تولید کننده موتور پله ای هیبریدی در چین - BesFoc

معرفی استپر موتور

استپر موتور چیست؟

الف استپر موتور نوعی موتور الکتریکی است که به جای چرخش مداوم مانند یک موتور معمولی، در مراحل دقیق و ثابت حرکت می کند. معمولاً در برنامه هایی استفاده می شود که کنترل موقعیت دقیق مورد نیاز است، مانند چاپگرهای سه بعدی، ماشین های CNC، روباتیک و پلت فرم های دوربین.

موتورهای پله ای نوعی موتور الکتریکی هستند که انرژی الکتریکی را با دقت قابل توجهی به حرکت دورانی تبدیل می کنند. برخلاف موتورهای الکتریکی معمولی که چرخش مداوم را ارائه می‌کنند، موتورهای پله‌ای در مراحل مجزا می‌چرخند و برای کاربردهایی که نیاز به موقعیت‌یابی دقیق دارند ایده‌آل می‌شوند.

هر پالس الکتریسیته ارسال شده به یک استپر موتور از درایور آن منجر به یک حرکت دقیق می شود - هر پالس مربوط به یک مرحله خاص است. سرعت چرخش موتور به طور مستقیم با فرکانس این پالس ها مرتبط است: هر چه پالس ها سریعتر ارسال شوند، چرخش سریعتر است.

یکی از مزایای کلیدی استپر موتورها کنترل آسان آنهاست. اکثر درایورها با پالس های 5 ولتی کار می کنند که با مدارهای مجتمع معمولی سازگار است. می توانید مداری برای تولید این پالس ها طراحی کنید یا از یک مولد پالس از شرکت هایی مانند BesFoc استفاده کنید.

علیرغم عدم دقت گاه به گاه آنها - موتورهای پله ای استاندارد دقتی در حدود 3 ± دقیقه قوس (0.05 درجه) دارند - این خطاها در چند مرحله جمع نمی شوند. به عنوان مثال، اگر یک استپر موتور استاندارد یک پله انجام دهد، 0.05 ± 1.8 درجه می چرخد. حتی پس از یک میلیون قدم، انحراف کلی هنوز فقط 0.05 ± درجه است، که آنها را برای حرکات دقیق در فواصل طولانی قابل اعتماد می کند.

علاوه بر این، موتورهای پله ای به دلیل واکنش و شتاب سریع خود به دلیل اینرسی کم روتور خود شناخته می شوند و به آنها امکان می دهد به سرعت به سرعت های بالا برسند. این باعث می شود آنها به ویژه برای برنامه هایی که نیاز به حرکات کوتاه و سریع دارند مناسب باشند.

موتور پله ای چگونه کار می کند؟

الف استپر موتور با تقسیم یک چرخش کامل به تعدادی مرحله مساوی کار می کند. از آهنرباهای الکترومغناطیسی برای ایجاد حرکت در مراحل کوچک و کنترل شده استفاده می کند.

1. داخل استپر موتور

استپر موتور دارای دو بخش اصلی است:

• استاتور - قسمت ثابت با سیم پیچ (الکترومغناطیس).

• روتور - بخش دوار، اغلب آهنربا یا ساخته شده از آهن.

2. حرکت توسط میدان های مغناطیسی

• هنگامی که جریان الکتریکی از سیم پیچ های استاتور عبور می کند، میدان های مغناطیسی ایجاد می کند.

• این میدان ها روتور را جذب می کنند.

• با روشن و خاموش کردن سیم پیچ ها در یک توالی مشخص، روتور به صورت گام به گام در یک حرکت دایره ای کشیده می شود.

3. چرخش گام به گام

• هر بار که یک سیم پیچ انرژی می گیرد، روتور با یک زاویه کوچک حرکت می کند (به نام پله).

• به عنوان مثال، اگر یک موتور 200 پله در هر دور داشته باشد، هر مرحله روتور را 1.8 درجه حرکت می دهد.

• موتور بسته به ترتیب پالس های ارسال شده به سیم پیچ ها می تواند به جلو یا عقب بچرخد.

4. توسط یک راننده کنترل می شود

• الف درایور استپر موتور پالس های الکتریکی را به سیم پیچ های موتور می فرستد.

• هر چه پالس بیشتر باشد، موتور بیشتر می چرخد.

• میکروکنترلرها (مانند آردوینو یا رزبری پای) می توانند این درایورها را برای حرکت دقیق موتور کنترل کنند.

سیستم استپر موتور

تصویر زیر یک سیستم موتور پله ای استاندارد را نشان می دهد که از چندین جزء ضروری تشکیل شده است که با هم کار می کنند. عملکرد هر عنصر بر عملکرد کلی سیستم تأثیر می گذارد.

1. کامپیوتر یا PLC:

در قلب سیستم، کامپیوتر یا کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) قرار دارد. این جزء به عنوان مغز عمل می کند و نه تنها استپر موتور بلکه کل دستگاه را نیز کنترل می کند. می تواند وظایف مختلفی مانند بالا بردن آسانسور یا جابجایی تسمه نقاله را انجام دهد. بسته به پیچیدگی مورد نیاز، این کنترلر می تواند از یک رایانه شخصی یا PLC پیچیده تا یک دکمه فشاری ساده اپراتور متغیر باشد.

