes Mal, wenn eine Spule mit Energie versorgt wird, bewegt sich der Rotor mit einem kleinen Winkel (als Schritt bezeichnet).

• Wenn beispielsweise ein Motor 200 Schritte pro Revolution hat, bewegt jeder Schritt den Rotor 1,8 °.

• Der Motor kann je nach Reihenfolge der an die Spulen gesendeten Impulse nach vorne oder rückwärts drehen.

4. von einem Fahrer gesteuert

• A Schrittmotorfahrer sendet elektrische Impulse an die Motorspulen.

• Je mehr Impulse, desto mehr dreht sich der Motor.

• Mikrocontroller (wie Arduino oder Raspberry Pi) können diese Treiber kontrollieren, um den Motor genau zu bewegen.

Schrittmotorsystem

Die folgende Abbildung zeigt ein Standard -Stepper -Motorsystem, das aus mehreren wesentlichen Komponenten besteht, die zusammenarbeiten. Die Leistung jedes Elements beeinflusst die Gesamtfunktionalität des Systems.

1. Computer oder SPS:

Im Zentrum des Systems befindet sich der Computer- oder programmierbare Logik -Controller (SPS). Diese Komponente fungiert als Gehirn und kontrolliert nicht nur den Schrittmotor, sondern auch die gesamte Maschine. Es kann verschiedene Aufgaben ausführen, z. B. das Anheben eines Aufzugs oder das Bewegen eines Förderbandes. Abhängig von der erforderlichen Komplexität kann dieser Controller von einem ausgeklügelten PC oder SPS bis zu einem einfachen Bediener -Druckknopf reichen.

2. Indexer oder SPS -Karte:

Als nächstes kommt die Indexer- oder SPS -Karte, die spezifische Anweisungen an die vermittelt Schrittmotor . Es erzeugt die erforderliche Anzahl von Impulsen für die Bewegung und passt die Impulsfrequenz an, um die Beschleunigung, Geschwindigkeit und Verzögerung des Motors zu steuern. Der Indexer kann entweder eine eigenständige Einheit wie die BESFOC oder eine Impulsgeneratorkarte sein, die in eine SPS angeschlossen ist. Unabhängig von ihrer Form ist diese Komponente für den Betrieb des Motors von entscheidender Bedeutung.

3. Motorfahrer:

Der Motorfahrer besteht aus vier wichtigen Teilen:

• Logik für die Phasenregelung: Diese Logikeinheit empfängt Impulse aus dem Indexer und bestimmt, welche Phase des Motors aktiviert werden soll. Das Energieversuche der Phasen muss einer bestimmten Sequenz folgen, um einen ordnungsgemäßen Motorbetrieb zu gewährleisten.

• Logic Netzteil: Dies ist eine niedrige Spannungsversorgung, die die integrierten Schaltkreise (ICs) im Treiber versorgt und in der Regel rund 5 Volt, basierend auf dem Chip-Set oder -Design, betrieben.

• Motorleistung: Diese Versorgung bietet die erforderliche Spannung, um den Motor in der Regel um 24 VDC auszuführen, obwohl er je nach Anwendung höher sein kann.

• Leistungsverstärker: Diese Komponente besteht aus Transistoren, die es den Strom ermöglichen, durch die Motorphasen zu fließen. Diese Transistoren werden in der richtigen Reihenfolge ein- und ausgeschaltet, um die Bewegung des Motors zu erleichtern.

4. Last:

Schließlich arbeiten alle diese Komponenten zusammen, um die Last zu bewegen, die je nach spezifischer Anwendung eine Leitschraube, eine Festplatte oder ein Förderband sein kann.

Arten von Schrittmotoren

Es gibt drei primäre Arten von Schrittmotoren:

VRIGIALIENTE REBENTANCE (VR) -Suftermotoren

Diese Motoren verfügen über Zähne am Rotor und Stator, enthalten jedoch keinen dauerhaften Magneten. Infolgedessen fehlt ihnen das Drehmoment für das Ansprüchen, was bedeutet, dass sie ihre Position nicht behalten, wenn sie nicht mit Energie versorgt werden.

Steppermotoren permanenter Magnet (PM)

PM -Schrittmotoren haben einen dauerhaften Magneten am Rotor, aber keine Zähne. Während sie in der Regel weniger Präzision in Schrittwinkeln aufweisen, liefern sie das Drehmoment für das Ansprüchen, sodass sie die Position beibehalten können, wenn die Leistung ausgeschaltet wird.

