Katselukerrat: 0 Tekijä: Site Editor Julkaisuaika: 2025-04-18 Alkuperä: Sivusto
A askelmoottori on eräänlainen sähkömoottori, joka liikkuu täsmällisin, kiintein askelin sen sijaan, että se pyörii jatkuvasti kuten tavallinen moottori. Sitä käytetään yleisesti sovelluksissa, joissa vaaditaan tarkkaa paikanhallintaa, kuten 3D-tulostimissa, CNC-koneissa, robotiikassa ja kameraalustoissa.
Askelmoottorit ovat eräänlainen sähkömoottori, joka muuntaa sähköenergian pyöriväksi liikkeeksi huomattavalla tarkkuudella. Toisin kuin tavalliset sähkömoottorit, jotka pyörivät jatkuvasti, askelmoottorit pyörivät erillään, joten ne ovat ihanteellisia sovelluksiin, jotka vaativat tarkkaa paikantamista.
Jokainen sähköpulssi, jonka sen ohjain lähettää askelmoottorille, saa aikaan tarkan liikkeen – jokainen pulssi vastaa tiettyä askelta. Nopeus, jolla moottori pyörii, korreloi suoraan näiden pulssien taajuuden kanssa: mitä nopeammin pulssit lähetetään, sitä nopeampi pyöriminen.
Yksi tärkeimmistä eduista askelmoottori s on niiden helppo ohjaus. Useimmat ajurit toimivat 5 voltin pulsseilla, jotka ovat yhteensopivia tavallisten integroitujen piirien kanssa. Voit joko suunnitella piirin näiden pulssien tuottamiseksi tai käyttää pulssigeneraattoria yhtiöiltä, kuten BesFoc.
Huolimatta satunnaisista epätarkkuuksistaan – tavallisten askelmoottoreiden tarkkuus on noin ± 3 kaariminuuttia (0,05°) – nämä virheet eivät kerry useissa vaiheissa. Jos esimerkiksi tavallinen askelmoottori tekee yhden askeleen, se pyörii 1,8° ± 0,05°. Jopa miljoonan askeleen jälkeen kokonaispoikkeama on edelleen vain ± 0,05°, joten ne ovat luotettavia tarkkoihin liikkeisiin pitkillä etäisyyksillä.
Lisäksi askelmoottorit tunnetaan nopeasta reagoinnistaan ja kiihtyvyydestään alhaisen roottorin hitauden ansiosta, minkä ansiosta ne saavuttavat nopeasti suuret nopeudet. Tämä tekee niistä erityisen sopivia sovelluksiin, jotka vaativat lyhyitä ja nopeita liikkeitä.
A askelmoottori toimii jakamalla täyden kierroksen useisiin yhtä suuriin vaiheisiin. Se käyttää sähkömagneetteja luomaan liikettä pienin, kontrolloiduin askelin.
Askelmoottorissa on kaksi pääosaa:
Staattori – kiinteä osa keloilla (sähkömagneeteilla).
Roottori – pyörivä osa, usein magneetti tai raudasta.
Kun sähkövirta kulkee staattorikäämien läpi, se luo magneettikenttiä.
Nämä kentät houkuttelevat roottoria.
Kääntämällä käämit päälle ja pois tietyssä järjestyksessä, roottoria vedetään askel askeleelta ympyräliikkeellä.
Joka kerta kun kela saa jännitteen, roottori liikkuu pienen kulman verran (kutsutaan askeleeksi).
Jos moottorissa on esimerkiksi 200 askelta kierrosta kohti, jokainen askel siirtää roottoria 1,8°.
Moottori voi pyöriä eteen- tai taaksepäin keloihin lähetettyjen pulssien järjestyksen mukaan.
A askelmoottoriohjain lähettää sähköpulsseja moottorin keloihin.
Mitä enemmän pulsseja, sitä enemmän moottori pyörii.
Mikro-ohjaimet (kuten Arduino tai Raspberry Pi) voivat ohjata näitä ohjaimia liikuttamaan moottoria tarkasti.
Alla olevassa kuvassa on tavallinen askelmoottorijärjestelmä, joka koostuu useista olennaisista osista, jotka toimivat yhdessä. Kunkin elementin suorituskyky vaikuttaa järjestelmän yleiseen toimivuuteen.
Järjestelmän ytimessä on tietokone tai ohjelmoitava logiikkaohjain (PLC). Tämä komponentti toimii aivoina ohjaten paitsi askelmoottoria myös koko konetta. Se voi suorittaa erilaisia tehtäviä, kuten nostaa hissiä tai siirtää kuljetinhihnaa. Tarvittavasta monimutkaisuudesta riippuen tämä ohjain voi vaihdella hienostuneesta PC:stä tai PLC:stä yksinkertaiseen käyttäjän painikkeeseen.