2. Indexer یا PLC Card:

بعد کارت ایندکس کننده یا PLC است که دستورالعمل های خاصی را به کارت منتقل می کند استپر موتور . تعداد پالس های لازم برای حرکت را تولید می کند و فرکانس پالس را برای کنترل شتاب، سرعت و کاهش سرعت موتور تنظیم می کند. ایندکس کننده می تواند یک واحد مستقل مانند BesFoc یا یک کارت مولد پالس باشد که به یک PLC متصل می شود. صرف نظر از شکل آن، این جزء برای عملکرد موتور بسیار مهم است.

3. راننده موتور:

درایور موتور از چهار بخش کلیدی تشکیل شده است:

• Logic for Phase Control: این واحد منطقی پالس هایی را از ایندکسر دریافت می کند و تعیین می کند که کدام فاز موتور باید فعال شود. برای اطمینان از عملکرد صحیح موتور، نیرو دادن به فازها باید از یک توالی خاص پیروی کند.

• منبع تغذیه منطقی: این منبع تغذیه با ولتاژ پایین است که مدارهای مجتمع (IC) در درایور را تغذیه می کند، که معمولاً بر اساس مجموعه تراشه یا طراحی، حدود 5 ولت کار می کند.

• منبع تغذیه موتور: این منبع ولتاژ لازم برای تغذیه موتور را فراهم می کند، معمولاً حدود 24 VDC، اگرچه بسته به کاربرد می تواند بیشتر باشد.

• تقویت کننده قدرت: این قطعه از ترانزیستورهایی تشکیل شده است که جریان را از فازهای موتور عبور می دهد. این ترانزیستورها به ترتیب روشن و خاموش می شوند تا حرکت موتور را تسهیل کنند.

4. بارگذاری:

در نهایت، همه این اجزا با هم کار می کنند تا بار را جابجا کنند، که بسته به کاربرد خاص می تواند یک پیچ سرب، یک دیسک یا یک تسمه نقاله باشد.

انواع استپر موتور

سه نوع اصلی از موتورهای پله ای وجود دارد:

موتورهای پله ای رلوکتانس متغیر (VR).

این موتورها دارای دندانه هایی روی روتور و استاتور هستند اما آهنربای دائمی ندارند. در نتیجه، آنها فاقد گشتاور بازدارنده هستند، به این معنی که وقتی انرژی ندارند، موقعیت خود را حفظ نمی کنند.

موتورهای پله ای مگنت دائمی (PM).

موتورهای پله ای PM دارای آهنربای دائمی روی روتور هستند اما دندانه ندارند. در حالی که آنها معمولاً دقت کمتری را در زوایای پله نشان می‌دهند، گشتاور مهاری را ارائه می‌کنند و به آن‌ها اجازه می‌دهد در هنگام قطع برق موقعیت خود را حفظ کنند.

موتورهای پله ای هیبریدی

BesFoc منحصراً در Hybrid تخصص دارد استپر موتور s. این موتورها خواص مغناطیسی آهنرباهای دائمی را با طراحی دندانه دار موتورهای رلوکتانس متغیر ادغام می کنند. روتور به صورت محوری مغناطیسی است، به این معنی که در یک پیکربندی معمولی، نیمه بالایی یک قطب شمال و نیمه پایینی یک قطب جنوب است.

روتور از دو فنجان دندانه دار تشکیل شده است که هر کدام دارای 50 دندانه است. این فنجان ها با 3.6 درجه جابجایی هستند که امکان قرارگیری دقیق را فراهم می کند. وقتی از بالا به آن نگاه کنید، می‌توانید ببینید که یک دندان روی فنجان قطب شمال با دندانی روی فنجان قطب جنوب همسو می‌شود و یک سیستم چرخ دنده مؤثر ایجاد می‌کند.

موتورهای پله ای هیبریدی بر اساس ساختار دو فازی کار می کنند که هر فاز شامل چهار قطب با فاصله 90 درجه از یکدیگر است. هر قطب در یک فاز به گونه‌ای پیچیده می‌شود که قطب‌های 180 درجه از هم دارای قطبیت یکسان هستند، در حالی که قطب‌ها برای آنهایی که 90 درجه از هم فاصله دارند مخالف هستند. با معکوس کردن جریان در هر فاز، قطبیت قطب استاتور مربوطه را نیز می توان معکوس کرد و موتور را قادر می سازد هر قطب استاتور را به قطب شمال یا جنوب تبدیل کند.

روتور استپر موتور دارای 50 دندانه است که بین هر دندان 7.2 درجه فاصله دارد. همانطور که موتور کار می کند، تراز دندان های روتور با دندانه های استاتور می تواند متفاوت باشد – به طور خاص، می توان آن را با سه چهارم گام دندان، نیم گام دندان یا یک چهارم گام دندان جبران کرد. وقتی موتور قدم می زند، به طور طبیعی کوتاه ترین مسیر را طی می کند تا خود را دوباره تنظیم کند، که به حرکت 1.8 درجه در هر پله ترجمه می شود (زیرا 1/4 از 7.2 درجه برابر با 1.8 درجه است).