Hybrid -Schrittmotoren

BESFOC hat sich ausschließlich in Hybrid spezialisiert Schrittmotor s. Diese Motoren verschmelzen die magnetischen Eigenschaften von permanenten Magneten mit dem gezahnten Design von variablen Zurückhaltungsmotoren. Der Rotor ist axial magnetisiert, was bedeutet, dass in einer typischen Konfiguration die obere Hälfte ein Nordpol und die untere Hälfte ein Südpol ist.

Der Rotor besteht aus zwei gezahnten Tassen mit jeweils 50 Zähnen. Diese Tassen werden um 3,6 ° ausgeglichen, was eine präzise Positionierung ermöglicht. Wenn Sie von oben betrachtet werden, können Sie sehen, dass ein Zahn am Nordpolbecher mit einem Zahn auf dem Südpolbecher übereinstimmt und ein effektives Getriebesystem erzeugt.

Hybrid-Schrittmotoren arbeiten mit einer zweiphasigen Konstruktion, wobei jede Phase vier Pole enthält, die 90 ° voneinander entfernt sind. Jeder Pol in einer Phase ist verwundet, so dass Pole von 180 ° die gleiche Polarität aufweist, während Polaritäten für diejenigen 90 ° voneinander entgegengesetzt sind. Durch die Umkehrung des Stroms in jeder Phase kann auch die Polarität des entsprechenden Statorpols umgekehrt werden, sodass der Motor einen Statorstangen in einen Nord- oder Südpol umwandeln kann.

Der Rotor des Schrittmotors verfügt über 50 Zähne mit einer Steigung von 7,2 ° zwischen jedem Zahn. Wenn der Motor arbeitet, kann die Ausrichtung der Rotorzähne mit den Statorzähne variieren-insbesondere kann sie durch Dreiviertel einer Zahnhöhe, einer halben Zahnstech oder eines Viertels einer Zahnsteigerung ausgeglichen werden. Wenn die motorischen Schritte treten, führt sie natürlich den kürzesten Weg, um sich neu auszurichten, was zu einer Bewegung von 1,8 ° pro Schritt führt (da 1/4 von 7,2 ° 1,8 ° entspricht).

Drehmoment und Genauigkeit in Steppermotors werden von der Anzahl der Pole (Zähne) beeinflusst. Im Allgemeinen führt eine höhere Polezahl zu einem verbesserten Drehmoment und Genauigkeit. BESFOC bietet 'hohe Auflösung' Stepper -Motoren, die die Hälfte der Zahnhöhe ihrer Standardmodelle haben. Diese hochauflösenden Rotoren haben 100 Zähne, was zu einem Winkel von 3,6 ° zwischen jedem Zahn führt. Mit diesem Setup entspricht eine Bewegung von 1/4 einer Zahnstechne einem kleineren Schritt von 0,9 °.

Infolgedessen liefern die Modelle mit hoher Auflösung die doppelte Auflösung von Standardmotoren und erzielen 400 Schritte pro Revolution im Vergleich zu 200 Schritten pro Revolution in den Standardmodellen. Kleinere Schrittwinkel führen auch zu niedrigeren Schwingungen, da jeder Schritt weniger ausgeprägt und allmählicher ist.

Struktur

Das folgende Diagramm zeigt einen Querschnitt eines 5-Phasen-Schrittmotors. Dieser Motor besteht hauptsächlich aus zwei Hauptteilen: dem Stator und dem Rotor. Der Rotor selbst besteht aus drei Komponenten: Rotorbecher 1, Rotorbecher 2 und einem dauerhaften Magneten. Der Rotor wird in axialer Richtung magnetisiert; Wenn beispielsweise Rotor Cup 1 als Nordpol ausgewiesen ist, ist Rotor Cup 2 der Südpol.

Der Stator verfügt über 10 Magnetstangen, die jeweils mit kleinen Zähnen und entsprechenden Wicklungen ausgestattet sind. Diese Wicklungen sind so gestaltet, dass jeder mit der Wicklung seines entgegengesetzten Pols verbunden ist. Wenn der Strom durch ein Paar Wicklungen fließt, werden die Stangen, die sie in die gleiche Richtung verbinden - entweder nach Norden oder Süden.

Jedes gegenliegende Polpaar bildet eine Phase des Motors. Da es insgesamt 10 Magnetpolen gibt, führt dies zu fünf unterschiedlichen Phasen in dieser 5-Phasen Schrittmotor.

Wichtig ist, dass jeder Rotorbecher 50 Zähne entlang ihres äußeren Umfangs hat. Die Zähne auf Rotorbecher 1 und Rotorbecher 2 sind mechanisch durch eine halbe Zahnstech voneinander ausgesetzt, was eine genaue Ausrichtung und Bewegung während des Betriebs ermöglichen.