Seuraavana on indeksointilaite tai PLC-kortti, joka välittää erityiset ohjeet askelmoottori . Se tuottaa tarvittavan määrän pulsseja liikettä varten ja säätää pulssitaajuutta ohjaamaan moottorin kiihtyvyyttä, nopeutta ja hidastuvuutta. Indeksoija voi olla joko erillinen yksikkö, kuten BesFoc, tai pulssigeneraattorikortti, joka liitetään PLC:hen. Tämä komponentti on muodostaan riippumatta moottorin toiminnan kannalta ratkaiseva.
Moottoriohjain koostuu neljästä avainosasta:
Vaiheohjauksen logiikka: Tämä logiikkayksikkö vastaanottaa pulsseja indeksoijalta ja määrittää, mikä moottorin vaihe tulee aktivoida. Vaiheiden kytkemisen on noudatettava tiettyä järjestystä moottorin oikean toiminnan varmistamiseksi.
Logic Power Supply: Tämä on pienjännitelähde, joka antaa virtaa ohjaimen integroiduille piireille (IC:t) ja joka toimii tyypillisesti noin 5 voltilla piirisarjan tai suunnittelun perusteella.
Moottorin virtalähde: Tämä syöttö antaa moottorille tarvittavan jännitteen, yleensä noin 24 VDC, vaikka se voi olla korkeampikin sovelluksesta riippuen.
Tehovahvistin: Tämä komponentti koostuu transistoreista, jotka mahdollistavat virran kulkemisen moottorin vaiheiden läpi. Nämä transistorit kytketään päälle ja pois oikeassa järjestyksessä moottorin liikkeen helpottamiseksi.
Lopuksi kaikki nämä komponentit toimivat yhdessä siirtämään kuormaa, joka voi olla lyijyruuvi, kiekko tai kuljetinhihna, riippuen tietystä sovelluksesta.
Askelmoottoreita on kolme päätyyppiä:
Näissä moottoreissa on roottorin ja staattorin hampaat, mutta niissä ei ole kestomagneettia. Tästä johtuen niiltä puuttuu pidättävä vääntömomentti, mikä tarkoittaa, että ne eivät pysy asennossaan, kun niillä ei ole virtaa.
PM-askelmoottoreissa on kestomagneetti roottorissa, mutta niissä ei ole hampaita. Vaikka niillä on tyypillisesti vähemmän tarkkoja askelkulmia, ne tarjoavat pidättävän vääntömomentin, jolloin ne voivat säilyttää asennon, kun virta katkaistaan.
BesFoc on erikoistunut yksinomaan hybrideihin askelmoottori s. Nämä moottorit yhdistävät kestomagneettien magneettiset ominaisuudet muuttuvan reluktanssimoottoreiden hammastettuun rakenteeseen. Roottori on aksiaalisesti magnetoitu, mikä tarkoittaa, että tyypillisessä kokoonpanossa yläpuoli on pohjoisnapa ja alapuoli on etelänapa.
Roottori koostuu kahdesta hammastetusta kupista, joissa kummassakin on 50 hammasta. Näitä kuppeja on siirretty 3,6°, mikä mahdollistaa tarkan asennon. Ylhäältä katsottuna voit nähdä, että pohjoisnavan kupissa oleva hammas kohdistuu etelänapakupin hampaan kanssa, mikä luo tehokkaan vaihteiston.
Hybridiaskelmoottorit toimivat kaksivaiheisella rakenteella, jossa jokaisessa vaiheessa on neljä napaa, jotka on sijoitettu 90°:n välein. Jokainen vaiheen napa on kierretty siten, että 180°:n päässä toisistaan olevilla napoilla on sama napaisuus, kun taas 90°:n päässä olevien napojen napaisuus on vastakkainen. Kääntämällä virtaa missä tahansa vaiheessa, vastaavan staattorin navan napaisuus voidaan myös kääntää, jolloin moottori voi muuttaa minkä tahansa staattorin navan pohjois- tai etelänapaksi.
Askelmoottorin roottorissa on 50 hammasta, joiden välinen jako on 7,2°. Kun moottori toimii, roottorin hampaiden kohdistus staattorin hampaiden kanssa voi vaihdella – erityisesti se voidaan korvata kolme neljäsosaa hammasvälillä, puoli hammasväliä tai neljäsosa hammasväliä. Kun moottori astuu, se luonnollisesti kulkee lyhimmän polun kohdistaakseen itsensä uudelleen, mikä tarkoittaa 1,8°:n liikettä askelta kohti (koska 1/4 7,2°:sta on 1,8°).
Vääntömomentti ja tarkkuus sisään askelmoottoreihin vaikuttaa napojen (hampaiden) lukumäärä. Yleensä suurempi napaluku parantaa vääntömomenttia ja tarkkuutta. BesFoc tarjoaa 'High Resolution' askelmoottoreita, joiden hammasväli on puolet standardimalleistaan. Näissä korkearesoluutioisissa roottoreissa on 100 hammasta, jolloin kunkin hampaan välinen kulma on 3,6°. Tällä asetuksella 1/4 hammasvälin liike vastaa pienempää 0,9°:n askelta.
