צפיות: 0 מחבר: עורך האתר זמן פרסום: 2025-04-18 מקור: אֲתַר
א מנוע צעד הוא סוג של מנוע חשמלי שנע בצעדים מדויקים וקבועים במקום להסתובב ברציפות כמו מנוע רגיל. הוא נפוץ בשימוש ביישומים שבהם נדרשת בקרת מיקום מדויקת, כגון מדפסות תלת מימד, מכונות CNC, רובוטיקה ופלטפורמות מצלמה.
מנועי צעד הם סוג של מנוע חשמלי הממיר אנרגיה חשמלית לתנועה סיבובית עם דיוק יוצא דופן. בניגוד למנועים חשמליים רגילים, המספקים סיבוב רציף, מנועי צעד מסתובבים בצעדים נפרדים, מה שהופך אותם לאידיאליים עבור יישומים הדורשים מיקום מדויק.
כל פעימה של חשמל הנשלחת למנוע צעד מהנהג שלו מביאה לתנועה מדויקת - כל פולס מתאים לצעד מסוים. המהירות שבה המנוע מסתובב תואמת ישירות לתדירות הפולסים הללו: ככל שהפולסים נשלחים מהר יותר, הסיבוב מהיר יותר.
אחד היתרונות המרכזיים של מנוע צעדים הוא השליטה הקלה שלהם. רוב הדרייברים פועלים עם פולסים של 5 וולט, התואמים למעגלים משולבים נפוצים. אתה יכול לתכנן מעגל ליצירת פולסים אלה או להשתמש במחולל פולסים מחברות כמו BesFoc.
למרות אי הדיוקים המזדמנים שלהם - למנועי צעד סטנדרטיים יש דיוק של כ-3 דקות קשת בערך (0.05°) - שגיאות אלו אינן מצטברות במספר שלבים. לדוגמה, אם מנוע צעד סטנדרטי עושה צעד אחד, הוא יסתובב 1.8° ± 0.05°. אפילו לאחר מיליון צעדים, הסטייה הכוללת היא עדיין רק ± 0.05°, מה שהופך אותם לאמינים לתנועות מדויקות למרחקים ארוכים.
בנוסף, מנועי צעד ידועים בתגובה ובהאצה המהירה שלהם בשל אינרציית הרוטור הנמוכה שלהם, המאפשרת להם להגיע למהירויות גבוהות במהירות. זה הופך אותם למתאימים במיוחד עבור יישומים הדורשים תנועות קצרות ומהירות.
א מנוע צעד פועל על ידי חלוקת סיבוב מלא למספר שלבים שווים. הוא משתמש באלקטרומגנטים כדי ליצור תנועה במרווחים קטנים ומבוקרים.
למנוע צעדים יש שני חלקים עיקריים:
סטטור - החלק הנייח עם סלילים (אלקטרומגנטים).
רוטור – החלק המסתובב, לרוב מגנט או עשוי מברזל.
כאשר זרם חשמלי זורם דרך סלילי הסטטור, הוא יוצר שדות מגנטיים.
שדות אלה מושכים את הרוטור.
על ידי הפעלה וכיבוי של הסלילים ברצף מסוים, הרוטור נמשך צעד אחר צעד בתנועה מעגלית.
בכל פעם שסליל מופעל, הרוטור נע בזווית קטנה (המכונה צעד).
לדוגמה, אם למנוע יש 200 צעדים לכל סיבוב, כל צעד מזיז את הרוטור ב-1.8 מעלות.
המנוע יכול להסתובב קדימה או אחורה בהתאם לסדר הפולסים הנשלחים לסלילים.
א נהג מנוע צעד שולח פולסים חשמליים לסלילי המנוע.
ככל שיותר פולסים, כך המנוע מסתובב יותר.
מיקרו-בקרים (כמו Arduino או Raspberry Pi) יכולים לשלוט בדרייברים האלה כדי להזיז את המנוע בצורה מדויקת.