Speed-Torque

Es ist von entscheidender Bedeutung, zu verstehen, wie eine Geschwindigkeits-Torque-Kurve liest, da sie Einblicke in das gibt, was ein Motor erreichen kann. Diese Kurven repräsentieren die Leistungseigenschaften eines bestimmten Motors, wenn sie mit einem bestimmten Treiber gepaart werden. Sobald der Motor in Betrieb ist, wird sein Drehmomentleistung durch den Antriebsart und die angelegte Spannung beeinflusst. Infolgedessen kann der gleiche Motor je nach verwendeten Treiber erheblich unterschiedliche Geschwindigkeits-Torque-Kurven aufweisen.

BESFOC liefert diese Geschwindigkeits-Torque-Kurven als Referenz. Wenn Sie einen Motor mit einem Treiber verwenden, der ähnliche Spannung und Strombewertungen aufweist, können Sie eine vergleichbare Leistung erwarten. Eine interaktive Erfahrung finden Sie in der unten angegebenen Geschwindigkeits-Dr-Torque-Kurve:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Um innerhalb des Bereichs zwischen Pull-In- und Auszugsdrehmoment zu arbeiten, muss der Motor zunächst im Start-/Stoppbereich beginnen. Wenn der Motor zu laufen beginnt, wird die Pulsfrequenz allmählich erhöht, bis die gewünschte Geschwindigkeit erreicht ist. Um den Motor zu stoppen, wird die Geschwindigkeit verringert, bis er unter die Drehmomentkurve fällt.

Das Drehmoment ist direkt proportional zum Strom und die Anzahl der Drahtumwinde im Motor. Um das Drehmoment um 20%zu erhöhen, sollte der Strom auch um ungefähr 20%erhöht werden. Umgekehrt sollte der Strom um 50%reduziert werden, um das Drehmoment um 50%zu verringern.

Aufgrund der magnetischen Sättigung gibt es jedoch keinen Vorteil, den Strom über den doppelten Nennstrom hinaus zu erhöhen, da über diesen Punkt hinaus weitere Erhöhungen das Drehmoment nicht verbessern. Der Betrieb mit einem Zehnfachen des Nennstroms ist das Risiko, den Rotor zu entmagnetisieren.

Alle unsere Motoren sind mit einer Isolierung der Klasse B ausgestattet, wodurch die Temperaturen bis zu 130 ° C standhalten können, bevor sich die Isolierung verschlechtert. Um eine Langlebigkeit zu gewährleisten, empfehlen wir, eine Temperaturdifferenz von 30 ° C von innen nach außen aufrechtzuerhalten, was bedeutet, dass die Außenfalltemperatur 100 ° C nicht überschreiten sollte.

Die Induktivität spielt eine bedeutende Rolle bei der Leistung von Hochgeschwindigkeiten. Es erklärt, warum Motoren keinen endlos hohen Drehmomentniveaus aufweisen. Jede Wicklung des Motors hat unterschiedliche Werte für Induktivität und Widerstand. Die in Henrys gemessene Induktivität, geteilt durch den Widerstand in Ohm, führt zu einer Zeitkonstante (in Sekunden). Diese Zeitkonstante gibt an, wie lange es dauert, bis die Spule 63% ihres Nennstroms erreicht. Wenn beispielsweise der Motor für 1 Ampere nach einer Zeitkonstante bewertet wird, erreicht die Spule ungefähr 0,63 Ampere. In der Regel dauert es ungefähr vier bis fünf Malkonstanten, damit die Spule den vollen Strom (1 Ampere) erreicht. Da das Drehmoment proportional zum Strom ist und der Strom nur 63% erreicht, produziert der Motor nach einer Zeitkonstante etwa 63% seines maximalen Drehmoments.

Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist diese Verzögerung des aktuellen Aufbaus kein Problem, da der Strom die Spulen schnell eingeben und verlassen kann, sodass der Motor sein Nennmoment liefern kann. Bei hohen Geschwindigkeiten kann der Strom jedoch nicht schnell genug erhöhen, bevor die nächsten Phasenschalter ein verringertes Drehmoment führen.

Treiberspannung Auswirkung

Die Fahrerspannung beeinflusst die Hochgeschwindigkeitsleistung von a erheblich Schrittmotor . Ein höheres Verhältnis der Antriebsspannung zu Motorspannung führt zu verbesserten Hochgeschwindigkeitsfunktionen. Dies liegt daran, dass erhöhte Spannungen den Strom schneller in die Wicklungen fließen können als die zuvor diskutierte 63% -Halme.