Tämän seurauksena 'High Resolution' -mallit tarjoavat kaksinkertaisen resoluution tavallisiin moottoreihin verrattuna, saavuttaen 400 askelta kierrosta kohti verrattuna 200 askeleen kierrosta kohti vakiomalleissa. Pienemmät askelkulmat vähentävät myös tärinää, koska jokainen askel on vähemmän korostunut ja asteittainen.
Alla oleva kaavio esittää 5-vaiheisen askelmoottorin poikkileikkauksen. Tämä moottori koostuu pääasiassa kahdesta pääosasta: staattorista ja roottorista. Itse roottori koostuu kolmesta osasta: roottorikuppi 1, roottorikuppi 2 ja kestomagneetti. Roottori on magnetoitu aksiaalisuunnassa; esimerkiksi jos roottorikuppi 1 on nimetty pohjoisnapaksi, roottorikuppi 2 on etelänapa.
Staattorissa on 10 magneettinapaa, joista jokainen on varustettu pienillä hampailla ja vastaavilla käämeillä. Nämä käämit on suunniteltu siten, että jokainen on kytketty vastakkaisen navan käämiin. Kun virta kulkee käämien läpi, niiden yhdistämät navat magnetisoituvat samaan suuntaan - joko pohjoiseen tai etelään.
Jokainen vastakkainen napapari muodostaa moottorin yhden vaiheen. Koska magneettinapoja on yhteensä 10, tuloksena on viisi erillistä vaihetta tässä 5-vaiheessa askelmoottori.
Tärkeää on, että jokaisessa roottorikupissa on 50 hammasta ulkokehällä. Roottorikupin 1 ja roottorikupin 2 hampaat on siirretty mekaanisesti toisistaan puolen hammasvälin verran, mikä mahdollistaa tarkan kohdistuksen ja liikkeen käytön aikana.
Nopeus-momenttikäyrän lukemisen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää, koska se antaa käsityksen siitä, mitä moottori pystyy saavuttamaan. Nämä käyrät edustavat tietyn moottorin suorituskykyominaisuuksia, kun se on yhdistetty tietyn ohjaimen kanssa. Kun moottori on toiminnassa, sen vääntömomenttituloon vaikuttavat taajuusmuuttajan tyyppi ja käytetty jännite. Tämän seurauksena samalla moottorilla voi olla merkittävästi erilaisia nopeus-vääntömomenttikäyriä käytetystä kuljettajasta riippuen.
BesFoc tarjoaa nämä nopeus-vääntömomenttikäyrät referenssinä. Jos käytät moottoria, jossa on samanlainen jännite- ja virta-arvot, voit odottaa vastaavaa suorituskykyä. Interaktiivisen kokemuksen saamiseksi katso alla olevaa nopeus-vääntömomenttikäyrää:
Holding Momentti
Tämä on vääntömomentin määrä, jonka moottori tuottaa sen ollessa levossa, kun nimellisvirta kulkee sen käämien läpi.
Käynnistys-/pysäytysalue
Tässä osiossa näytetään momentti- ja nopeusarvot, joilla moottori voi käynnistyä, pysähtyä tai peruuttaa välittömästi.
Pull-In Torque
Nämä ovat vääntömomentti- ja nopeusarvot, joiden avulla moottori voi käynnistyä, pysähtyä tai peruuttaa samalla, kun se pysyy synkronoituna tulopulssien kanssa.
Vetomomentti
Tämä viittaa vääntömomentti- ja nopeusarvoihin, joilla moottori voi toimia ilman pysähtymistä ja säilyttää synkronoinnin tulovaiheiden kanssa. Se edustaa suurinta vääntömomenttia, jonka moottori voi tuottaa käytön aikana.
Suurin käynnistysnopeus
Tämä on suurin nopeus, jolla moottori voi käynnistyä ilman kuormitusta.
Suurin käyntinopeus
Tämä ilmaisee nopeimman nopeuden, jonka moottori voi saavuttaa käydessään ilman kuormitusta.
Jotta moottori toimisi sisään- ja ulosvetomomentin välisellä alueella, moottorin on käynnistettävä aluksi käynnistys-/pysäytysalueelta. Kun moottori alkaa käydä, sykettä nostetaan asteittain, kunnes haluttu nopeus saavutetaan. Moottorin pysäyttämiseksi nopeutta alennetaan, kunnes se laskee sisäänvetomomenttikäyrän alapuolelle.
Vääntömomentti on suoraan verrannollinen moottorin virtaan ja langan kierrosten lukumäärään. Vääntömomentin lisäämiseksi 20%, virtaa tulisi myös lisätä noin 20%. Vääntömomentin pienentämiseksi 50 % päinvastoin virtaa tulisi vähentää 50 %.