گشتاور و دقت در موتورهای پله ای تحت تأثیر تعداد قطب ها (دندان ها) قرار می گیرند. به طور کلی، تعداد قطب های بالاتر منجر به بهبود گشتاور و دقت می شود. BesFoc موتورهای پله ای با وضوح بالا را ارائه می دهد که نیمی از گام دندانه های مدل های استاندارد خود را دارند. این روتورهای با وضوح بالا دارای 100 دندان هستند که در نتیجه بین هر دندان زاویه 3.6 درجه ایجاد می شود. با این تنظیم، حرکت 1/4 از گام دندان مربوط به یک گام کوچکتر 0.9 درجه است.

در نتیجه، مدل‌های 'رزولیشن بالا' وضوح دو برابر موتورهای استاندارد را ارائه می‌کنند و 400 پله در هر دور را در مقایسه با 200 پله در هر دور در مدل‌های استاندارد به دست می‌آورند. زوایای گام های کوچکتر نیز منجر به ارتعاشات کمتری می شود، زیرا هر گام کمتر مشخص و تدریجی تر است.

ساختار

نمودار زیر سطح مقطع یک موتور پله ای 5 فاز را نشان می دهد. این موتور اصولاً از دو بخش اصلی تشکیل شده است: استاتور و روتور. روتور خود از سه جزء تشکیل شده است: روتور کاپ 1، روتور کاپ 2 و آهنربای دائمی. روتور در جهت محوری مغناطیسی می شود. به عنوان مثال، اگر روتور کاپ 1 به عنوان قطب شمال تعیین شود، روتور کاپ 2 قطب جنوب خواهد بود.

این استاتور دارای 10 قطب مغناطیسی است که هر یک به دندانه های کوچک و سیم پیچ های مربوطه مجهز هستند. این سیم پیچ ها به گونه ای طراحی شده اند که هر کدام به سیم پیچ قطب مخالف خود متصل می شوند. هنگامی که جریان از یک جفت سیم پیچ عبور می کند، قطب هایی که آنها به هم متصل می کنند در یک جهت - شمال یا جنوب - مغناطیسی می شوند.

هر جفت قطب مخالف یک فاز از موتور را تشکیل می دهد. با توجه به اینکه در مجموع 10 قطب مغناطیسی وجود دارد، این منجر به پنج فاز مجزا در این 5 فاز می شود. موتور پله ای.

نکته مهم این است که هر فنجان روتور دارای 50 دندانه در امتداد محیط بیرونی خود است. دندانه های روتور کاپ 1 و روتور کاپ 2 به طور مکانیکی با نیمی از گام دندانه از یکدیگر جدا شده اند که امکان تراز و حرکت دقیق را در حین کار فراهم می کند.

سرعت-گشتاور

درک نحوه خواندن منحنی سرعت-گشتاور بسیار مهم است، زیرا بینش هایی را در مورد آنچه که یک موتور قادر به دستیابی است ارائه می دهد. این منحنی ها نشان دهنده ویژگی های عملکرد یک موتور خاص در هنگام جفت شدن با یک درایور خاص است. هنگامی که موتور کار می کند، گشتاور خروجی آن تحت تأثیر نوع درایو و ولتاژ اعمال شده قرار می گیرد. در نتیجه، یک موتور می تواند بسته به درایور مورد استفاده، منحنی های سرعت-گشتاور متفاوتی را نشان دهد.

BesFoc این منحنی های سرعت-گشتاور را به عنوان مرجع ارائه می دهد. اگر از موتوری با درایور استفاده می‌کنید که دارای رتبه‌بندی ولتاژ و جریان مشابه است، می‌توانید انتظار عملکرد مشابهی داشته باشید. برای یک تجربه تعاملی، لطفاً به منحنی سرعت-گشتاور ارائه شده در زیر مراجعه کنید:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

برای کارکرد در ناحیه بین گشتاور کششی و خروجی، موتور ابتدا باید در ناحیه استارت/ایست راه اندازی شود. همانطور که موتور شروع به کار می کند، ضربان پالس به تدریج افزایش می یابد تا سرعت مورد نظر به دست آید. برای متوقف کردن موتور، سپس سرعت کاهش می‌یابد تا زمانی که به زیر منحنی گشتاور کششی می‌رسد.

گشتاور به طور مستقیم با جریان و تعداد چرخش سیم در موتور متناسب است. برای افزایش 20 درصدی گشتاور، جریان نیز باید تقریباً 20 درصد افزایش یابد. برعکس، برای کاهش 50% گشتاور، جریان باید 50% کاهش یابد.

با این حال، به دلیل اشباع مغناطیسی، افزایش جریان بیش از دو برابر جریان نامی فایده ای ندارد، زیرا فراتر از این نقطه، افزایش بیشتر باعث افزایش گشتاور نمی شود. کارکردن در حدود ده برابر جریان نامی خطر مغناطیس زدایی روتور را به همراه دارد.

همه موتورهای ما مجهز به عایق کلاس B هستند که می تواند قبل از شروع به تخریب عایق، دمای تا 130 درجه سانتیگراد را تحمل کند. برای اطمینان از طول عمر، توصیه می کنیم اختلاف دمای 30 درجه سانتیگراد را از داخل به خارج حفظ کنید، به این معنی که دمای بدنه بیرونی نباید از 100 درجه سانتیگراد تجاوز کند.