האיור שלהלן מתאר מערכת מנועי צעד סטנדרטית, המורכבת ממספר רכיבים חיוניים הפועלים יחד. הביצועים של כל רכיב משפיעים על הפונקציונליות הכוללת של המערכת.
בליבה של המערכת נמצא המחשב או הבקר הלוגי הניתן לתכנות (PLC). רכיב זה פועל כמו המוח, השולט לא רק במנוע הצעד אלא גם במכונה כולה. הוא יכול לבצע משימות שונות, כמו הרמת מעלית או הזזת מסוע. בהתאם למורכבות הדרושה, בקר זה יכול לנוע ממחשב או PLC מתוחכם ועד לחצן מפעיל פשוט.
הבא הוא האינדקס או כרטיס ה-PLC, המעביר הוראות ספציפיות ל- מנוע צעד . הוא מייצר את המספר הדרוש של פולסים לתנועה ומתאים את תדירות הדופק כדי לשלוט בתאוצה, מהירות והאטה של המנוע. האינדקס יכול להיות יחידה עצמאית, כמו BesFoc, או כרטיס מחולל פעימות שמתחבר ל-PLC. ללא קשר לצורתו, רכיב זה חיוני לפעולת המנוע.
הנהג המנוע מורכב מארבעה חלקים מרכזיים:
לוגיקה לבקרת פאזה: יחידה לוגית זו מקבלת פולסים מהאינדקס וקובעת איזה שלב של המנוע צריך להיות מופעל. הפעלת השלבים חייבת לבצע רצף מסוים כדי להבטיח פעולת מנוע תקינה.
ספק כוח לוגי: זהו ספק מתח נמוך שמניע את המעגלים המשולבים (ICs) בתוך הדרייבר, הפועל בדרך כלל סביב 5 וולט, בהתבסס על ערכת השבבים או העיצוב.
ספק כוח מנוע: ספק זה מספק את המתח הדרוש להנעת המנוע, בדרך כלל סביב 24 VDC, אם כי הוא יכול להיות גבוה יותר בהתאם ליישום.
מגבר כוח: רכיב זה מורכב מטרנזיסטורים המאפשרים לזרם לזרום דרך שלבי המנוע. טרנזיסטורים אלו מופעלים ומכבים ברצף הנכון כדי להקל על תנועת המנוע.
לבסוף, כל הרכיבים הללו פועלים יחד כדי להזיז את העומס, שיכול להיות בורג עופרת, דיסק או מסוע, בהתאם ליישום הספציפי.
ישנם שלושה סוגים עיקריים של מנועי צעד:
מנועים אלו כוללים שיניים על הרוטור והסטטור אך אינם כוללים מגנט קבוע. כתוצאה מכך, חסר להם מומנט עצירה, כלומר הם אינם מחזיקים את עמדתם כאשר אינם מופעלים.
למנועי צעד PM יש מגנט קבוע על הרוטור אך אין להם שיניים. למרות שהם בדרך כלל מפגינים פחות דיוק בזוויות הצעדים, הם מספקים מומנט עצירה, ומאפשר להם לשמור על מיקום כאשר הכוח כבוי.
BesFoc מתמחה אך ורק בהיברידית מנוע צעד s. מנועים אלה ממזגים את התכונות המגנטיות של מגנטים קבועים עם עיצוב השיניים של מנועים עם חוסר רצון משתנה. הרוטור ממוגנט צירית, כלומר בתצורה טיפוסית, החצי העליון הוא קוטב צפוני והחצי התחתון הוא קוטב דרומי.
הרוטור מורכב משתי כוסות שיניים שלכל אחת 50 שיניים. כוסות אלו מאופיינות ב-3.6°, מה שמאפשר מיקום מדויק. במבט מלמעלה, ניתן לראות כי שן בכוס הקוטב הצפוני מתיישרת עם שן בכוס הקוטב הדרומי, ויוצרת מערכת הילוכים יעילה.