Magneettisen kylläisyyden vuoksi ei kuitenkaan ole hyötyä virran kasvattamisesta yli kaksinkertaisen nimellisvirran, koska tämän pisteen jälkeen lisäkorotukset eivät lisää vääntömomenttia. Noin kymmenen kertaa nimellisvirralla toimiminen aiheuttaa roottorin demagnetoitumisen riskin.
Kaikki moottorimme on varustettu luokan B eristyksellä, joka kestää jopa 130°C lämpötiloja ennen kuin eristys alkaa huonontua. Pitkän käyttöiän varmistamiseksi suosittelemme 30 °C:n lämpötilaeron säilyttämistä sisä- ja ulkopuolelta, mikä tarkoittaa, että kotelon ulkolämpötila ei saa ylittää 100 °C.
Induktanssilla on merkittävä rooli nopeiden vääntömomenttien suorituskyvyssä. Se selittää, miksi moottoreilla ei ole loputtoman suurta vääntömomenttia. Jokaisella moottorin käämityksellä on omat induktanssi- ja resistanssiarvot. Henryinä mitattu induktanssi jaettuna ohmeilla ilmaistulla resistanssilla antaa aikavakion (sekunteina). Tämä aikavakio osoittaa, kuinka kauan kelalla kestää saavuttaa 63 % nimellisvirrastaan. Esimerkiksi, jos moottorin teho on 1 ampeeri, yhden aikavakion jälkeen kela saavuttaa noin 0,63 ampeeria. Kestää tyypillisesti noin neljästä viiteen aikavakiota, jotta käämi saavuttaa täyden virran (1 ampeeri). Koska vääntömomentti on verrannollinen virtaan, jos virta saavuttaa vain 63%, moottori tuottaa noin 63% maksimivääntömomentistaan yhden aikavakion jälkeen.
Alhaisilla nopeuksilla tämä virran kertymisen viive ei ole ongelma, koska virta voi tehokkaasti tulla käämiin ja poistua niistä nopeasti, jolloin moottori pystyy toimittamaan nimellisvääntömomenttinsa. Suurilla nopeuksilla virta ei kuitenkaan voi kasvaa tarpeeksi nopeasti ennen kuin seuraava vaihe vaihtuu, mikä vähentää vääntömomenttia.
Ohjaimen jännite vaikuttaa merkittävästi suuren nopeuden suorituskykyyn a askelmoottori . Suurempi käyttöjännitteen suhde moottorin jännitteeseen johtaa parantuneisiin suuriin nopeuksiin. Tämä johtuu siitä, että kohonneet jännitteet sallivat virran virrata käämeihin nopeammin kuin aiemmin käsitelty 63 %:n kynnys.
Kun askelmoottori siirtyy askeleesta toiseen, roottori ei pysähdy heti kohdeasentoon. Sen sijaan se liikkuu lopullisen aseman ohi, vedetään sitten taaksepäin, ylittäen vastakkaiseen suuntaan, ja jatkaa värähtelyä edestakaisin, kunnes se lopulta pysähtyy. Tämä ilmiö, jota kutsutaan 'soitoksi', esiintyy jokaisessa moottorin vaiheessa (katso interaktiivinen kaavio alla). Aivan kuten benji-köysi, roottorin liikevoima kuljettaa sen pysähdyspisteensä yli, jolloin se 'pomppii' ennen kuin se asettuu lepotilaan. Monissa tapauksissa moottoria kuitenkin kehotetaan siirtymään seuraavaan vaiheeseen ennen kuin se on täysin pysähtynyt.
Alla olevat kaaviot havainnollistavat askelmoottorin soittokäyttäytymistä erilaisissa kuormitusolosuhteissa. Kun moottoria ei kuormiteta, se soi merkittävästi, mikä tarkoittaa lisääntynyttä tärinää. Tämä liiallinen tärinä voi johtaa moottorin pysähtymiseen, kun se on joko kuormittamaton tai kevyesti kuormitettu, koska se voi menettää synkronoinnin. Siksi on tärkeää aina testata a askelmoottori sopivalla kuormalla.
Kaksi muuta kuvaajaa kuvaavat moottorin suorituskykyä kuormitettuna. Moottorin oikea kuormitus auttaa vakauttamaan sen toimintaa ja vähentämään tärinää. Ihannetapauksessa kuorman tulisi vaatia 30–70 % moottorin suurimmasta vääntömomentista. Lisäksi kuorman hitaussuhteen roottoriin tulee olla välillä 1:1 - 10:1. Lyhyempiä ja nopeampia liikkeitä varten tämä suhde on parempi olla lähempänä 1:1 - 3:1.
BesFocin sovellusasiantuntijat ja insinöörit ovat käytettävissä auttamaan oikean moottorin mitoituksessa.