اندوکتانس نقش مهمی در عملکرد گشتاور با سرعت بالا دارد. این توضیح می دهد که چرا موتورها گشتاور بی پایان بالایی از خود نشان نمی دهند. هر سیم پیچی موتور دارای مقادیر متمایز اندوکتانس و مقاومت است. اندوکتانس اندازه گیری شده بر حسب هنری، تقسیم بر مقاومت بر حسب اهم، به یک ثابت زمانی (بر حسب ثانیه) منجر می شود. این ثابت زمانی نشان می دهد که چقدر طول می کشد تا سیم پیچ به 63 درصد جریان نامی خود برسد. به عنوان مثال، اگر موتور برای 1 آمپر درجه بندی شود، پس از یک بار ثابت زمانی، سیم پیچ تقریبا به 0.63 آمپر می رسد. به طور معمول حدود چهار تا پنج ثابت زمانی طول می کشد تا سیم پیچ به جریان کامل (1 آمپر) برسد. از آنجایی که گشتاور متناسب با جریان است، اگر جریان تنها به 63 درصد برسد، موتور پس از یک بار ثابت زمانی حدود 63 درصد از حداکثر گشتاور خود را تولید می کند.

در سرعت‌های پایین، این تأخیر در ایجاد جریان مشکلی نیست، زیرا جریان می‌تواند به‌سرعت وارد سیم‌پیچ‌ها و خارج شود و به موتور اجازه می‌دهد تا گشتاور نامی خود را ارائه دهد. با این حال، در سرعت‌های بالا، جریان نمی‌تواند به سرعت قبل از سوئیچ فاز بعدی افزایش یابد و در نتیجه گشتاور کاهش می‌یابد.

تاثیر ولتاژ درایور

ولتاژ درایور به طور قابل توجهی بر عملکرد سرعت بالا تاثیر می گذارد استپر موتور . نسبت بالاتر ولتاژ درایو به ولتاژ موتور منجر به بهبود قابلیت‌های سرعت بالا می‌شود. این به این دلیل است که ولتاژهای بالا اجازه می دهد تا جریان به سیم پیچ ها با سرعت بیشتری نسبت به آستانه 63 درصدی که قبلاً بحث شد، جریان یابد.

لرزش

هنگامی که یک موتور پله ای از یک پله به پله بعدی منتقل می شود، روتور فوراً در موقعیت هدف متوقف نمی شود. در عوض، از موقعیت نهایی عبور می‌کند، سپس به عقب کشیده می‌شود، در جهت مخالف زیاده‌روی می‌کند و به نوسان جلو و عقب ادامه می‌دهد تا در نهایت متوقف شود. این پدیده که به «زنگ زدن» گفته می‌شود، با هر قدمی که موتور برمی‌دارد اتفاق می‌افتد (نمودار تعاملی زیر را ببینید). حرکت روتور بسیار شبیه یک طناب بانجی، آن را فراتر از نقطه توقف خود می برد و باعث می شود قبل از سکون در حالت استراحت، 'جهش' پیدا کند. با این حال، در بسیاری از موارد، به موتور دستور داده می شود تا قبل از اینکه کاملاً متوقف شود، به مرحله بعدی حرکت کند.

نمودارهای زیر رفتار زنگ یک موتور پله ای را در شرایط بارگذاری مختلف نشان می دهد. هنگامی که موتور تخلیه می شود، زنگ قابل توجهی از خود نشان می دهد که به افزایش لرزش تبدیل می شود. این ارتعاش بیش از حد می تواند منجر به از کار افتادن موتور در هنگام تخلیه یا بارگذاری کم شود، زیرا ممکن است هماهنگی را از دست بدهد. بنابراین، ضروری است که همیشه a را آزمایش کنید موتور پله ای با بار مناسب

دو نمودار دیگر عملکرد موتور را هنگام بارگذاری نشان می‌دهند. بارگیری صحیح موتور به تثبیت عملکرد آن و کاهش لرزش کمک می کند. در حالت ایده آل، بار باید بین 30 تا 70 درصد از حداکثر گشتاور خروجی موتور نیاز داشته باشد. علاوه بر این، نسبت اینرسی بار به روتور باید بین 1:1 و 10:1 باشد. برای حرکات کوتاه تر و سریع تر، ترجیحاً این نسبت نزدیک به 1:1 تا 3:1 باشد.

کمک از BesFoc

متخصصان و مهندسان کاربردی BesFoc برای کمک به اندازه مناسب موتور در دسترس هستند.

رزونانس و ارتعاش

الف هنگامی که فرکانس پالس ورودی با فرکانس طبیعی خود منطبق می شود، ارتعاشات قابل توجهی افزایش می یابد، پدیده ای که به عنوان رزونانس شناخته می شود. این اغلب در حدود 200 هرتز رخ می دهد. در رزونانس، بیش از حد و کم شتاب روتور به شدت تقویت می شود و احتمال از دست رفتن مراحل را افزایش می دهد. در حالی که فرکانس تشدید خاص می تواند با اینرسی بار متفاوت باشد، معمولاً در حدود 200 هرتز شناور است.