Vibration

Wenn ein Schrittmotor von einem Schritt zum nächsten übergeht, hält der Rotor nicht sofort an der Zielposition an. Stattdessen bewegt es sich über die endgültige Position vorbei, wird dann zurückgezogen, überschwingen in die entgegengesetzte Richtung und schwankt weiter hin und her, bis es schließlich zum Stillstand kommt. Dieses Phänomen, das als 'Klingeln' bezeichnet wird, tritt bei jedem Schritt, den der Motor unternimmt (siehe das interaktive Diagramm unten). Ähnlich wie ein Bungee -Kabel überträgt der Dynamik des Rotors es über seinen Stopppunkt hinaus und führt dazu, dass sie sich in Ruhe abspritzen. In vielen Fällen wird der Motor jedoch angewiesen, zum nächsten Schritt zu wechseln, bevor er vollständig gestoppt wurde.

Die folgenden Diagramme veranschaulichen das Klingelverhalten eines Schrittmotors unter verschiedenen Ladebedingungen. Wenn der Motor entladen wird, weist er ein erhebliches Klingeln auf, was zu einer erhöhten Vibration führt. Diese übermäßige Schwingung kann zum Stalling des Motors führen, wenn sie entweder entladen oder leicht beladen ist, da sie die Synchronisation verlieren kann. Daher ist es wichtig, a immer a zu testen Schrittmotor mit entsprechender Last.

Die beiden anderen Grafiken zeigen die Leistung des Motors beim Laden. Das ordnungsgemäße Laden des Motors hilft, seinen Betrieb zu stabilisieren und die Vibration zu verringern. Im Idealfall sollte die Last zwischen 30% und 70% der maximalen Drehmomentleistung des Motors erfordern. Zusätzlich sollte das Trägheitsverhältnis der Last zum Rotor zwischen 1: 1 und 10: 1 fallen. Bei kürzeren und schnelleren Bewegungen ist es vorzuziehen, dass dieses Verhältnis näher an 1: 1 bis 3: 1 liegt.

Unterstützung von BESFOC

Die Anwendungsspezialisten und Ingenieure von BESFOC stehen zur Verfügung, um bei der richtigen Motorgröße zu helfen.

Resonanz und Vibration

A Schrittmotor wird signifikant erhöhte Schwingungen auftreten, wenn die Eingangsimpulsfrequenz mit ihrer Eigenfrequenz übereinstimmt, ein Phänomen, das als Resonanz bezeichnet wird. Dies tritt oft um 200 Hz auf. Bei Resonanz werden das Überschwingen und das Unterschwingen des Rotors stark verstärkt, was die Wahrscheinlichkeit fehlender Schritte erhöht. Während die spezifische Resonanzfrequenz mit der Trägheit der Last variieren kann, schwebt sie normalerweise um 200 Hz.

Schrittverlust in 2-Phasen-Motoren

2-Phasen-Steppermotoren können nur in Gruppen von vier Gruppen Schritte verpassen. Wenn Sie einen Schrittverlust in Vielfachen von vier Vierzügen feststellen, zeigt dies an, dass Schwingungen dazu führen, dass der Motor die Synchronisation verliert oder dass die Last möglicherweise übermäßig ist. Umgekehrt gibt es einen starken Hinweis darauf, dass entweder die Impulszahl falsch ist oder dass das elektrische Rauschen die Leistung beeinflusst.

Mildernde Resonanz

Mehrere Strategien können dazu beitragen, Resonanzeffekte zu verringern. Der einfachste Ansatz besteht darin, nicht mit der Resonanzgeschwindigkeit zu arbeiten. Da 200 Hz für einen 2-Phasen-Motor ungefähr 60 U / min entspricht, ist es keine extrem hohe Geschwindigkeit. Am meisten Steppermotors haben eine maximale Startgeschwindigkeit von rund 1000 Impulsen pro Sekunde (PPS). Daher können Sie in vielen Fällen den Motorbetrieb mit einer höheren Geschwindigkeit initiieren als die Resonanzfrequenz.

Wenn Sie den Motor mit einer Geschwindigkeit starten müssen, die unter der Resonanzfrequenz liegt, ist es wichtig, schnell durch den Resonanzbereich zu beschleunigen, um die Auswirkungen der Schwingung zu minimieren.

Schrittwinkel reduzieren

Eine weitere effektive Lösung besteht darin, einen kleineren Schrittwinkel zu verwenden. Größere Stufenwinkel führen dazu, dass ein größeres Überschwingen und Unterschwingen zugänglich sind. Wenn der Motor eine kurze Strecke zum Reisen hat, erzeugt er nicht genügend Kraft (Drehmoment), um wesentlich zu überschwingen. Durch die Reduzierung des Schrittwinkels erfährt der Motor weniger Vibrationen. Dies ist ein Grund, warum halbmodische und mikrostespele Techniken bei der Reduzierung von Vibrationen so effektiv sind.