מנועי צעד היברידיים פועלים במבנה דו-פאזי, כאשר כל שלב מכיל ארבעה קטבים המרוחקים זה מזה ב-90 מעלות. כל קוטב בפאזה מפותל כך שלקטבים המרוחקים 180° זה מזה יש קוטביות זהה, בעוד שהקוטביות מנוגדת לאלה המרוחקים 90° זה מזה. על ידי היפוך הזרם בכל שלב, ניתן גם להפוך את הקוטביות של קוטב הסטטור המתאים, מה שמאפשר למנוע להפוך כל קוטב סטטור לקוטב צפוני או דרומי.
הרוטור של מנוע הצעד כולל 50 שיניים, עם רווח של 7.2° בין כל שן. כאשר המנוע פועל, היישור של שיני הרוטור עם שיני הסטטור יכול להשתנות - באופן ספציפי, ניתן לקזז אותו בשלושה רבעי גובה שיניים, חצי גובה שן או רבע גובה שן. כאשר המנוע צועד, הוא כמובן לוקח את הדרך הקצרה ביותר כדי ליישר את עצמו מחדש, מה שמתורגם לתנועה של 1.8° לכל צעד (שכן 1/4 מתוך 7.2° שווה ל-1.8°).
מומנט ודיוק ב מנועי צעד מושפעים ממספר הקטבים (שיניים). בדרך כלל, ספירת מוטות גבוהה יותר מובילה לשיפור מומנט ודיוק. BesFoc מציעה מנועי צעד מסוג 'רזולוציה גבוהה', בעלי חצי מגובה השיניים מהדגמים הסטנדרטיים שלהם. לרוטורים ברזולוציה גבוהה אלה 100 שיניים, וכתוצאה מכך זווית של 3.6 מעלות בין כל שן. עם הגדרה זו, תנועה של 1/4 מגובה השן מתאימה לצעד קטן יותר של 0.9°.
כתוצאה מכך, דגמי ה'רזולוציה גבוהה' מספקים רזולוציה כפולה של מנועים סטנדרטיים, ומשיגים 400 צעדים לכל סיבוב לעומת 200 צעדים לכל סיבוב בדגמים הסטנדרטיים. זוויות צעד קטן יותר מובילות גם לרעידות נמוכות יותר, שכן כל צעד פחות בולט ויותר הדרגתי.
התרשים שלהלן ממחיש חתך של מנוע צעד 5 פאזי. מנוע זה מורכב בעיקר משני חלקים עיקריים: הסטטור והרוטור. הרוטור עצמו מורכב משלושה מרכיבים: כוס רוטור 1, כוס רוטור 2 ומגנט קבוע. הרוטור ממוגנט בכיוון הצירי; לדוגמה, אם כוס הרוטור 1 מוגדרת כקוטב הצפוני, כוס הרוטור 2 תהיה הקוטב הדרומי.
הסטטור כולל 10 קטבים מגנטיים, כל אחד מצויד בשיניים קטנות ובפיתולים תואמים. פיתולים אלו מתוכננים כך שכל אחד מהם מחובר לליפוף הקוטב הנגדי שלו. כאשר זרם זורם דרך זוג פיתולים, הקטבים שהם מחברים מתמגנטים לאותו כיוון - צפון או דרום.
כל זוג קטבים מנוגדים יוצר שלב אחד של המנוע. בהתחשב בכך שיש 10 קטבים מגנטיים בסך הכל, זה מביא לחמישה שלבים נפרדים בתוך 5 פאזות זה מנוע צעד.
חשוב לציין, לכל כוס רוטור יש 50 שיניים לאורך ההיקף החיצוני שלהם. השיניים בכוס הרוטור 1 ובכוס הרוטור 2 מכווצות זו מזו באופן מכני בחצי גובה שיניים, מה שמאפשר יישור ותנועה מדויקים במהלך הפעולה.
ההבנה כיצד לקרוא עקומת מהירות-מומנט היא קריטית, מכיוון שהיא מספקת תובנות לגבי מה שמנוע מסוגל להשיג. עקומות אלו מייצגות את מאפייני הביצועים של מנוע ספציפי כאשר הוא משויך עם דרייבר מסוים. ברגע שהמנוע פועל, תפוקת המומנט שלו מושפעת מסוג הכונן והמתח המופעל. כתוצאה מכך, אותו מנוע יכול להציג עקומות מהירות-מומנט שונות באופן משמעותי בהתאם לנהג המשמש.