افت گام در موتورهای 2 فاز

موتورهای پله ای 2 فاز فقط می توانند مراحل را در گروه های 4 تایی از دست بدهند. اگر متوجه شوید که افت پله در مضرب چهار اتفاق می افتد، این نشان می دهد که ارتعاشات باعث از دست دادن هماهنگی موتور می شوند یا ممکن است بار بیش از حد باشد. برعکس، اگر مراحل از دست رفته در مضرب چهار نباشد، نشانه قوی وجود دارد که تعداد پالس ها نادرست است یا نویز الکتریکی بر عملکرد تأثیر می گذارد.

کاهش رزونانس

چندین استراتژی می تواند به کاهش اثرات رزونانس کمک کند. ساده ترین روش این است که به طور کامل از کار با سرعت تشدید خودداری کنید. از آنجایی که 200 هرتز معادل تقریبا 60 دور در دقیقه برای یک موتور 2 فاز است، سرعت بسیار بالایی نیست. بیشتر موتورهای پله ای حداکثر سرعت راه اندازی حدود 1000 پالس در ثانیه (pps) دارند. بنابراین در بسیاری از موارد می توانید با سرعتی بالاتر از فرکانس رزونانس کار موتور را آغاز کنید.

اگر می‌خواهید موتور را با سرعتی کمتر از فرکانس تشدید راه‌اندازی کنید، مهم است که به سرعت در محدوده رزونانس شتاب دهید تا اثرات لرزش به حداقل برسد.

کاهش زاویه گام

راه حل موثر دیگر استفاده از زاویه گام کوچکتر است. زوایای پله های بزرگتر منجر به بیش از حد و کم عکسبرداری بیشتر می شود. اگر موتور مسافت کوتاهی برای طی کردن داشته باشد، نیروی کافی (گشتاور) برای بیش از حد قابل توجهی تولید نمی کند. با کاهش زاویه گام، موتور لرزش کمتری را تجربه می کند. این یکی از دلایلی است که تکنیک‌های نیمه پله و میکرواستپینگ در کاهش ارتعاشات بسیار مؤثر هستند.

مطمئن شوید که موتور را بر اساس نیاز بار انتخاب کنید. اندازه مناسب موتور می تواند به عملکرد کلی بهتر منجر شود.

استفاده از دمپرها

دمپرها گزینه دیگری است که باید در نظر بگیرید. این دستگاه‌ها را می‌توان بر روی محور پشتی موتور نصب کرد تا مقداری از انرژی ارتعاشی را جذب کند و به روان کردن عملکرد یک موتور ارتعاشی به روشی مقرون‌به‌صرفه کمک کند.

موتورهای پله ای 5 فاز

یک پیشرفت نسبتا جدید در فن آوری استپر موتور،  موتور پله ای 5 فاز است. قابل توجه ترین تفاوت بین موتورهای 2 فاز و 5 فاز (نمودار تعاملی زیر را ببینید) تعداد قطب های استاتور است: موتورهای 2 فاز دارای 8 قطب (4 در هر فاز) هستند، در حالی که موتورهای 5 فاز دارای 10 قطب (2 در هر فاز) هستند. طراحی روتور شبیه موتور 2 فاز است.

در موتورهای 2 فاز، هر فاز روتور را 1/4 گام دندانه حرکت می دهد، در حالی که در موتور 5 فاز، روتور به دلیل طراحی خود، 1/10 گام دندانه را حرکت می دهد. با گام دندانه 7.2 درجه، زاویه گام برای موتور 5 فاز 0.72 درجه می شود. این ساختار به موتور 5 فاز اجازه می دهد تا به 500 پله در هر دور دست یابد، در مقایسه با موتور 2 فاز 200 پله در هر دور، و وضوحی 2.5 برابر بیشتر از موتور 2 فاز ارائه می دهد.

وضوح بالاتر منجر به زاویه گام کوچکتر می شود که به طور قابل توجهی لرزش را کاهش می دهد. از آنجایی که زاویه استپ موتور 5 فاز 2.5 برابر کوچکتر از موتور 2 فاز است، زنگ و لرزش بسیار کمتری را تجربه می کند. در هر دو نوع موتور، روتور باید بیش از 3.6 درجه بیش از حد یا کمتر شود تا مراحل را از دست بدهد. با زاویه گام موتور 5 فاز تنها 0.72 درجه، تقریباً غیرممکن است که موتور با چنین حاشیه ای بیش از حد یا کمتر از آن حرکت کند و در نتیجه احتمال از دست دادن همگام سازی بسیار کم است.

روش های درایو

چهار روش درایو اصلی برای آن وجود دارد استپر موتور s:

1. Wave Drive (مرحله کامل)

2. 2 فاز روشن (مرحله کامل)

3. 1-2 فاز روشن (نیم مرحله)

4. میکرو استپ

Wave Drive

در نمودار زیر، روش محرک موج برای نشان دادن اصول آن ساده شده است. هر چرخش 90 درجه ای که در تصویر نشان داده شده است نشان دهنده 1.8 درجه چرخش روتور در یک موتور واقعی است.