A askelmoottori kokee huomattavasti lisääntynyttä värähtelyä, kun sisääntulopulssitaajuus on sama kuin sen luonnollinen taajuus, ilmiö tunnetaan nimellä resonanssi. Tämä tapahtuu usein noin 200 Hz. Resonanssissa roottorin yli- ja aliarvot vahvistuvat suuresti, mikä lisää todennäköisyyttä, että portaat puuttuvat. Vaikka erityinen resonanssitaajuus voi vaihdella kuormitusinertian mukaan, se leijuu tyypillisesti noin 200 Hz.
2-vaiheiset askelmoottorit voivat ohittaa askelmat vain neljän hengen ryhmissä. Jos huomaat askelhäviön tapahtuvan neljän kerrannaisina, se tarkoittaa, että tärinä aiheuttaa moottorin synkronoinnin menettämisen tai että kuormitus voi olla liiallinen. Toisaalta, jos ohitetut vaiheet eivät ole neljän kerrannaisia, on vahva osoitus siitä, että joko pulssilaskenta on väärä tai sähköinen kohina vaikuttaa suorituskykyyn.
Useat strategiat voivat auttaa lieventämään resonanssivaikutuksia. Yksinkertaisin tapa on välttää toimintaa resonanssinopeudella kokonaan. Koska 200 Hz vastaa noin 60 RPM 2-vaihemoottorille, se ei ole kovin suuri nopeus. Useimmat askelmoottoreiden suurin käynnistysnopeus on noin 1000 pulssia sekunnissa (pps). Siksi monissa tapauksissa voit käynnistää moottorin nopeudella, joka on suurempi kuin resonanssitaajuus.
Jos sinun on käynnistettävä moottori nopeudella, joka on alle resonanssitaajuuden, on tärkeää kiihdyttää nopeasti resonanssialueen läpi tärinän vaikutusten minimoimiseksi.
Toinen tehokas ratkaisu on käyttää pienempää askelkulmaa. Suuremmat askelkulmat johtavat yleensä suurempaan yli- ja aliampumiseen. Jos moottorilla on lyhyt matka, se ei kehitä tarpeeksi voimaa (vääntömomenttia) ylittääkseen merkittävästi. Pienentämällä askelkulmaa moottori kokee vähemmän tärinää. Tämä on yksi syy siihen, miksi puoliaskel- ja mikroaskeltekniikat vähentävät tärinää niin tehokkaasti.
Muista valita moottori kuormitusvaatimusten perusteella. Oikea moottorin koko voi parantaa yleistä suorituskykyä.
Vaimentimet ovat toinen vaihtoehto. Nämä laitteet voidaan asentaa moottorin taka-akselille absorboimaan osan värähtelyenergiasta, mikä auttaa tasoittamaan värähtelevän moottorin toimintaa kustannustehokkaalla tavalla.
Suhteellisen uusi edistysaskel askelmoottoritekniikka on 5-vaiheinen askelmoottori. Huomattavin ero 2- ja 5-vaiheisten moottoreiden välillä (katso interaktiivinen kaavio alla) on staattorin napojen määrä: 2-vaihemoottoreissa on 8 napaa (4 vaihetta kohti), kun taas 5-vaiheisissa moottoreissa on 10 napaa (2 per vaihe). Roottorin rakenne on samanlainen kuin 2-vaihemoottorissa.
2-vaiheisessa moottorissa jokainen vaihe siirtää roottoria 1/4 hammasvälillä, kun taas 5-vaiheisessa moottorissa roottori liikkuu 1/10 hammasvälistä sen suunnittelun vuoksi. Kun hammasväli on 7,2°, 5-vaihemoottorin askelkulmaksi tulee 0,72°. Tämän rakenteen ansiosta 5-vaihemoottori voi saavuttaa 500 askelta kierrosta kohti verrattuna 2-vaihemoottorin 200 askeleen kierrosta kohden, mikä tarjoaa 2,5 kertaa 2-vaiheiseen moottoriin verrattuna paremman resoluution.
Suurempi resoluutio johtaa pienempään askelkulmaan, mikä vähentää merkittävästi tärinää. Koska 5-vaiheisen moottorin askelkulma on 2,5 kertaa pienempi kuin 2-vaiheisen, se kokee paljon vähemmän soittoa ja tärinää. Molemmissa moottorityypeissä roottorin on ylitettävä tai alittava yli 3,6°, jotta askeleet jäävät huomiotta. Kun 5-vaihemoottorin askelkulma on vain 0,72°, moottorin on lähes mahdotonta ylittää tai alittaa tällaisella marginaalilla, mikä johtaa erittäin alhaiseen synkronoinnin menettämisen todennäköisyyteen.
On olemassa neljä ensisijaista ajotapaa askelmoottori s:
Wave Drive (täysi vaihe)
2 vaihetta päällä (täysi vaihe)
1-2 vaihetta päällä (puolivaihe)
Microstep
Alla olevassa kaaviossa aaltokäyttömenetelmää on yksinkertaistettu havainnollistamaan sen periaatteita. Kukin kuvassa esitetty 90° käännös edustaa 1,8° roottorin pyörimistä todellisessa moottorissa.