BesFoc מספק את עקומות מהירות-מומנט אלה כהתייחסות. אם אתה משתמש במנוע עם דרייבר בעל דירוג מתח וזרם דומים, אתה יכול לצפות לביצועים דומים. לחוויה אינטראקטיבית, עיין בעקומת המהירות-מומנט המופיעה להלן:
מומנט החזקה
זהו כמות המומנט שמפיק המנוע כשהוא במצב מנוחה, כאשר הזרם הנקוב זורם דרך פיתוליו.
אזור התחלה/עצירה
סעיף זה מציין את ערכי המומנט והמהירות שבהם המנוע יכול להתניע, לעצור או להפוך באופן מיידי.
מומנט משיכה
אלו הם ערכי המומנט והמהירות המאפשרים למנוע להתניע, לעצור או להפוך לאחור תוך שהוא נשאר בסינכרון עם פעימות הכניסה.
מומנט משיכה
זה מתייחס לערכי המומנט והמהירות שבהם המנוע יכול לפעול מבלי להיעצר, תוך שמירה על סנכרון עם שלבי הקלט. הוא מייצג את המומנט המרבי שהמנוע יכול לספק במהלך הפעולה.
מהירות התחלה מקסימלית
זוהי המהירות הגבוהה ביותר שבה המנוע יכול להתחיל לפעול כאשר אין עומס מופעל.
מהירות ריצה מקסימלית
זה מציין את המהירות המהירה ביותר שהמנוע יכול להשיג בזמן ריצה ללא עומס.
כדי לפעול בתוך האזור שבין מומנט המשיכה והשליפה, המנוע חייב להתחיל תחילה באזור ההתחלה/עצירה. כשהמנוע מתחיל לפעול, קצב הדופק מוגבר בהדרגה עד להשגת המהירות הרצויה. כדי לעצור את המנוע, המהירות מופחתת עד שהיא יורדת מתחת לעקומת מומנט המשיכה.
המומנט עומד ביחס ישר לזרם ולמספר סיבובי החוט במנוע. כדי להגדיל את המומנט ב-20%, יש להגדיל גם את הזרם בכ-20%. לעומת זאת, כדי להקטין את המומנט ב-50%, יש להפחית את הזרם ב-50%.
עם זאת, בשל הרוויה המגנטית, אין שום תועלת בהגדלת הזרם מעבר לכפול מהזרם הנקוב, שכן מעבר לנקודה זו, עליות נוספות לא יעצימו את המומנט. הפעלה של בערך פי עשרה מהזרם הנקוב מהווה סיכון של דה-מגנטיות של הרוטור.
כל המנועים שלנו מצוידים בבידוד Class B, שיכול לעמוד בטמפרטורות של עד 130 מעלות צלזיוס לפני שהבידוד מתחיל להתקלקל. כדי להבטיח אריכות ימים, אנו ממליצים לשמור על הפרש טמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס מהפנים אל החוץ, כלומר טמפרטורת המארז החיצוני לא תעלה על 100 מעלות צלזיוס.
השראות משחקת תפקיד משמעותי בביצועי מומנט במהירות גבוהה. זה מסביר מדוע מנועים אינם מציגים רמות גבוהות אינסופיות של מומנט. לכל סלילה של המנוע יש ערכים ברורים של השראות והתנגדות. השראות הנמדדת בהנריס, חלקי ההתנגדות באוהם, מביאה לקבוע זמן (בשניות). קבוע זמן זה מציין כמה זמן לוקח לסליל להגיע ל-63% מהזרם הנקוב שלו. לדוגמה, אם המנוע מדורג ל-1 אמפר, לאחר קבוע זמן אחד, הסליל יגיע לכ-0.63 אמפר. זה בדרך כלל לוקח בערך ארבעה עד חמישה קבועי זמן עד שהסליל מגיע לזרם מלא (1 אמפר). מכיוון שהמומנט פרופורציונלי לזרם, אם הזרם מגיע רק ל-63%, המנוע יפיק כ-63% מהמומנט המרבי שלו לאחר קבוע זמן אחד.