در روش محرک موج که به روش 1 فاز ON نیز معروف است، هر بار فقط یک فاز برق می‌گیرد. هنگامی که فاز A فعال می شود، یک قطب جنوب ایجاد می کند که قطب شمال روتور را جذب می کند. سپس فاز A خاموش می شود و فاز B روشن می شود و باعث می شود روتور 90 درجه (1.8 درجه) بچرخد و این روند با روشن شدن هر فاز به صورت جداگانه ادامه می یابد.

درایو موج با یک توالی الکتریکی چهار مرحله ای برای چرخش موتور عمل می کند.

 

2 فاز روشن

در روش درایو '2 Phases On' هر دو فاز موتور به طور پیوسته انرژی می گیرند.

همانطور که در زیر نشان داده شده است، هر چرخش 90 درجه مربوط به چرخش روتور 1.8 درجه است. هنگامی که هر دو فاز A و B به عنوان قطب جنوب انرژی می گیرند، قطب شمال روتور به طور مساوی به هر دو قطب جذب می شود و باعث می شود که مستقیماً در وسط قرار گیرد. با پیشرفت توالی و فعال شدن فازها، روتور برای حفظ تراز بین دو قطب پرانرژی می چرخد.

روش '2 فاز روشن' با استفاده از یک توالی الکتریکی چهار مرحله ای برای چرخش موتور عمل می کند.

موتورهای استاندارد 2 فاز و 2 فاز M BesFoc از این روش درایو '2 Phases On' استفاده می کنند.

مزیت اصلی روش '2 فاز روشن' نسبت به روش '1 ​​فاز روشن' گشتاور است. در روش '1 ​​فاز روشن' در هر بار فقط یک فاز فعال می شود و در نتیجه یک واحد گشتاور روی روتور اثر می گذارد. در مقابل، روش '2 فاز روشن' هر دو فاز را به طور همزمان انرژی می دهد و دو واحد گشتاور تولید می کند. یک بردار گشتاور در موقعیت ساعت 12 و دیگری در موقعیت ساعت 3 عمل می کند. هنگامی که این دو بردار گشتاور با هم ترکیب می شوند، بردار حاصل را در زاویه 45 درجه با قدری 41.4 درصد بزرگتر از یک بردار منفرد ایجاد می کنند. این بدان معناست که استفاده از روش '2 فاز روشن' به ما امکان می‌دهد به همان زاویه گامی که روش '1 ​​فاز روشن' است دست پیدا کنیم در حالی که 41٪ گشتاور بیشتری ارائه می‌کنیم.

با این حال، موتورهای پنج فاز تا حدودی متفاوت عمل می کنند. آنها به جای استفاده از روش '2 Phases On' از روش '4 Phases On' استفاده می کنند. در این روش، هر بار که موتور یک قدم برمی دارد، چهار فاز به طور همزمان فعال می شوند.

در نتیجه موتور پنج فاز در حین کار از یک توالی الکتریکی 10 مرحله ای پیروی می کند.

1-2 فاز روشن (نیم مرحله)

روش '1-2 Phases On' که با نام نیم پله نیز شناخته می شود، اصول دو روش قبلی را ترکیب می کند. در این روش ابتدا فاز A را انرژی می دهیم و باعث تراز شدن روتور می شویم. در حالی که فاز A را پر انرژی نگه می داریم، سپس فاز B را فعال می کنیم. در این مرحله، روتور به طور مساوی به هر دو قطب جذب می شود و در وسط قرار می گیرد و در نتیجه چرخش 45 درجه (یا 0.9 درجه) ایجاد می شود. در مرحله بعد، فاز A را خاموش می کنیم در حالی که به فاز B انرژی می دهیم و به موتور اجازه می دهیم یک گام دیگر بردارد. این روند ادامه می یابد و به طور متناوب بین یک فاز و دو فاز انرژی می دهد. با انجام این کار، زاویه گام را به طور موثری نصف می کنیم که به کاهش لرزش کمک می کند.

برای یک موتور 5 فاز، ما استراتژی مشابهی را با جایگزینی متناوب بین 4 فاز روشن و 5 فاز روشن به کار می گیریم.

حالت نیمه مرحله ای از یک توالی الکتریکی هشت مرحله ای تشکیل شده است. در مورد موتورهای پنج فاز که از روش '4-5 فاز روشن' استفاده می کنند، موتور از یک توالی الکتریکی 20 مرحله ای عبور می کند.

میکرو استپ

(در صورت نیاز می توان اطلاعات بیشتری در مورد میکرواستپینگ اضافه کرد.)

میکرواستپینگ

میکرواستپینگ تکنیکی است که برای ریزتر کردن مراحل کوچکتر استفاده می شود. هرچه مراحل کوچکتر باشد، وضوح بالاتر و ویژگی های لرزش موتور بهتر است. در میکرواستپینگ، یک فاز نه کاملاً روشن است و نه کاملاً خاموش. در عوض، تا حدی انرژی دارد. امواج سینوسی برای هر دو فاز A و فاز B اعمال می شود، با اختلاف فاز 90 درجه (یا 0.9 درجه در پنج فاز). موتور پله ای ).