Wählen Sie unbedingt den Motor basierend auf den Lastanforderungen aus. Eine ordnungsgemäße Motorgrößen kann zu einer besseren Gesamtleistung führen.

Dämpfer verwenden

Dämpfer sind eine weitere Option zu berücksichtigen. Diese Geräte können auf die hintere Welle des Motors angebracht werden, um einen Teil der Schwingungsenergie zu absorbieren, wodurch der Betrieb eines vibrierenden Motors auf kostengünstige Weise ausgutisiert wird.

5-Phasen-Schrittmotoren

Ein relativ neuer Fortschritt in Die Schrittmotor-  Technologie ist der 5-Phasen-Schrittmotor. Der auffälligste Unterschied zwischen 2-Phasen- und 5-Phasen-Motoren (siehe das interaktive Diagramm unten) ist die Anzahl der Statorpolen: 2-Phasenmotoren haben 8 Pole (4 pro Phase), während 5-Phasen-Motoren 10 Pole (2 pro Phase) aufweisen. Das Rotordesign ähnelt dem eines 2-Phasen-Motors.

In einem 2-Phasen-Motor bewegt jede Phase den Rotor um 1/4 Zahnstech, während in einem 5-Phasen-Motor der Rotor aufgrund seines Designs 1/10 einer Zahnheizung bewegt. Mit einer Zahnstechung von 7,2 ° beträgt der Schrittwinkel für den 5-Phasen-Motor 0,72 °. Diese Konstruktion ermöglicht es dem 5-Phasen-Motor, 500 Schritte pro Revolution zu erreichen, verglichen mit den 200 Schritten des 2-Phasen-Motors pro Revolution, was eine 2,5-fache höhere Auflösung liefert als der des 2-Phasen-Motors.

Eine höhere Auflösung führt zu einem kleineren Schrittwinkel, der die Vibration erheblich reduziert. Da der Schrittwinkel des 5-Phasen-Motors 2,5-mal kleiner ist als der des 2-Phasen-Motors, ermittelt er viel geringere Klingeln und Schwingungen. Bei beiden Motortypen muss der Rotor um mehr als 3,6 ° überschwingen oder unterstreichen, um Schritte zu verpassen. Mit dem Schrittwinkel des 5-Phasen-Motors von nur 0,72 ° wird es für den Motor nahezu unmöglich, einen solchen Rand zu überschwingen oder zu unterstreichen, was zu einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit des Verlustes der Synchronisation führt.

Antriebsmethoden

Es gibt vier primäre Antriebsmethoden für Schrittmotor S:

1. Wellenantrieb (Voller Schritt)

2. 2 Phasen auf (Voller Schritt)

3. 1-2 Phasen auf (halben Schritt)

4. Mikrostep

Wellenantrieb

Im folgenden Diagramm wird die Wellenantriebsmethode vereinfacht, um ihre Prinzipien zu veranschaulichen. Jede in der Abbildung dargestellte 90 ° -Wendung entspricht 1,8 ° Rotorrotation in einem realen Motor.

In der Wellenantriebsmethode, auch als 1-Phase-auf-Methode bekannt, wird jeweils nur eine Phase mit Energie versorgt. Wenn die A -Phase aktiviert ist, erzeugt sie einen Südpol, der den Nordpol des Rotors anzieht. Dann wird die A -Phase ausgeschaltet und die B -Phase eingeschaltet, wodurch sich der Rotor um 90 ° (1,8 °) dreht, und dieser Vorgang setzt sich fort, wobei jede Phase einzeln energetisiert wird.

Der Wellenantrieb arbeitet mit einer vierstufigen elektrischen Sequenz, um den Motor zu drehen.

 

2 Phasen auf

In der '2 -Phasen auf der ' -Antriebsmethode werden beide Phasen des Motors kontinuierlich energetisiert.

Wie nachstehend dargestellt, entspricht jeder Umdrehung von 90 ° einer Rotorrotation von 1,8 °. Wenn sowohl A- als auch B -Phasen als Südpol mit Energie versorgt werden, wird der Nordpol des Rotors gleichermaßen zu beiden Polen angezogen, wodurch er sich direkt in der Mitte ausrichtet. Wenn sich die Sequenz fortschreitet und die Phasen aktiviert werden, dreht sich der Rotor, um die Ausrichtung zwischen den beiden Energieverkleidungen aufrechtzuerhalten.

Die '2-Phasen auf der ' -Methode arbeiten mit einer vierstufigen elektrischen Sequenz, um den Motor zu drehen.