במהירויות נמוכות, עיכוב זה בהצטברות הזרם אינו מהווה בעיה מכיוון שהזרם יכול להיכנס ולצאת ביעילות מהסלילים במהירות, מה שמאפשר למנוע לספק את המומנט הנקוב שלו. עם זאת, במהירויות גבוהות, הזרם לא יכול לעלות מספיק מהר לפני המעבר של הפאזה הבאה, וכתוצאה מכך מומנט מופחת.
מתח הנהג משפיע באופן משמעותי על הביצועים המהירים של א מנוע צעד . יחס גבוה יותר בין מתח ההנעה למתח המנוע מוביל לשיפור יכולות המהירות. הסיבה לכך היא שמתחים גבוהים מאפשרים לזרם לזרום לתוך הפיתולים מהר יותר מהסף של 63% שנדון קודם לכן.
כאשר מנוע צעד עובר ממדרגה אחת לאחרת, הרוטור אינו עוצר באופן מיידי במיקום המטרה. במקום זאת, הוא עובר את המיקום הסופי, ואז נמשך לאחור, חוט בכיוון ההפוך, וממשיך לנוע קדימה ואחורה עד שהוא נעצר בסופו של דבר. תופעה זו, המכונה 'צלצול', מתרחשת בכל צעד שהמנוע עושה (ראה את הדיאגרמה האינטראקטיבית למטה). בדומה לחוט בנג'י, המומנטום של הרוטור נושא אותו אל מעבר לנקודת העצירה שלו, וגורם לו 'לקפוץ' לפני שהוא מתיישב במנוחה. עם זאת, במקרים רבים המנוע מקבל הוראה לעבור לשלב הבא לפני שהוא נעצר לחלוטין.
הגרפים שלהלן ממחישים את התנהגות הצלצול של מנוע צעד בתנאי טעינה שונים. כאשר המנוע פורק, הוא מפגין צלצולים משמעותיים, המתורגמים לרטט מוגבר. רטט מוגזם זה עלול להוביל לעצירת המנוע כשהוא פרוק או בעומס קל, מכיוון שהוא עלול לאבד סנכרון. לכן, חיוני לבדוק תמיד את א מנוע צעד עם עומס מתאים.
שני הגרפים האחרים מתארים את ביצועי המנוע כשהוא טעון. העמסה נכונה של המנוע עוזרת לייצב את פעולתו ולהפחית את הרטט. באופן אידיאלי, העומס צריך לדרוש בין 30% ל-70% מתפוקת המומנט המקסימלית של המנוע. בנוסף, יחס האינרציה של העומס לרוטור צריך ליפול בין 1:1 ל-10:1. לתנועות קצרות ומהירות יותר, עדיף שהיחס הזה יהיה קרוב יותר ל-1:1 עד 3:1.
מומחי היישום והמהנדסים של BesFoc זמינים לעזור בגודל המנוע הנכון.
א מנוע צעד יחווה רעידות מוגברות באופן משמעותי כאשר תדר פעימות הקלט עולה בקנה אחד עם התדר הטבעי שלו, תופעה המכונה תהודה. זה קורה לעתים קרובות בסביבות 200 הרץ. בעת תהודה, החריגה והתת-סריקה של הרוטור מועצמות מאוד, מה שמגדיל את הסבירות לחסר של צעדים. בעוד שתדר התהודה הספציפי יכול להשתנות עם אינרציית העומס, הוא בדרך כלל מרחף סביב 200 הרץ.