هنگامی که حداکثر توان به فاز A اعمال می شود، فاز B روی صفر است، که باعث می شود روتور با فاز A همراستا شود. با کاهش جریان به فاز A، جریان به فاز B افزایش می یابد و به روتور اجازه می دهد تا گام های کوچکی به سمت فاز B بردارد. این روند با چرخش جریان بین دو فاز ادامه می یابد و در نتیجه حرکت ریز پله ای روان انجام می شود.

با این حال، microstepping برخی از چالش‌ها، عمدتاً در مورد دقت و گشتاور را ایجاد می‌کند. از آنجایی که فازها فقط تا حدی انرژی دارند، موتور معمولاً حدود 30٪ کاهش گشتاور را تجربه می کند. علاوه بر این، از آنجایی که اختلاف گشتاور بین پله‌ها حداقل است، موتور ممکن است برای غلبه بر بار تلاش کند، که می‌تواند منجر به موقعیت‌هایی شود که موتور قبل از شروع به حرکت، چندین مرحله را به حرکت درآورد. در بسیاری از موارد، ترکیب رمزگذارها برای ایجاد یک سیستم حلقه بسته ضروری است، اگرچه این به هزینه کلی می‌افزاید.

سیستم های موتور پله ای

سیستم های حلقه باز سیستم های
حلقه بسته
سروو سیستم های

حلقه را باز کنید

موتورهای پله ای معمولاً به عنوان سیستم های حلقه باز طراحی می شوند. در این پیکربندی، یک مولد پالس، پالس ها را به مدار توالی فاز می فرستد. توالی‌سنج فاز تعیین می‌کند که کدام فازها باید روشن یا خاموش شوند، همانطور که قبلا در روش‌های مرحله کامل و نیم مرحله توضیح داده شد. ترتیب سنج FET های پرقدرت را برای فعال کردن موتور کنترل می کند.

با این حال، در یک سیستم حلقه باز، هیچ تأییدی از موقعیت وجود ندارد، به این معنی که هیچ راهی برای تأیید اینکه آیا موتور حرکت فرمان را اجرا کرده است وجود ندارد.

حلقه بسته

یکی از متداول‌ترین روش‌ها برای پیاده‌سازی یک سیستم حلقه بسته، افزودن رمزگذار به محور پشتی موتور دوشفت است. رمزگذار شامل یک دیسک نازک است که با خطوط مشخص شده است که بین فرستنده و گیرنده می چرخد. هر بار که یک خط از بین این دو جزء عبور می کند، یک پالس روی خطوط سیگنال ایجاد می کند.

سپس این پالس‌های خروجی به کنترل‌کننده بازگردانده می‌شوند که تعداد آنها را نگه می‌دارد. به طور معمول، در پایان یک حرکت، کنترل کننده تعداد پالس هایی را که برای راننده ارسال می کند با تعداد پالس های دریافتی از رمزگذار مقایسه می کند. یک روال خاص اجرا می شود که به موجب آن، اگر این دو شمارش متفاوت باشد، سیستم برای اصلاح اختلاف تنظیم می شود. اگر شمارش ها مطابقت داشته باشند، نشان می دهد که هیچ خطایی رخ نداده است و حرکت می تواند به آرامی ادامه یابد.

معایب سیستم های حلقه بسته

سیستم حلقه بسته دارای دو اشکال اصلی است: هزینه (و پیچیدگی) و زمان پاسخ. گنجاندن یک رمزگذار به هزینه کلی سیستم، همراه با افزایش پیچیدگی کنترلر می افزاید، که به هزینه کل کمک می کند. علاوه بر این، از آنجا که اصلاحات فقط در پایان یک حرکت انجام می شود، این می تواند باعث ایجاد تاخیر در سیستم شود و به طور بالقوه زمان پاسخ را کاهش دهد.

سیستم سروو

جایگزینی برای سیستم های پله ای حلقه بسته، سیستم سروو است. سیستم‌های سروو معمولاً از موتورهایی با تعداد قطب کم استفاده می‌کنند که عملکرد با سرعت بالا را امکان‌پذیر می‌کنند اما فاقد قابلیت موقعیت‌یابی ذاتی هستند. برای تبدیل یک سروو به یک دستگاه موقعیتی، مکانیسم‌های بازخورد مورد نیاز است که اغلب از یک رمزگذار یا حل‌کننده به همراه حلقه‌های کنترل استفاده می‌کنند.

در یک سیستم سروو، موتور فعال و غیرفعال می شود تا زمانی که رزولور نشان دهد که به یک موقعیت مشخص رسیده است. به عنوان مثال، اگر به سروو دستور داده شود که 100 دور حرکت کند، با شمارش حل کننده در صفر شروع می شود. موتور تا زمانی کار می کند که تعداد رزولور به 100 دور برسد و در این مرحله خاموش می شود. اگر تغییر موقعیتی وجود داشته باشد، موتور دوباره فعال می شود تا موقعیت را اصلاح کند.

پاسخ سروو به خطاهای موقعیتی تحت تأثیر یک تنظیم افزایش است. تنظیم بهره بالا به موتور اجازه می دهد تا به سرعت نسبت به تغییرات خطا واکنش نشان دهد، در حالی که تنظیم بهره پایین منجر به واکنش کندتر می شود. با این حال، تنظیم تنظیمات بهره می تواند تاخیرهای زمانی را در سیستم کنترل حرکت ایجاد کند که بر عملکرد کلی تأثیر می گذارد.

