Mga Pagtingin: 0 May-akda: Site Editor Oras ng Pag-publish: 2025-04-18 Pinagmulan: Site
A Ang stepper motor ay isang uri ng de-koryenteng motor na gumagalaw sa tumpak at nakapirming mga hakbang sa halip na patuloy na umiikot tulad ng isang regular na motor. Karaniwan itong ginagamit sa mga application kung saan kinakailangan ang tumpak na kontrol sa posisyon, tulad ng mga 3D printer, CNC machine, robotics, at camera platform.
Ang mga stepper motor ay isang uri ng de-koryenteng motor na nagko-convert ng elektrikal na enerhiya sa rotational motion na may kapansin-pansing katumpakan. Hindi tulad ng mga regular na de-koryenteng motor, na nagbibigay ng tuluy-tuloy na pag-ikot, ang mga stepper motor ay pumipihit sa mga hiwalay na hakbang, na ginagawang perpekto ang mga ito para sa mga application na nangangailangan ng tumpak na pagpoposisyon.
Ang bawat pulso ng kuryente na ipinadala sa isang stepper motor mula sa driver nito ay nagreresulta sa isang tumpak na paggalaw-bawat pulso ay tumutugma sa isang partikular na hakbang. Ang bilis ng pag-ikot ng motor ay direktang nauugnay sa dalas ng mga pulso na ito: mas mabilis na ipinadala ang mga pulso, mas mabilis ang pag-ikot.
Isa sa mga pangunahing bentahe ng stepper motor s ay ang kanilang madaling kontrol. Karamihan sa mga driver ay nagpapatakbo gamit ang 5-volt pulses, na katugma sa mga karaniwang integrated circuit. Maaari kang magdisenyo ng circuit para makabuo ng mga pulso na ito o gumamit ng pulse generator mula sa mga kumpanya tulad ng BesFoc.
Sa kabila ng kanilang mga paminsan-minsang kamalian—ang mga karaniwang stepper motor ay may katumpakan na humigit-kumulang ± 3 arc minuto (0.05°)—ang mga error na ito ay hindi naiipon sa maraming hakbang. Halimbawa, kung ang isang karaniwang stepper motor ay gagawa ng isang hakbang, ito ay iikot ng 1.8° ± 0.05°. Kahit na pagkatapos ng isang milyong hakbang, ang kabuuang paglihis ay ± 0.05° pa rin, na ginagawang maaasahan ang mga ito para sa mga tumpak na paggalaw sa malalayong distansya.
Bukod pa rito, ang mga stepper motor ay kilala sa kanilang mabilis na pagtugon at acceleration dahil sa kanilang mababang rotor inertia, na nagbibigay-daan sa kanila upang mabilis na makamit ang mataas na bilis. Ginagawa nitong partikular na angkop ang mga ito para sa mga application na nangangailangan ng maikli, mabilis na paggalaw.
A Ang stepper motor ay gumagana sa pamamagitan ng paghahati ng isang buong pag-ikot sa isang bilang ng mga pantay na hakbang. Gumagamit ito ng mga electromagnet upang lumikha ng paggalaw sa maliliit, kontroladong mga pagdaragdag.
Ang isang stepper motor ay may dalawang pangunahing bahagi:
Stator – ang nakatigil na bahagi na may mga coils (electromagnets).
Rotor – ang umiikot na bahagi, kadalasang magnet o gawa sa bakal.
Kapag ang electric current ay dumadaloy sa stator coils, lumilikha ito ng mga magnetic field.
Ang mga patlang na ito ay umaakit sa rotor.
Sa pamamagitan ng pag-on at off ng mga coil sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod, ang rotor ay hinila nang hakbang-hakbang sa isang pabilog na paggalaw.
Sa bawat oras na ang isang coil ay pinalakas, ang rotor ay gumagalaw sa pamamagitan ng isang maliit na anggulo (tinatawag na isang hakbang).
Halimbawa, kung ang isang motor ay may 200 hakbang bawat rebolusyon, ang bawat hakbang ay gumagalaw sa rotor 1.8°.
Ang motor ay maaaring paikutin pasulong o paatras depende sa pagkakasunud-sunod ng mga pulso na ipinadala sa mga coils.
A Ang driver ng stepper motor ay nagpapadala ng mga electric pulse sa mga coils ng motor.
Ang mas maraming pulso, mas umiikot ang motor.
Ang mga microcontroller (tulad ng Arduino o Raspberry Pi) ay maaaring kontrolin ang mga driver na ito upang ilipat ang motor nang tumpak.
Ang ilustrasyon sa ibaba ay naglalarawan ng isang karaniwang stepper motor system, na binubuo ng ilang mahahalagang bahagi na nagtutulungan. Ang pagganap ng bawat elemento ay nakakaimpluwensya sa pangkalahatang pag-andar ng system.
Sa puso ng system ay ang computer o programmable logic controller (PLC). Ang bahaging ito ay gumaganap bilang utak, na kinokontrol hindi lamang ang stepper motor kundi pati na rin ang buong makina. Maaari itong magsagawa ng iba't ibang gawain, tulad ng pagtaas ng elevator o paglipat ng conveyor belt. Depende sa kumplikadong kailangan, ang controller na ito ay maaaring mula sa isang sopistikadong PC o PLC hanggang sa isang simpleng operator push button.