Aaltokäyttömenetelmässä, joka tunnetaan myös 1-vaiheisena ON-menetelmänä, vain yksi vaihe jännitetään kerrallaan. Kun A-vaihe aktivoituu, se luo etelänavan, joka vetää puoleensa roottorin pohjoisnapaa. Sitten A-vaihe kytketään pois päältä ja B-vaihe kytketään päälle, jolloin roottori pyörii 90° (1,8°), ja tämä prosessi jatkuu jokaisen vaiheen jännitteellä erikseen.
Aaltokäyttö toimii nelivaiheisella sähköjaksolla moottorin pyörittämiseksi.
'2 Phases On' -käyttömenetelmässä moottorin molemmat vaiheet ovat jatkuvasti päällä.
Kuten alla on kuvattu, jokainen 90° kierros vastaa 1,8° roottorin kiertoa. Kun molemmat A- ja B-vaiheet ovat jännitteisiä etelänapoina, roottorin pohjoisnapa vetää tasaisesti molempiin navoihin, jolloin se kohdistuu suoraan keskelle. Kun sekvenssi etenee ja vaiheet aktivoituvat, roottori pyörii säilyttääkseen kohdistuksen kahden jännitteisen navan välillä.
'2 Phases On' -menetelmä toimii nelivaiheisella sähköjaksolla moottorin pyörittämiseksi.
BesFoc-standardin 2-vaiheiset ja 2-vaiheiset M-tyypin moottorit käyttävät tätä '2 Phases On' -käyttötapaa.
'2 Phases On' -menetelmän tärkein etu '1 Phase On' -menetelmään verrattuna on vääntömomentti. '1 Phase On' -menetelmässä vain yksi vaihe aktivoituu kerrallaan, jolloin roottoriin vaikuttaa yksi vääntöyksikkö. Sitä vastoin '2 Phases On' -menetelmä aktivoi molemmat vaiheet samanaikaisesti, jolloin saadaan kaksi vääntöyksikköä. Toinen vääntömomenttivektori toimii kello 12 asennossa ja toinen kello 3 asennossa. Kun nämä kaksi vääntömomenttivektoria yhdistetään, ne luovat resultanttivektorin 45° kulmassa, jonka suuruus on 41,4 % suurempi kuin yksittäisen vektorin. Tämä tarkoittaa, että käyttämällä '2 Phases On' -menetelmää voimme saavuttaa saman askelkulman kuin '1 Phase On' -menetelmällä ja tuottaa samalla 41 % enemmän vääntöä.
Viisivaihemoottorit toimivat kuitenkin hieman eri tavalla. Sen sijaan, että käyttäisivät '2 Phases On' -menetelmää, he käyttävät '4 Phases On' -menetelmää. Tässä lähestymistavassa neljä vaihetta aktivoituu samanaikaisesti joka kerta, kun moottori ottaa askeleen.
Tämän seurauksena viisivaiheinen moottori noudattaa 10-vaiheista sähköistä järjestystä käytön aikana.
'1-2 Phases On' -menetelmä, joka tunnetaan myös nimellä half stepping, yhdistää kahden edellisen menetelmän periaatteet. Tässä lähestymistavassa aktivoimme ensin A-vaiheen, jolloin roottori kohdistuu. Pidämme A-vaiheen jännitteisenä ja aktivoimme sitten B-vaiheen. Tässä vaiheessa roottori vetää tasaisesti molempiin napoihin ja kohdistuu keskelle, mikä johtaa 45° (tai 0,9°) kiertoon. Seuraavaksi sammutamme A-vaiheen samalla, kun jatkamme B-vaiheen aktivoimista, jolloin moottori voi ottaa toisen askeleen. Tämä prosessi jatkuu vuorotellen yhden vaiheen ja kahden vaiheen virrattamisen välillä. Näin leikaamme askelkulman tehokkaasti puoleen, mikä auttaa vähentämään tärinää.
5-vaihemoottorissa käytämme samanlaista strategiaa vaihtamalla 4 vaihetta päälle ja 5 päälle.
Puolivaiheinen tila koostuu kahdeksanvaiheisesta sähköjaksosta. Kun kyseessä on viisivaiheinen moottori, joka käyttää 4-5 vaihetta päällä -menetelmää, moottori käy läpi 20-vaiheisen sähköjakson.
(Tarvittaessa voidaan lisätä lisätietoa microsteppingistä.)
Microstepping on tekniikka, jolla pienet askeleet tehdään vieläkin hienommiksi. Mitä pienemmät portaat, sitä korkeampi resoluutio ja sitä paremmat moottorin tärinäominaisuudet. Mikrovaiheessa vaihe ei ole täysin päällä eikä täysin pois päältä; sen sijaan se on osittain jännitteinen. Siniaaltoja sovelletaan sekä vaiheeseen A että vaiheeseen B vaihe-erolla 90° (tai 0,9° viiden vaiheen aikana askelmoottori ).