سیستم های موتور پله ای حلقه بسته آلفا استپ

AlphaStep نوآورانه BesFoc است راه حل موتور پله ای  ، دارای یک حل کننده یکپارچه که بازخورد موقعیت را در زمان واقعی ارائه می دهد. این طراحی تضمین می کند که موقعیت دقیق روتور همیشه مشخص است و دقت و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می دهد.

سیستم های موتور پله ای حلقه بسته آلفا استپ

درایور AlphaStep دارای یک شمارنده ورودی است که تمام پالس های ارسال شده به درایو را ردیابی می کند. به طور همزمان، بازخورد از تفکیک کننده به یک شمارنده موقعیت روتور هدایت می شود و امکان نظارت مداوم بر موقعیت روتور را فراهم می کند. هر گونه اختلاف در شمارنده انحراف ثبت می شود.

به طور معمول، موتور در حالت حلقه باز کار می کند و بردارهای گشتاوری را برای موتور ایجاد می کند. با این حال، اگر شمارنده انحراف نشان دهنده اختلاف بیشتر از ± 1.8 درجه باشد، توالی سنجی فاز، بردار گشتاور را در قسمت بالایی منحنی جابجایی گشتاور فعال می کند. این حداکثر گشتاور را برای تنظیم مجدد روتور و بازگرداندن آن به سنکرونیسم ایجاد می کند. اگر موتور چند مرحله خاموش باشد، ترتیب‌دهنده چندین بردار گشتاور را در انتهای بالای منحنی جابجایی گشتاور فعال می‌کند. راننده می تواند شرایط اضافه بار را تا 5 ثانیه تحمل کند. اگر نتواند هماهنگی را در این بازه زمانی بازگرداند، یک خطا ایجاد می شود و زنگ هشدار صادر می شود.

یکی از ویژگی های قابل توجه سیستم AlphaStep توانایی آن در انجام اصلاحات بلادرنگ برای هر مرحله از دست رفته است. برخلاف سیستم‌های سنتی که برای تصحیح هر گونه خطا تا پایان حرکت منتظر می‌مانند، درایور AlphaStep به محض اینکه روتور خارج از محدوده 1.8 درجه قرار می‌گیرد، اقدامات اصلاحی را انجام می‌دهد. پس از بازگشت روتور به این محدوده، درایور به حالت حلقه باز باز می گردد و انرژی فاز مناسب را از سر می گیرد.

نمودار همراه منحنی جابجایی گشتاور را نشان می‌دهد و حالت‌های عملیاتی سیستم - حلقه باز و حلقه بسته را برجسته می‌کند. منحنی جابجایی گشتاور، گشتاور تولید شده توسط یک فاز را نشان می‌دهد و زمانی که موقعیت روتور 1.8 درجه منحرف می‌شود، حداکثر گشتاور را به دست می‌آورد. تنها در صورتی می توان یک مرحله را از دست داد که روتور بیش از 3.6 درجه باشد. از آنجایی که هر زمان که انحراف از 1.8 درجه بیشتر شود، راننده کنترل بردار گشتاور را به دست می‌گیرد، موتور بعید است مراحل را از دست بدهد، مگر اینکه بار اضافی بیش از 5 ثانیه را تجربه کند.

دقت مرحله AlphaStep

بسیاری از افراد به اشتباه معتقدند که دقت گام موتور AlphaStep ± 1.8 درجه است. در واقعیت، AlphaStep دارای دقت گامی 5 دقیقه قوس (0.083 درجه) است. هنگامی که روتور خارج از محدوده 1.8 درجه باشد، راننده بردارهای گشتاور را مدیریت می کند. هنگامی که روتور در این محدوده قرار می گیرد، دندانه های روتور دقیقاً با بردار گشتاور تولید شده هماهنگ می شوند. AlphaStep تضمین می کند که دندان صحیح با بردار گشتاور فعال همسو می شود.

سری AlphaStep در نسخه های مختلف عرضه می شود. BesFoc هر دو مدل شفت گرد و چرخ دنده را با نسبت دنده های متعدد برای افزایش وضوح و گشتاور یا به حداقل رساندن اینرسی منعکس شده ارائه می دهد. اکثر نسخه ها می توانند به ترمز مغناطیسی ایمن مجهز شوند. علاوه بر این، BesFoc یک نسخه 24 VDC به نام سری ASC ارائه می دهد.

نتیجه گیری

در نتیجه، موتورهای پله ای برای کاربردهای موقعیت یابی بسیار مناسب هستند. آنها به سادگی با تغییر تعداد و فرکانس پالس امکان کنترل دقیق فاصله و سرعت را فراهم می کنند. تعداد قطب های بالای آنها دقت را امکان پذیر می کند، حتی زمانی که در حالت حلقه باز کار می کنند. هنگامی که برای یک برنامه خاص اندازه مناسب باشد، الف استپر موتور مراحل را از دست نخواهد داد. علاوه بر این، از آنجایی که آنها به بازخورد موقعیتی نیاز ندارند، موتورهای پله ای یک راه حل مقرون به صرفه هستند.