Susunod ay ang indexer o PLC card, na nagbibigay ng mga tiyak na tagubilin sa stepper motor . Binubuo nito ang kinakailangang bilang ng mga pulso para sa paggalaw at inaayos ang dalas ng pulso upang makontrol ang acceleration, bilis, at deceleration ng motor. Ang indexer ay maaaring maging isang standalone na unit, tulad ng BesFoc, o isang pulse generator card na nakasaksak sa isang PLC. Anuman ang anyo nito, ang sangkap na ito ay mahalaga para sa pagpapatakbo ng motor.
Ang driver ng motor ay binubuo ng apat na pangunahing bahagi:
Logic for Phase Control: Ang logic unit na ito ay tumatanggap ng mga pulso mula sa indexer at tinutukoy kung aling bahagi ng motor ang dapat i-activate. Ang pagpapasigla sa mga phase ay dapat sumunod sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod upang matiyak ang wastong pagpapatakbo ng motor.
Logic Power Supply: Ito ay isang mababang boltahe na supply na nagpapagana sa mga integrated circuit (ICs) sa loob ng driver, na karaniwang tumatakbo sa paligid ng 5 volts, batay sa chip set o disenyo.
Motor Power Supply: Ang supply na ito ay nagbibigay ng kinakailangang boltahe upang paandarin ang motor, kadalasan sa paligid ng 24 VDC, bagaman maaari itong mas mataas depende sa application.
Power Amplifier: Binubuo ang bahaging ito ng mga transistor na nagpapagana ng kasalukuyang daloy sa mga phase ng motor. Ang mga transistor na ito ay ini-on at off sa tamang pagkakasunod-sunod upang mapadali ang paggalaw ng motor.
Sa wakas, ang lahat ng mga sangkap na ito ay nagtutulungan upang ilipat ang load, na maaaring isang lead screw, isang disk, o isang conveyor belt, depende sa partikular na aplikasyon.
Mayroong tatlong pangunahing uri ng stepper motors:
Nagtatampok ang mga motor na ito ng mga ngipin sa rotor at stator ngunit walang kasamang permanenteng magnet. Bilang resulta, kulang sila ng detent torque, ibig sabihin hindi nila hawak ang kanilang posisyon kapag hindi pinalakas.
Ang mga PM stepper motor ay may permanenteng magnet sa rotor ngunit walang ngipin. Bagama't karaniwang nagpapakita sila ng hindi gaanong katumpakan sa mga anggulo ng hakbang, nagbibigay sila ng detent torque, na nagpapahintulot sa kanila na mapanatili ang posisyon kapag naka-off ang power.
Eksklusibo ang BesFoc sa Hybrid stepper motor s. Pinagsasama ng mga motor na ito ang mga magnetic na katangian ng mga permanenteng magnet na may ngipin na disenyo ng mga variable na pag-aatubili na motor. Ang rotor ay axially magnetized, ibig sabihin na sa isang tipikal na configuration, ang itaas na kalahati ay isang north pole at ang bottom half ay isang south pole.
Ang rotor ay binubuo ng dalawang tasang may ngipin, bawat isa ay may 50 ngipin. Ang mga tasang ito ay na-offset ng 3.6°, na nagbibigay-daan para sa tumpak na pagpoposisyon. Kung titingnan mula sa itaas, makikita mo na ang isang ngipin sa north pole cup ay nakahanay sa isang ngipin sa south pole cup, na lumilikha ng isang epektibong sistema ng gearing.
Ang mga hybrid na stepper motor ay gumagana sa isang two-phase construction, na ang bawat phase ay naglalaman ng apat na pole na may pagitan ng 90°. Ang bawat poste sa isang phase ay nasusugatan na ang mga pole na 180° ang pagitan ay may parehong polarity, habang ang mga polarity ay kabaligtaran para sa mga 90° ang pagitan. Sa pamamagitan ng pag-reverse ng kasalukuyang sa anumang yugto, ang polarity ng kaukulang stator pole ay maaari ding baligtarin, na nagbibigay-daan sa motor na i-convert ang anumang stator pole sa isang north o south pole.
Nagtatampok ang rotor ng stepper motor ng 50 ngipin, na may pitch na 7.2° sa pagitan ng bawat ngipin. Habang tumatakbo ang motor, maaaring mag-iba ang pagkakahanay ng mga rotor teeth sa stator teeth—partikular, maaari itong i-offset ng tatlong-kapat ng pitch ng ngipin, kalahating pitch ng ngipin, o isang quarter ng pitch ng ngipin. Kapag humakbang ang motor, natural na kumukuha ito ng pinakamaikling landas upang muling i-align ang sarili nito, na isinasalin sa paggalaw na 1.8° bawat hakbang (dahil ang 1/4 ng 7.2° ay katumbas ng 1.8°).
Torque at katumpakan sa Ang mga stepper motor ay naiimpluwensyahan ng bilang ng mga pole (ngipin). Sa pangkalahatan, ang mas mataas na bilang ng poste ay humahantong sa pinahusay na torque at katumpakan. Nag-aalok ang BesFoc ng 'High Resolution' na mga stepper motor, na may kalahating pitch ng ngipin ng kanilang mga karaniwang modelo. Ang mga high-resolution na rotor na ito ay may 100 ngipin, na nagreresulta sa isang anggulo na 3.6° sa pagitan ng bawat ngipin. Sa setup na ito, ang paggalaw ng 1/4 ng pitch ng ngipin ay tumutugma sa mas maliit na hakbang na 0.9°.