Die 2-Phasen- und 2-Phasen-M-Typs-Motoren von BESFOC verwenden diese '2-Phasen auf der ' -Methode.

Der Hauptvorteil der '2 Phasen auf der ' -Methode gegenüber der Methode '1' ist das Drehmoment. In der '1 -Phase auf der ' -Methode wird jeweils nur eine Phase aktiviert, was zu einer einzigen Drehmomenteinheit auf den Rotor führt. Im Gegensatz dazu energetisiert die '2 Phasen auf der ' -Methode beide Phasen gleichzeitig und erzeugen zwei Drehmomenteinheiten. Ein Drehmomentvektor wirkt an der 12 -Uhr -Position und der andere an der 3 Uhr Position. Wenn diese beiden Drehmomentvektoren kombiniert werden, erzeugen sie einen resultierenden Vektor in einem Winkel von 45 ° mit einer Größe, die 41,4% höher ist als die eines einzelnen Vektors. Dies bedeutet, dass die Verwendung der '2 -Phasen auf der ' -Methode es uns ermöglicht, den gleichen Schrittwinkel wie die '1 -Phase der ' -Methode zu erreichen, während wir 41% mehr Drehmoment liefern.

Fünf-Phasen-Motoren arbeiten jedoch etwas anders. Anstatt die '2 Phasen auf der ' -Methode anzuwenden, verwenden sie die '4 -Phasen der ' -Methode. Bei diesem Ansatz werden vier der Phasen gleichzeitig aktiviert, wenn der Motor einen Schritt unternimmt.

Infolgedessen folgt der Fünf-Phasen-Motor während des Betriebs einer 10-stufigen elektrischen Sequenz.

1-2 Phasen auf (halben Schritt)

Die '1-2 Phasen auf der ' -Methode, auch als Hälfte des Schrittes bezeichnet, kombiniert die Prinzipien der beiden vorherigen Methoden. Bei diesem Ansatz haben wir zunächst die A -Phase angeregt, wodurch der Rotor ausgerichtet ist. Während wir die A -Phase mit Energie versorgen, aktivieren wir die B -Phase. Zu diesem Zeitpunkt wird der Rotor gleichermaßen von Polen und Ausrichtungen in der Mitte angezogen, was zu einer Drehung von 45 ° (oder 0,9 °) führt. Als nächstes schalten wir die A -Phase aus, während wir die B -Phase fortsetzen, sodass der Motor einen weiteren Schritt unternehmen kann. Dieser Prozess wird fortgesetzt und wechseln sich zwischen einer Phase und zwei Phasen. Auf diese Weise schneiden wir den Schrittwinkel effektiv in zwei Hälften aus, was dazu beiträgt, die Vibrationen zu verringern.

Für einen 5-Phasen-Motor wenden wir eine ähnliche Strategie an, indem wir zwischen 4 Phasen auf und 5 Phasen wechseln.

Der Halbschritt-Modus besteht aus einer achtstufigen elektrischen Sequenz. Bei einem Fünf-Phasen-Motor unter Verwendung der '4-5-Phasen auf der ' -Methode durchläuft der Motor eine elektrische 20-Stufen-Sequenz.

Mikrostep

(Weitere Informationen können bei Bedarf zum Mikrostieren hinzugefügt werden.)

Mikrostreppen

Mikrosteppen ist eine Technik, mit der kleinere Schritte noch feiner werden. Je kleiner die Schritte, desto höher die Auflösung und desto besser die Schwingungseigenschaften des Motors. Beim Mikrosteppen ist eine Phase weder vollständig eingeschaltet noch vollständig ausgerichtet. Stattdessen ist es teilweise energetisiert. Sinuswellen werden sowohl auf Phase A als auch auf Phase B mit einer Phasenunterschiede von 90 ° (oder 0,9 ° in einer Fünfphase Schrittmotor ).

Wenn der maximale Strom in Phase A angewendet wird, liegt Phase B bei Null, wodurch der Rotor mit Phase A übereinstimmt. Wenn der Strom nach Phase A abnimmt, nimmt der Strom zu Phase B zu und ermöglicht es dem Rotor, winzige Schritte in Richtung Phase B zu unternehmen

Microstesping stellt jedoch einige Herausforderungen dar, hauptsächlich in Bezug auf Genauigkeit und Drehmoment. Da die Phasen nur teilweise energetisiert sind, hat der Motor typischerweise eine Drehmomentreduzierung von etwa 30%. Da das Drehmomentdifferenz zwischen den Schritten minimal ist, kann der Motor möglicherweise Schwierigkeiten haben, eine Last zu überwinden, was in Situationen führen kann, in denen der Motor befohlen wird, mehrere Schritte zu bewegen, bevor er sich tatsächlich zu bewegen beginnt. In vielen Fällen ist die Einbeziehung von Encodern erforderlich, um ein System mit geschlossenem Kreislauf zu erstellen. Dies ergänzt jedoch die Gesamtkosten.