Kun maksimiteho syötetään vaiheeseen A, vaihe B on nollassa, jolloin roottori on kohdistettu vaiheeseen A. Kun vaiheen A virta pienenee, vaiheen B virta kasvaa, jolloin roottori voi ottaa pieniä askeleita kohti vaihetta B. Tämä prosessi jatkuu, kun virta kiertää kahden vaiheen välillä, mikä johtaa tasaiseen mikroaskelliikenteeseen.
Mikroaskelointi tuo kuitenkin haasteita, lähinnä tarkkuuden ja vääntömomentin suhteen. Koska vaiheet ovat vain osittain jännitteisiä, moottorin vääntömomentti pienenee tyypillisesti noin 30 %. Lisäksi, koska vaiheiden välinen vääntömomenttiero on minimaalinen, moottorilla saattaa olla vaikeuksia selviytyä kuormasta, mikä voi johtaa tilanteisiin, joissa moottoria käsketään liikkumaan useita askelia ennen kuin se todella alkaa liikkua. Monissa tapauksissa kooderien sisällyttäminen on välttämätöntä suljetun silmukan järjestelmän luomiseksi, vaikka tämä lisää kokonaiskustannuksia.
Avoimen piirin järjestelmät
Suljetun piirin järjestelmät
Servojärjestelmät
askelmoottorit on tyypillisesti suunniteltu avoimen silmukan järjestelmiksi. Tässä kokoonpanossa pulssigeneraattori lähettää pulsseja vaihejärjestyspiiriin. Vaihejärjestäjä määrittää, mitkä vaiheet tulee kytkeä päälle tai pois päältä, kuten aiemmin on kuvattu täysi- ja puolivaihemenetelmissä. Sekvensseri ohjaa suuritehoisia FETejä aktivoidakseen moottorin.
Avoimen silmukan järjestelmässä sijaintia ei kuitenkaan tarkisteta, mikä tarkoittaa, että ei voida varmistaa, onko moottori suorittanut käsketyn liikkeen.
Yksi yleisimmistä menetelmistä suljetun silmukan järjestelmän toteuttamiseksi on lisätä kooderi kaksoisakselisen moottorin taka-akseliin. Enkooderi koostuu ohuesta levystä, jossa on viivoja ja joka pyörii lähettimen ja vastaanottimen välillä. Joka kerta kun linja kulkee näiden kahden komponentin välillä, se tuottaa pulssin signaalilinjoille.
Nämä ulostulopulssit syötetään sitten takaisin ohjaimelle, joka laskee niitä. Tyypillisesti liikkeen lopussa ohjain vertaa kuljettajalle lähettämiensä pulssien määrää kooderista vastaanotettujen pulssien määrään. Suoritetaan tietty rutiini, jolloin, jos kaksi lukua eroavat toisistaan, järjestelmä säätää eron korjaamaan. Jos lukemat täsmäävät, se osoittaa, että virhettä ei ole tapahtunut, ja liike voi jatkua sujuvasti.
Suljetun silmukan järjestelmässä on kaksi päähaittaa: hinta (ja monimutkaisuus) ja vasteaika. Enkooderin sisällyttäminen lisää järjestelmän kokonaiskustannuksia sekä ohjaimen kehittyneempi, mikä lisää kokonaiskustannuksia. Lisäksi, koska korjaukset tehdään vasta liikkeen lopussa, tämä voi aiheuttaa viiveitä järjestelmään, mikä saattaa hidastaa vasteaikoja.
Vaihtoehto suljetun silmukan stepperijärjestelmille on servojärjestelmä. Servojärjestelmissä käytetään tyypillisesti moottoreita, joiden napaluku on pieni, mikä mahdollistaa nopean suorituskyvyn, mutta niiltä puuttuu luontainen paikannuskyky. Servon muuttamiseksi paikkalaitteeksi tarvitaan takaisinkytkentämekanismeja, joissa käytetään usein kooderia tai resolveria ohjaussilmukoiden ohella.
Servojärjestelmässä moottori aktivoituu ja deaktivoituu, kunnes ratkaisija ilmoittaa, että määritetty asento on saavutettu. Esimerkiksi, jos servoa käsketään liikkumaan 100 kierrosta, se alkaa ratkaisejan lukemalla nollasta. Moottori käy, kunnes resolverin lukema saavuttaa 100 kierrosta, jolloin se sammuu. Jos asentomuutoksia tapahtuu, moottori aktivoituu uudelleen asennon korjaamiseksi.
Servon reaktioon sijaintivirheisiin vaikuttaa vahvistusasetus. Suuri vahvistusasetus antaa moottorin reagoida nopeasti virheen muutoksiin, kun taas pieni vahvistusasetus johtaa hitaampaan vasteeseen. Vahvistusasetusten säätäminen voi kuitenkin aiheuttaa aikaviiveitä liikkeenohjausjärjestelmään, mikä vaikuttaa yleiseen suorituskykyyn.