Bilang resulta, ang mga modelong 'High Resolution' ay nagbibigay ng dobleng resolution ng mga karaniwang motor, na nakakamit ng 400 hakbang bawat rebolusyon kumpara sa 200 hakbang bawat rebolusyon sa mga karaniwang modelo. Ang mas maliliit na anggulo ng hakbang ay humahantong din sa mas mababang mga vibrations, dahil ang bawat hakbang ay hindi gaanong binibigkas at mas unti-unti.
Ang diagram sa ibaba ay naglalarawan ng isang cross-section ng isang 5-phase stepper motor. Ang motor na ito ay pangunahing binubuo ng dalawang pangunahing bahagi: ang stator at ang rotor. Ang rotor mismo ay binubuo ng tatlong bahagi: rotor cup 1, rotor cup 2, at isang permanenteng magnet. Ang rotor ay magnetized sa direksyon ng ehe; halimbawa, kung ang rotor cup 1 ay itinalaga bilang north pole, rotor cup 2 ang magiging south pole.
Nagtatampok ang stator ng 10 magnetic pole, bawat isa ay nilagyan ng maliliit na ngipin at kaukulang paikot-ikot. Ang mga paikot-ikot na ito ay idinisenyo upang ang bawat isa ay konektado sa paikot-ikot ng kabaligtaran na poste. Kapag ang agos ay dumadaloy sa isang pares ng mga paikot-ikot, ang mga pole na kanilang ikinonekta ay nag-magnetize sa parehong direksyon-hilaga o timog.
Ang bawat magkasalungat na pares ng mga poste ay bumubuo ng isang bahagi ng motor. Dahil mayroong 10 magnetic pole sa kabuuan, nagreresulta ito sa limang natatanging yugto sa loob ng 5-phase na ito. stepper motor.
Mahalaga, ang bawat rotor cup ay may 50 ngipin sa kanilang panlabas na perimeter. Ang mga ngipin sa rotor cup 1 at rotor cup 2 ay mekanikal na na-offset mula sa isa't isa ng kalahating pitch ng ngipin, na nagbibigay-daan para sa tumpak na pagkakahanay at paggalaw sa panahon ng operasyon.
Ang pag-unawa sa kung paano magbasa ng speed-torque curve ay napakahalaga, dahil nagbibigay ito ng mga insight sa kung ano ang kayang abutin ng isang motor. Ang mga kurba na ito ay kumakatawan sa mga katangian ng pagganap ng isang partikular na motor kapag ipinares sa isang partikular na driver. Kapag ang motor ay gumagana, ang torque output nito ay naiimpluwensyahan ng uri ng drive at ang inilapat na boltahe. Bilang resulta, ang parehong motor ay maaaring magpakita ng makabuluhang magkakaibang mga kurba ng bilis-torque depende sa ginamit na driver.
Ibinibigay ng BesFoc ang mga curve ng bilis-torque na ito bilang isang sanggunian. Kung gagamit ka ng motor na may driver na may katulad na boltahe at kasalukuyang mga rating, maaari mong asahan ang maihahambing na pagganap. Para sa isang interactive na karanasan, mangyaring sumangguni sa speed-torque curve na ibinigay sa ibaba:
Holding Torque
Ito ang dami ng torque na ginawa ng motor kapag ito ay nakapahinga, na may rate na kasalukuyang dumadaloy sa mga windings nito.
Start/Stop Region
Isinasaad ng seksyong ito ang mga halaga ng torque at bilis kung saan ang motor ay maaaring magsimula, huminto, o mabaligtad kaagad.
Pull-In Torque
Ito ang mga halaga ng torque at bilis na nagpapahintulot sa motor na magsimula, huminto, o baligtarin habang nananatiling kasabay ng mga input pulse.
Pullout Torque
Ito ay tumutukoy sa mga halaga ng torque at bilis kung saan ang motor ay maaaring gumana nang walang stalling, pinapanatili ang pag-synchronize sa mga input phase. Kinakatawan nito ang maximum na metalikang kuwintas na maibibigay ng motor sa panahon ng operasyon.
Pinakamataas na Bilis ng Pagsisimula
Ito ang pinakamataas na bilis kung saan maaaring magsimulang tumakbo ang motor kapag walang inilapat na load.
Pinakamataas na Bilis sa Pagtakbo
Ito ay nagpapahiwatig ng pinakamabilis na bilis na maaaring makamit ng motor habang tumatakbo nang walang load.
Upang gumana sa loob ng rehiyon sa pagitan ng pull-in at pullout torque, dapat magsimula ang motor sa simula/stop na rehiyon. Habang nagsisimulang tumakbo ang motor, unti-unting tumataas ang pulso hanggang sa makamit ang nais na bilis. Upang ihinto ang motor, ang bilis ay binabawasan hanggang sa bumaba ito sa ibaba ng pull-in torque curve.
Ang metalikang kuwintas ay direktang proporsyonal sa kasalukuyang at ang bilang ng mga wire na lumiliko sa motor. Upang madagdagan ang metalikang kuwintas ng 20%, ang kasalukuyang ay dapat ding tumaas ng humigit-kumulang 20%. Sa kabaligtaran, upang bawasan ang metalikang kuwintas ng 50%, ang kasalukuyang ay dapat bawasan ng 50%.