Schrittmotorsysteme

Offene Schleifensysteme
geschlossene Schleifensysteme
Servosysteme

Offene Schleife

Stepper -Motors sind in der Regel als offene Schleifensysteme ausgelegt. In dieser Konfiguration sendet ein Impulsgenerator Impulse an den Phasensequenzierungskreis. Der Phasensequenzer bestimmt, welche Phasen ein- oder ausgeschaltet werden sollen, wie zuvor im vollständigen Schritt und halb Schritt beschrieben. Der Sequenzer steuert die Hochleistungs-FETs, um den Motor zu aktivieren.

In einem offenen Schleifensystem gibt es jedoch keine Überprüfung der Position, was bedeutet, dass es keine Möglichkeit gibt, zu bestätigen, ob der Motor die befohlene Bewegung ausgeführt hat.

Geschlossene Schleife

Eine der häufigsten Methoden zur Implementierung eines Closed-Loop-Systems ist das Hinzufügen eines Encoders in die hintere Welle eines doppelten Motors. Der Encoder besteht aus einer dünnen Scheibe, die mit Linien gekennzeichnet ist, die zwischen einem Sender und einem Empfänger drehen. Jedes Mal, wenn eine Linie zwischen diesen beiden Komponenten passt, erzeugt sie einen Impuls auf den Signalleitungen.

Diese Ausgangsimpulse werden dann an den Controller zurückgeführt, wodurch sie zählen. Typischerweise vergleicht der Controller am Ende einer Bewegung die Anzahl der im Treiber gesendeten Impulse mit der Anzahl der vom Encoder empfangenen Impulse. Eine bestimmte Routine wird ausgeführt, wobei sich das System, wenn sich die beiden Zählungen unterscheiden, die Diskrepanz korrigiert. Wenn die Zählungen übereinstimmen, zeigt dies an, dass kein Fehler aufgetreten ist und die Bewegung reibungslos fortgesetzt werden kann.

Nachteile von geschlossenen Schleifensystemen

Das System mit geschlossenem Kreislauf verfügt über zwei Hauptnachteile: Kosten (und Komplexität) und Reaktionszeit. Die Einbeziehung eines Encoders erhöht die Gesamtkosten des Systems zusammen mit der erhöhten Raffinesse des Controllers, was zu den Gesamtkosten beiträgt. Da Korrekturen nur am Ende einer Bewegung vorgenommen werden, kann dies Verzögerungen in das System einführen und möglicherweise die Reaktionszeiten verlangsamen.

Servosystem

Eine Alternative zu Stepper-Systemen mit geschlossenem Loop ist ein Servosystem. Servosysteme verwenden in der Regel Motoren mit einer niedrigen Polzahl, wodurch Hochgeschwindigkeitsleistung ermöglicht wird, aber es fehlt inhärente Positionierungsfähigkeit. Um ein Servo in ein Positionsgerät umzuwandeln, werden Feedback -Mechanismen erforderlich, häufig mit einem Encoder oder Resolver zusammen mit Kontrollschleifen.

In einem Servosystem wird der Motor aktiviert und deaktiviert, bis der Resolver angibt, dass eine bestimmte Position erreicht wurde. Wenn das Servo beispielsweise angewiesen wird, 100 Revolutionen zu bewegen, beginnt es mit der Anzahl der Resolver bei Null. Der Motor läuft, bis die Resolver -Anzahl 100 Revolutionen erreicht, und an diesem Punkt schaltet sie sich aus. Wenn es eine Positionsverschiebung gibt, wird der Motor reaktiviert, um die Position zu korrigieren.

Die Reaktion des Servos auf Positionsfehler wird durch eine Gewinneinstellung beeinflusst. Eine Einstellung mit hoher Verstärkung ermöglicht es dem Motor, schnell auf Fehleränderungen zu reagieren, während eine Einstellung mit niedriger Verstärkung zu einer langsameren Reaktion führt. Das Anpassen der Verstärkungseinstellungen kann jedoch Zeitverzögerungen in das Bewegungssteuerungssystem einführen, was sich auf die Gesamtleistung auswirkt.

Alphastep Closed Loop Stepper Motor Systems

Alphastep ist BESFOCs innovativ Stepper Motorlösung  mit einem integrierten Resolver, der Feedback in Echtzeit bietet. Dieses Design stellt sicher, dass die genaue Position des Rotors jederzeit bekannt ist und die Präzision und Zuverlässigkeit des Systems verbessert.