AlphaStep on BesFocin innovatiivinen askelmoottoriratkaisu , joka sisältää integroidun resolverin, joka tarjoaa reaaliaikaista sijaintipalautetta. Tämä rakenne varmistaa, että roottorin tarkka sijainti tiedetään aina, mikä parantaa järjestelmän tarkkuutta ja luotettavuutta.
AlphaStep-ohjaimessa on tulolaskuri, joka seuraa kaikkia asemaan lähetettyjä pulsseja. Samalla resolverin palaute ohjataan roottorin asentolaskuriin, mikä mahdollistaa roottorin asennon jatkuvan seurannan. Mahdolliset poikkeamat kirjataan poikkeamalaskuriin.
Tyypillisesti moottori toimii avoimen silmukan tilassa luoden vääntömomenttivektoreita, joita moottori voi seurata. Jos poikkeamalaskuri kuitenkin osoittaa eroa, joka on suurempi kuin ±1,8°, vaihejärjestäjä aktivoi vääntömomenttivektorin vääntömomentin siirtymäkäyrän yläosassa. Tämä tuottaa suurimman vääntömomentin roottorin uudelleen kohdistamiseksi ja sen palauttamiseksi tahdistustilaan. Jos moottori on sammutettu useissa vaiheissa, sekvensseri aktivoi useita vääntömomenttivektoreita vääntömomentin siirtymäkäyrän yläpäässä. Kuljettaja pystyy käsittelemään ylikuormitusolosuhteita jopa 5 sekunnin ajan; jos se ei pysty palauttamaan synkronointia tässä ajassa, laukeaa vika ja annetaan hälytys.
AlphaStep-järjestelmän merkittävä ominaisuus on sen kyky tehdä reaaliaikaisia korjauksia mahdollisiin puuttuviin vaiheisiin. Toisin kuin perinteiset järjestelmät, jotka odottavat liikkeen loppuun korjatakseen mahdolliset virheet, AlphaStep-ohjain ryhtyy korjaaviin toimiin heti, kun roottori putoaa 1,8°:n alueen ulkopuolelle. Kun roottori on takaisin tämän rajan sisällä, ohjain palaa avoimen silmukan tilaan ja jatkaa asianmukaisten vaiheiden jännitteitä.
Oheinen kaavio havainnollistaa vääntömomentin siirtymäkäyrää korostaen järjestelmän toimintatilat – avoin silmukka ja suljettu silmukka. Vääntömomentin siirtymäkäyrä edustaa yhden vaiheen tuottamaa vääntömomenttia, joka saavuttaa suurimman vääntömomentin, kun roottorin asento poikkeaa 1,8°. Askel voidaan jättää väliin vain, jos roottori ylittää enemmän kuin 3,6°. Koska kuljettaja ottaa vääntömomenttivektorin hallintaansa aina, kun poikkeama ylittää 1,8°, moottori ei todennäköisesti jää väliin, ellei se kohtaa yli 5 sekuntia kestävää ylikuormitusta.
Monet ihmiset uskovat virheellisesti, että AlphaStep-moottorin askeltarkkuus on ±1,8°. Todellisuudessa AlphaStepin askeltarkkuus on 5 kaariminuuttia (0,083°). Kuljettaja hallitsee vääntömomenttivektoreita, kun roottori on 1,8° alueen ulkopuolella. Kun roottori osuu tälle alueelle, roottorin hampaat kohdistetaan tarkasti generoitavan momenttivektorin kanssa. AlphaStep varmistaa, että oikea hammas kohdistuu aktiiviseen vääntömomenttivektoriin.
AlphaStep-sarjasta on saatavana useita versioita. BesFoc tarjoaa sekä pyöreäakselisia että vaihteisia malleja, joissa on useita välityssuhteita, jotka joko parantavat resoluutiota ja vääntömomenttia tai minimoivat heijastuneen inertian. Useimmat versiot voidaan varustaa vikasietoisella magneettijarrulla. Lisäksi BesFoc tarjoaa 24 VDC -version nimeltä ASC-sarja.
Yhteenvetona voidaan todeta, että askelmoottorit soveltuvat erittäin hyvin paikannussovelluksiin. Ne mahdollistavat sekä etäisyyden että nopeuden tarkan hallinnan yksinkertaisesti muuttamalla pulssimäärää ja -taajuutta. Niiden korkea napaluku mahdollistaa tarkkuuden myös avoimessa tilassa käytettäessä. Kun se on oikein mitoitettu tiettyä sovellusta varten, a askelmoottori ei missaa askelia. Lisäksi askelmoottorit ovat kustannustehokas ratkaisu, koska ne eivät vaadi sijaintipalautetta.