Gayunpaman, dahil sa magnetic saturation, walang pakinabang sa pagtaas ng kasalukuyang lampas sa dalawang beses sa rate na kasalukuyang, dahil lampas sa puntong ito, ang mga karagdagang pagtaas ay hindi magpapahusay ng metalikang kuwintas. Ang pagpapatakbo ng humigit-kumulang sampung beses ang rate na kasalukuyang nagdudulot ng panganib na ma-demagnetize ang rotor.
Ang lahat ng aming mga motor ay nilagyan ng Class B insulation, na maaaring makatiis ng mga temperatura hanggang 130°C bago magsimulang bumaba ang insulation. Upang matiyak ang mahabang buhay, inirerekomenda naming panatilihin ang pagkakaiba ng temperatura na 30°C mula sa loob hanggang sa labas, ibig sabihin, ang temperatura sa labas ng case ay hindi dapat lumampas sa 100°C.
Ang inductance ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa pagganap ng high-speed na metalikang kuwintas. Ipinapaliwanag nito kung bakit ang mga motor ay hindi nagpapakita ng walang katapusang mataas na antas ng metalikang kuwintas. Ang bawat paikot-ikot ng motor ay may natatanging mga halaga ng inductance at paglaban. Ang inductance na sinusukat sa henrys, na hinati sa paglaban sa ohms, ay nagreresulta sa isang pare-parehong oras (sa mga segundo). Ipinapahiwatig ng pare-parehong oras na ito kung gaano katagal bago maabot ng coil ang 63% ng kasalukuyang na-rate nito. Halimbawa, kung ang motor ay na-rate para sa 1 amp, pagkatapos ng isang beses na pare-pareho, ang coil ay aabot sa humigit-kumulang 0.63 amps. Karaniwang tumatagal ng humigit-kumulang apat hanggang limang beses na constants para maabot ng coil ang buong kasalukuyang (1 amp). Dahil ang metalikang kuwintas ay proporsyonal sa kasalukuyang, kung ang kasalukuyang umabot lamang sa 63%, ang motor ay gagawa ng humigit-kumulang 63% ng pinakamataas na metalikang kuwintas pagkatapos ng isang beses na pare-pareho.
Sa mababang bilis, ang pagkaantala sa kasalukuyang buildup ay hindi isang isyu dahil ang kasalukuyang ay maaaring epektibong pumasok at lumabas sa mga coil nang mabilis, na nagpapahintulot sa motor na maihatid ang na-rate na torque nito. Gayunpaman, sa mataas na bilis, ang kasalukuyang ay hindi maaaring tumaas nang mabilis bago lumipat ang susunod na yugto, na nagreresulta sa pinababang metalikang kuwintas.
Ang boltahe ng driver ay makabuluhang nakakaapekto sa mataas na bilis ng pagganap ng a stepper motor . Ang isang mas mataas na ratio ng boltahe ng drive sa boltahe ng motor ay humahantong sa pinahusay na mga kakayahan sa mataas na bilis. Ito ay dahil pinahihintulutan ng mga nakataas na boltahe na dumaloy ang kasalukuyang papunta sa mga paikot-ikot na mas mabilis kaysa sa 63% na threshold na naunang tinalakay.
Kapag ang isang stepper motor ay lumipat mula sa isang hakbang patungo sa susunod, ang rotor ay hindi agad tumitigil sa target na posisyon. Sa halip, lilipat ito sa huling posisyon, pagkatapos ay iuurong, mag-overshoot sa kabilang direksyon, at patuloy na umiikot pabalik-balik hanggang sa tuluyang huminto. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito, na tinutukoy bilang 'pagri-ring,' ay nangyayari sa bawat hakbang na ginagawa ng motor (tingnan ang interactive na diagram sa ibaba). Katulad ng isang bungee cord, dinadala ito ng momentum ng rotor lampas sa stopping point nito, na nagiging sanhi upang ito ay 'bounce' bago tumira sa pahinga. Sa maraming mga kaso, gayunpaman, ang motor ay inutusang lumipat sa susunod na hakbang bago ito ganap na tumigil.
Ang mga graph sa ibaba ay naglalarawan ng pag-uugali ng pag-ring ng isang stepper motor sa ilalim ng iba't ibang kondisyon ng paglo-load. Kapag ang motor ay diskargado, ito ay nagpapakita ng makabuluhang pag-ring, na isinasalin sa pagtaas ng panginginig ng boses. Ang labis na panginginig ng boses na ito ay maaaring humantong sa paghinto ng motor kapag ito ay na-disload o bahagyang na-load, dahil maaari itong mawalan ng pag-synchronize. Samakatuwid, ito ay mahalaga na palaging subukan ang a stepper motor na may naaangkop na pagkarga.
Ang iba pang dalawang graph ay naglalarawan sa pagganap ng motor kapag na-load. Ang wastong pag-load ng motor ay nakakatulong upang patatagin ang operasyon nito at mabawasan ang panginginig ng boses. Sa isip, ang pagkarga ay dapat na nangangailangan sa pagitan ng 30% hanggang 70% ng pinakamataas na output ng metalikang kuwintas ng motor. Bilang karagdagan, ang inertia ratio ng load sa rotor ay dapat mahulog sa pagitan ng 1:1 at 10:1. Para sa mas maikli at mas mabilis na paggalaw, mas mainam na ang ratio na ito ay mas malapit sa 1:1 hanggang 3:1.
Ang mga espesyalista sa aplikasyon at inhinyero ng BesFoc ay magagamit upang tumulong sa wastong sukat ng motor.