Alphastep Closed Loop Stepper Motor Systems

Der Alphastep -Treiber verfügt über einen Eingangszähler, der alle an das Laufwerk gesendeten Impulse verfolgt. Gleichzeitig wird das Feedback vom Resolver an einen Rotorpositionszähler gerichtet, der eine kontinuierliche Überwachung der Position des Rotors ermöglicht. Alle Unstimmigkeiten werden in einem Abweichungsschalter aufgezeichnet.

Normalerweise arbeitet der Motor im offenen Schleifenmodus und erzeugt Drehmomentvektoren, damit der Motor folgt. Wenn der Abweichungszähler jedoch eine Diskrepanz von mehr als ± 1,8 ° angibt, aktiviert der Phasensequenzer den Drehmomentvektor am oberen Abschnitt der Drehmomentverschiebungskurve. Dies erzeugt ein maximales Drehmoment, um den Rotor neu auszurichten und wieder in die Synchronismus zu bringen. Wenn der Motor um mehrere Schritte ausgeschaltet ist, hat der Sequenzer mehrere Drehmomentvektoren am oberen Ende der Drehmomentverschiebungskurve annimmt. Der Treiber kann Überlastbedingungen für bis zu 5 Sekunden lang verarbeiten. Wenn der Synchronismus innerhalb dieses Zeitraums nicht wiederhergestellt wird, wird ein Fehler ausgelöst und ein Alarm ausgegeben.

Ein bemerkenswertes Merkmal des Alphastep-Systems ist die Fähigkeit, Echtzeitkorrekturen für alle verpassten Schritte vorzunehmen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, die bis zum Ende eines Wechsels warten, um Fehler zu korrigieren, führt der Alphastep -Treiber Korrekturmaßnahmen aus, sobald der Rotor außerhalb des 1,8 ° -Rebagers fällt. Sobald der Rotor wieder innerhalb dieser Grenze ist, kehrt der Treiber wieder auf den Schleifenmodus zurück und nimmt die entsprechenden Phasenenergetation wieder auf.

Das dazugehörige Diagramm zeigt die Drehmomentverschiebungskurve und zeigt die Betriebsmodi des Systems an - Openschleife und geschlossene Schleife. Die Drehmomentverschiebungskurve repräsentiert das von einer Phase erzeugte Drehmoment, wodurch ein maximales Drehmoment erreicht wird, wenn die Rotorposition um 1,8 ° abweicht. Ein Schritt kann nur übersehen werden, wenn der Rotor um mehr als 3,6 ° überschreitet. Da der Fahrer die Kontrolle über den Drehmomentvektor übernimmt, wenn die Abweichung 1,8 ° überschreitet, ist es unwahrscheinlich, dass der Motor Schritte verpasst, es sei denn, eine Überlastung von mehr als 5 Sekunden.

Stufengenauigkeit von Alphastep

Viele Menschen glauben fälschlicherweise, dass die Schrittgenauigkeit des Alphastep -Motors ± 1,8 ° beträgt. In Wirklichkeit hat der Alphastep eine Stufengenauigkeit von 5 Boil -Minuten (0,083 °). Der Fahrer verwaltet die Drehmomentvektoren, wenn sich der Rotor außerhalb des 1,8 ° -Rebagers befindet. Sobald der Rotor in diesen Bereich fällt, richten sich die Rotorzähne genau mit dem erzeugten Drehmomentvektor an. Der Alphastep stellt sicher, dass der richtige Zahn mit dem aktiven Drehmomentvektor ausgerichtet ist.

Die Alphastep -Serie gibt es in verschiedenen Versionen. BESFOC bietet sowohl runde Schaft- Die meisten Versionen können mit einer magnetischen Fehlbremse ausgestattet werden. Zusätzlich bietet BESFOC eine 24 VDC -Version namens The ASC -Serie.

Abschluss

Zusammenfassend sind Steppermotoren für die Positionierung von Anwendungen sehr geeignet. Sie ermöglichen eine präzise Kontrolle sowohl der Entfernung als auch der Geschwindigkeit, indem sie einfach die Impulszahl und die Frequenz variieren. Die Anzahl der hohen Pole ermöglicht die Genauigkeit, auch wenn sie im Open -Loop -Modus arbeiten. Bei ordnungsgemäßer Größe für eine bestimmte Anwendung a Schrittmotor wird keine Schritte verpassen. Da sie keine potenziellen Feedback benötigen, sind Steppermotoren eine kostengünstige Lösung.