A Ang stepper motor ay makakaranas ng makabuluhang pagtaas ng vibrations kapag ang input pulse frequency ay tumutugma sa natural na frequency nito, isang phenomenon na kilala bilang resonance. Madalas itong nangyayari sa paligid ng 200 Hz. Sa resonance, ang overshooting at undershooting ng rotor ay lubos na pinalaki, na nagdaragdag ng posibilidad ng mga nawawalang hakbang. Bagama't ang partikular na dalas ng resonant ay maaaring mag-iba sa load inertia, karaniwan itong nagho-hover sa paligid ng 200 Hz.
Ang 2-phase stepper motor ay maaari lamang makaligtaan ang mga hakbang sa mga pangkat ng apat. Kung mapapansin mo ang step loss na nangyayari sa multiple ng apat, ito ay nagpapahiwatig na ang mga vibrations ay nagiging sanhi ng pagkawala ng synchronization ng motor o na ang load ay maaaring labis. Sa kabaligtaran, kung ang mga napalampas na hakbang ay wala sa multiple ng apat, mayroong isang malakas na indikasyon na alinman sa bilang ng pulso ay hindi tama o electrical noise ay nakakaimpluwensya sa pagganap.
Ang ilang mga diskarte ay maaaring makatulong na mapagaan ang mga epekto ng resonance. Ang pinakasimpleng diskarte ay upang maiwasan ang pagpapatakbo sa matunog na bilis sa kabuuan. Dahil ang 200 Hz ay tumutugma sa humigit-kumulang 60 RPM para sa isang 2-phase na motor, ito ay hindi isang napakataas na bilis. Karamihan Ang mga stepper motor ay may pinakamataas na bilis ng pagsisimula na humigit-kumulang 1000 pulso bawat segundo (pps). Samakatuwid, sa maraming mga kaso, maaari mong simulan ang pagpapatakbo ng motor sa bilis na mas mataas kaysa sa resonant frequency.
Kung kailangan mong patakbuhin ang motor sa bilis na mas mababa sa resonant frequency, mahalagang bumilis nang mabilis sa hanay ng resonant para mabawasan ang mga epekto ng vibration.
Ang isa pang epektibong solusyon ay ang paggamit ng mas maliit na anggulo ng hakbang. Ang mas malalaking anggulo ng hakbang ay malamang na magresulta sa mas malaking pag-overshoot at pag-undershoot. Kung ang motor ay may maikling distansya sa paglalakbay, hindi ito bubuo ng sapat na puwersa (torque) upang mag-overshoot nang malaki. Sa pamamagitan ng pagbabawas ng anggulo ng hakbang, ang motor ay nakakaranas ng mas kaunting panginginig ng boses. Ito ay isang dahilan kung bakit ang mga pamamaraan ng half-stepping at microstepping ay napakabisa sa pagbabawas ng vibrations.
Siguraduhing piliin ang motor batay sa mga kinakailangan sa pagkarga. Ang wastong laki ng motor ay maaaring humantong sa mas mahusay na pangkalahatang pagganap.
Ang mga damper ay isa pang opsyon na dapat isaalang-alang. Ang mga device na ito ay maaaring ilagay sa likod na baras ng motor upang masipsip ang ilan sa vibrational na enerhiya, na tumutulong sa pakinisin ang pagpapatakbo ng isang vibrating motor sa isang cost-effective na paraan.
Isang medyo bagong pag-unlad sa Ang teknolohiya ng stepper motor ay ang 5-phase stepper motor. Ang pinakakapansin-pansing pagkakaiba sa pagitan ng 2-phase at 5-phase na motor (tingnan ang interactive na diagram sa ibaba) ay ang bilang ng mga stator pole: Ang 2-phase na motor ay may 8 pole (4 bawat phase), habang ang 5-phase na motor ay nagtatampok ng 10 pole (2 bawat phase). Ang disenyo ng rotor ay katulad ng sa isang 2-phase na motor.
Sa isang 2-phase na motor, ang bawat phase ay gumagalaw sa rotor sa pamamagitan ng 1/4 tooth pitch, habang sa isang 5-phase na motor, ang rotor ay gumagalaw ng 1/10 ng isang tooth pitch dahil sa disenyo nito. Sa pitch ng ngipin na 7.2°, ang anggulo ng hakbang para sa 5-phase na motor ay nagiging 0.72°. Binibigyang-daan ng konstruksiyon na ito ang 5-phase na motor na makamit ang 500 hakbang bawat rebolusyon, kumpara sa 2-phase na motor na 200 hakbang bawat rebolusyon, na nagbibigay ng resolusyon na 2.5 beses na mas malaki kaysa sa 2-phase na motor.
Ang isang mas mataas na resolution ay humahantong sa isang mas maliit na anggulo ng hakbang, na makabuluhang binabawasan ang vibration. Dahil ang step angle ng 5-phase na motor ay 2.5 beses na mas maliit kaysa sa 2-phase na motor, nakakaranas ito ng mas mababang pag-ring at vibrations. Sa parehong uri ng motor, ang rotor ay dapat mag-overshoot o mag-undershoot ng higit sa 3.6° upang makaligtaan ang mga hakbang. Sa anggulo ng hakbang ng 5-phase na motor na 0.72° lamang, nagiging halos imposible para sa motor na mag-overshoot o mag-undershoot ng ganoong margin, na nagreresulta sa napakababang posibilidad na mawala ang synchronization.
Mayroong apat na pangunahing paraan ng pagmamaneho para sa stepper motor s:
Wave Drive (Buong Hakbang)
2 Phase On (Buong Hakbang)
1-2 Phase On (Kalahating Hakbang)
Microstep
Sa diagram sa ibaba, ang paraan ng wave drive ay pinasimple upang ilarawan ang mga prinsipyo nito. Ang bawat 90° turn na inilalarawan sa ilustrasyon ay kumakatawan sa 1.8° ng rotor rotation sa isang tunay na motor.
Sa paraan ng wave drive, na kilala rin bilang 1-phase ON method, isang phase lang ang binibigyang lakas sa bawat pagkakataon. Kapag na-activate ang A phase, lumilikha ito ng south pole na umaakit sa north pole ng rotor. Pagkatapos, ang A phase ay naka-off at ang B phase ay naka-on, na nagiging sanhi ng rotor upang paikutin ang 90° (1.8°), at ang prosesong ito ay nagpapatuloy sa bawat phase na pinalakas nang paisa-isa.
Gumagana ang wave drive na may apat na hakbang na electrical sequence upang paikutin ang motor.
Sa paraan ng drive na '2 Phase On', ang parehong mga phase ng motor ay patuloy na pinapagana.
Gaya ng inilalarawan sa ibaba, ang bawat 90° na pagliko ay tumutugma sa isang 1.8° na pag-ikot ng rotor. Kapag ang parehong A at B phase ay pinalakas bilang mga south pole, ang north pole ng rotor ay naaakit nang pantay sa parehong mga pole, na nagiging sanhi ng direktang pagkakahanay nito sa gitna. Habang umuusad ang sequence at isinaaktibo ang mga phase, ang rotor ay iikot upang mapanatili ang pagkakahanay sa pagitan ng dalawang energized pole.
Gumagana ang pamamaraang '2 Phases On' gamit ang four-step electrical sequence upang paikutin ang motor.
Ginagamit ng karaniwang 2-phase at 2-phase na M type na motor ng BesFoc ang paraan ng drive na '2 Phase On' na ito.
Ang pangunahing bentahe ng pamamaraang '2 Phase On' sa pamamaraang '1 Phase On' ay torque. Sa pamamaraang '1 Phase On', isang phase lang ang naisaaktibo sa isang pagkakataon, na nagreresulta sa isang yunit ng torque na kumikilos sa rotor. Sa kabaligtaran, ang paraan na '2 Phase On' ay nagbibigay lakas sa parehong mga phase nang sabay-sabay, na gumagawa ng dalawang unit ng torque. Ang isang torque vector ay kumikilos sa ika-12 na posisyon at ang isa sa ika-3 na posisyon. Kapag pinagsama ang dalawang torque vector na ito, lumilikha sila ng resultang vector sa 45° anggulo na may magnitude na 41.4% na mas malaki kaysa sa isang vector. Nangangahulugan ito na ang paggamit ng pamamaraang '2 Phase On' ay nagbibigay-daan sa amin na makamit ang parehong anggulo ng hakbang gaya ng pamamaraang '1 Phase On' habang naghahatid ng 41% na higit pang torque.
Ang limang-phase na motor, gayunpaman, ay medyo naiiba. Sa halip na gamitin ang pamamaraang '2 Phase On', ginagamit nila ang paraan na '4 Phase On'. Sa diskarteng ito, apat sa mga phase ang sabay-sabay na isinaaktibo sa bawat oras na ang motor ay gagawa ng isang hakbang.
Bilang resulta, ang limang-phase na motor ay sumusunod sa isang 10-hakbang na electrical sequence sa panahon ng operasyon.
Ang pamamaraang '1-2 Phase On', na kilala rin bilang half stepping, ay pinagsasama ang mga prinsipyo ng nakaraang dalawang pamamaraan. Sa ganitong paraan, pinapasigla muna namin ang A phase, na nagiging sanhi ng pag-align ng rotor. Habang pinapanatili ang A phase na energized, pagkatapos ay i-activate namin ang B phase. Sa puntong ito, ang rotor ay pantay na naaakit sa parehong mga pole at nakahanay sa gitna, na nagreresulta sa isang pag-ikot ng 45° (o 0.9°). Susunod, pinapatay namin ang A phase habang patuloy na pinapasigla ang B phase, na nagpapahintulot sa motor na gumawa ng isa pang hakbang. Ang prosesong ito ay nagpapatuloy, na nagpapalit sa pagitan ng pagpapasigla ng isang yugto at dalawang yugto. Sa paggawa nito, epektibo naming pinuputol ang anggulo ng hakbang sa kalahati, na nakakatulong na mabawasan ang mga vibrations.
Para sa isang 5-phase na motor, gumagamit kami ng isang katulad na diskarte sa pamamagitan ng paghahalili sa pagitan ng 4 na phase sa at 5 phase sa.
Ang half-step na mode ay binubuo ng isang walong hakbang na electrical sequence. Sa kaso ng isang limang-phase na motor na gumagamit ng '4-5 Phase On' na pamamaraan, ang motor ay dumadaan sa isang 20-step na electrical sequence.
(Maaaring magdagdag ng higit pang impormasyon tungkol sa microstepping kung kinakailangan.)
Ang Microstepping ay isang pamamaraan na ginagamit upang gawing mas pino ang maliliit na hakbang. Kung mas maliit ang mga hakbang, mas mataas ang resolution at mas mahusay ang mga katangian ng vibration ng motor. Sa microstepping, ang isang yugto ay hindi ganap na naka-on o ganap na naka-off; sa halip, ito ay bahagyang pinasigla. Ang mga sine wave ay inilalapat sa Phase A at Phase B, na may pagkakaiba sa phase na 90° (o 0.9° sa limang yugto stepper motor ).
Kapag ang maximum na kapangyarihan ay inilapat sa Phase A, Phase B ay nasa zero, na nagiging sanhi ng rotor upang ihanay sa Phase A. Habang ang kasalukuyang sa Phase A ay bumababa, ang kasalukuyang sa Phase B ay tumataas, na nagpapahintulot sa rotor na gumawa ng maliliit na hakbang patungo sa Phase B. Ang prosesong ito ay nagpapatuloy habang ang kasalukuyang mga cycle sa pagitan ng dalawang phase, na nagreresulta sa makinis na microstepping motion.
Gayunpaman, ang microstepping ay nagpapakita ng ilang mga hamon, pangunahin ang tungkol sa katumpakan at metalikang kuwintas. Dahil ang mga phase ay bahagyang pinalakas lamang, ang motor ay kadalasang nakakaranas ng pagbawas ng metalikang kuwintas na humigit-kumulang 30%. Bukod pa rito, dahil ang torque differential sa pagitan ng mga hakbang ay minimal, ang motor ay maaaring mahirapan na pagtagumpayan ang isang load, na maaaring magresulta sa mga sitwasyon kung saan ang motor ay inutusang gumalaw ng ilang hakbang bago ito aktwal na magsimulang gumalaw. Sa maraming mga kaso, ang pagsasama ng mga encoder ay kinakailangan upang lumikha ng isang closed-loop system, kahit na ito ay nagdaragdag sa kabuuang gastos.
Mga Open Loop System
Mga Closed Loop System
Servo System
Ang mga stepper motor ay karaniwang idinisenyo bilang mga open loop system. Sa pagsasaayos na ito, ang isang pulse generator ay nagpapadala ng mga pulso sa phase sequencing circuit. Tinutukoy ng phase sequencer kung aling mga phase ang dapat i-on o i-off, tulad ng inilarawan dati sa buong hakbang at kalahating hakbang na mga pamamaraan. Kinokontrol ng sequencer ang mga high-power na FET para i-activate ang motor.
Gayunpaman, sa isang open loop system, walang pag-verify ng posisyon, ibig sabihin ay walang paraan upang kumpirmahin kung naisakatuparan ng motor ang iniutos na paggalaw.
Ang isa sa mga pinakakaraniwang pamamaraan para sa pagpapatupad ng closed-loop system ay sa pamamagitan ng pagdaragdag ng encoder sa back shaft ng double-shafted motor. Ang encoder ay binubuo ng isang manipis na disc na may markang mga linya na umiikot sa pagitan ng isang transmitter at isang receiver. Sa bawat oras na dumaan ang isang linya sa pagitan ng dalawang sangkap na ito, bumubuo ito ng pulso sa mga linya ng signal.
Ang mga output pulse na ito ay ibinabalik sa controller, na nagpapanatili ng bilang ng mga ito. Karaniwan, sa pagtatapos ng isang paggalaw, inihahambing ng controller ang bilang ng mga pulso na ipinadala nito sa driver sa bilang ng mga pulso na natanggap mula sa encoder. Ang isang partikular na gawain ay isinasagawa kung saan, kung ang dalawang bilang ay magkaiba, ang system ay nagsasaayos upang itama ang pagkakaiba. Kung tumugma ang mga bilang, ipinapahiwatig nito na walang naganap na error, at maaaring magpatuloy nang maayos ang paggalaw.
Ang closed-loop system ay may dalawang pangunahing disbentaha: gastos (at pagiging kumplikado) at oras ng pagtugon. Ang pagsasama ng isang encoder ay nagdaragdag sa kabuuang gastos ng system, kasama ng tumaas na pagiging sopistikado ng controller, na nag-aambag sa kabuuang gastos. Bukod pa rito, dahil ginagawa lang ang mga pagwawasto sa pagtatapos ng isang paggalaw, maaari itong magpasok ng mga pagkaantala sa system, na posibleng magpabagal sa mga oras ng pagtugon.
Ang isang alternatibo sa closed-loop stepper system ay isang servo system. Ang mga servo system ay karaniwang gumagamit ng mga motor na may mababang bilang ng poste, na nagpapagana ng mataas na bilis ng pagganap ngunit walang likas na kakayahan sa pagpoposisyon. Upang i-convert ang isang servo sa isang positional na aparato, kinakailangan ang mga mekanismo ng feedback, kadalasang gumagamit ng isang encoder o solver kasama ng mga control loop.
Sa isang servo system, ang motor ay isinaaktibo at na-deactivate hanggang sa ipahiwatig ng solver na ang isang tinukoy na posisyon ay naabot na. Halimbawa, kung inutusan ang servo na ilipat ang 100 revolutions, magsisimula ito sa bilang ng solver sa zero. Tumatakbo ang motor hanggang sa umabot sa 100 revolution ang bilang ng solver, kung saan ito ay mag-o-off. Kung mayroong anumang positional shift, muling isasaaktibo ang motor upang itama ang posisyon.
Ang tugon ng servo sa mga error sa posisyon ay naiimpluwensyahan ng isang setting ng gain. Ang isang setting ng mataas na pakinabang ay nagbibigay-daan sa motor na mabilis na mag-react sa mga pagbabago sa error, habang ang isang mababang pakinabang na setting ay nagreresulta sa isang mas mabagal na tugon. Gayunpaman, ang pagsasaayos ng mga setting ng gain ay maaaring magpasok ng mga pagkaantala sa oras sa motion control system, na nakakaapekto sa pangkalahatang pagganap.
Ang AlphaStep ay ang makabagong BesFoc stepper motor solution, na nagtatampok ng pinagsamang solver na nag-aalok ng real-time na feedback sa posisyon. Tinitiyak ng disenyo na ito na ang eksaktong posisyon ng rotor ay kilala sa lahat ng oras, na nagpapahusay sa katumpakan at pagiging maaasahan ng system.
Nagtatampok ang driver ng AlphaStep ng input counter na sumusubaybay sa lahat ng pulso na ipinadala sa drive. Sabay-sabay, ang feedback mula sa solver ay nakadirekta sa isang rotor position counter, na nagbibigay-daan para sa patuloy na pagsubaybay sa posisyon ng rotor. Ang anumang mga pagkakaiba ay naitala sa isang deviation counter.
Karaniwan, ang motor ay gumagana sa open loop mode, na bumubuo ng mga torque vectors para sundin ng motor. Gayunpaman, kung ang deviation counter ay nagpapahiwatig ng isang pagkakaiba na mas malaki sa ±1.8°, ang phase sequencer ay nag-a-activate ng torque vector sa itaas na seksyon ng torque displacement curve. Bumubuo ito ng maximum na metalikang kuwintas upang i-realign ang rotor at ibalik ito sa synchronism. Kung ang motor ay naka-off sa pamamagitan ng ilang mga hakbang, ang sequencer ay nagpapalakas ng maraming torque vectors sa mataas na dulo ng torque displacement curve. Kakayanin ng driver ang mga kondisyon ng overload hanggang sa 5 segundo; kung nabigo itong ibalik ang synchronism sa loob ng timeframe na ito, magti-trigger ang isang fault, at maglalabas ng alarm.
Ang isang kahanga-hangang tampok ng AlphaStep system ay ang kakayahang gumawa ng mga real-time na pagwawasto para sa anumang mga napalampas na hakbang. Hindi tulad ng mga tradisyunal na system na naghihintay hanggang sa katapusan ng isang paglipat upang itama ang anumang mga error, ang driver ng AlphaStep ay nagsasagawa ng pagwawasto sa sandaling bumaba ang rotor sa labas ng 1.8° range. Kapag ang rotor ay bumalik sa loob ng limitasyong ito, ang driver ay babalik sa open loop mode at ipagpapatuloy ang naaangkop na phase energizations.
Ang kasamang graph ay naglalarawan ng torque displacement curve, na nagha-highlight sa mga operational mode ng system—open loop at closed loop. Ang torque displacement curve ay kumakatawan sa torque na nabuo ng isang yugto, na nakakamit ng maximum na torque kapag ang rotor na posisyon ay lumihis ng 1.8°. Mapapalampas lang ang isang hakbang kung lumampas ang rotor ng higit sa 3.6°. Dahil kinokontrol ng driver ang torque vector sa tuwing lumalampas ang deviation sa 1.8°, malamang na hindi makaligtaan ang motor sa mga hakbang maliban kung nakakaranas ito ng overload na tumatagal ng higit sa 5 segundo.
Maraming tao ang nagkakamali na naniniwala na ang katumpakan ng hakbang ng AlphaStep motor ay ±1.8°. Sa katotohanan, ang AlphaStep ay may katumpakan ng hakbang na 5 arc minutes (0.083°). Pinamamahalaan ng driver ang mga torque vectors kapag ang rotor ay nasa labas ng 1.8° range. Sa sandaling ang rotor ay nasa loob ng saklaw na ito, ang mga rotor na ngipin ay eksaktong nakahanay sa torque vector na nabuo. Tinitiyak ng AlphaStep na ang tamang ngipin ay nakahanay sa aktibong torque vector.
Ang serye ng AlphaStep ay may iba't ibang bersyon. Nag-aalok ang BesFoc ng parehong round shaft at geared na mga modelo na may maraming ratio ng gear para mapahusay ang resolution at torque o para mabawasan ang reflected inertia. Karamihan sa mga bersyon ay maaaring nilagyan ng isang fail-safe magnetic brake. Bukod pa rito, nagbibigay ang BesFoc ng 24 VDC na bersyon na tinatawag na ASC series.
Sa konklusyon, ang mga stepper motor ay lubos na angkop para sa pagpoposisyon ng mga aplikasyon. Pinapayagan nila ang tumpak na kontrol ng parehong distansya at bilis sa pamamagitan lamang ng pag-iiba-iba ng bilang at dalas ng pulso. Ang kanilang mataas na bilang ng poste ay nagbibigay-daan sa katumpakan, kahit na gumagana sa open loop mode. Kapag wastong sukat para sa isang partikular na aplikasyon, a stepper motor ay hindi makaligtaan ang mga hakbang. Bukod dito, dahil hindi sila nangangailangan ng positional na feedback, ang mga stepper motor ay isang cost-effective na solusyon.