מנועי צעד דו-פאזיים יכולים להחמיץ שלבים רק בקבוצות של ארבעה. אם אתה מבחין באובדן שלבים המתרחש בכפולות של ארבע, זה מצביע על כך שהרעידות גורמות למנוע לאבד סנכרון או שהעומס עשוי להיות מוגזם. לעומת זאת, אם שלבים שהוחמצו אינם בכפולות של ארבע, יש אינדיקציה חזקה לכך שספירת הדופקים אינה נכונה או שרעש חשמלי משפיע על הביצועים.
מספר אסטרטגיות יכולות לסייע בהפחתת השפעות התהודה. הגישה הפשוטה ביותר היא להימנע לחלוטין מהפעלה במהירות התהודה. מכיוון ש-200 הרץ מקבילים לכ-60 סל'ד עבור מנוע דו-פאזי, זו לא מהירות גבוהה במיוחד. רוֹב למנועי צעד יש מהירות התחלה מקסימלית של בסביבות 1000 פולסים לשנייה (pps). לכן, במקרים רבים, אתה יכול ליזום את פעולת המנוע במהירות גבוהה יותר מתדר התהודה.
אם אתה צריך להפעיל את המנוע במהירות שהיא מתחת לתדר התהודה, חשוב להאיץ במהירות בטווח התהודה כדי למזער את השפעות הרטט.
פתרון יעיל נוסף הוא שימוש בזווית צעדים קטנה יותר. זוויות צעדים גדולות יותר נוטות לגרום לחריגת יתר ותת-חיתוך גדולים יותר. אם למנוע יש מרחק קצר לנסוע, הוא לא יפיק מספיק כוח (מומנט) כדי לחרוג משמעותית. על ידי הפחתת זווית הצעד, המנוע חווה פחות רטט. זו אחת הסיבות לכך שטכניקות חצי צעדים ומיקרו-סטפינג יעילות כל כך בהפחתת רעידות.
הקפד לבחור את המנוע בהתאם לדרישות העומס. גודל מנוע נכון יכול להוביל לביצועים כלליים טובים יותר.
בולמים הם אפשרות נוספת לשקול. ניתן להרכיב התקנים אלה על הציר האחורי של המנוע כדי לספוג חלק מאנרגיית הרטט, ולעזור להחליק את פעולתו של מנוע רוטט באופן חסכוני.
התקדמות חדשה יחסית בתחום טכנולוגיית מנוע צעד היא מנוע צעד 5 פאזי. ההבדל הבולט ביותר בין מנועים דו-פאזיים ל-5-פאזיים (ראה תרשים אינטראקטיבי להלן) הוא מספר קטבי הסטטור: למנועים דו-פאזיים 8 קטבים (4 לפאזה), בעוד למנועי 5-פאזי יש 10 קטבים (2 לכל שלב). עיצוב הרוטור דומה לזה של מנוע דו-פאזי.
במנוע דו-פאזי, כל פאזה מזיזה את הרוטור ב-1/4 גובה שן, בעוד שבמנוע 5-פאזי, הרוטור זז 1/10 גובה שן בשל עיצובו. עם גובה שיניים של 7.2 מעלות, זווית הצעד עבור מנוע 5-פאזי הופכת ל-0.72 מעלות. בנייה זו מאפשרת למנוע הדו-פאזי להגיע ל-500 צעדים לכל סיבוב, לעומת 200 צעדים לכל סיבוב של המנוע הדו-פאזי, המספקים רזולוציה גדולה פי 2.5 מזו של המנוע הדו-פאזי.
רזולוציה גבוהה יותר מובילה לזווית צעד קטנה יותר, מה שמפחית משמעותית את הרטט. מכיוון שזווית הצעד של המנוע הדו-פאזי קטנה פי 2.5 מזו של המנוע הדו-פאזי, הוא חווה צלצולים ורעידות נמוכים בהרבה. בשני סוגי המנועים, הרוטור חייב לעלות על או להחמיץ יותר מ-3.6° כדי להחמיץ שלבים. עם זווית הצעד של המנוע ה-5-פאזי של 0.72° בלבד, זה הופך כמעט בלתי אפשרי עבור המנוע לחרוג או לחרוג בפער כזה, וכתוצאה מכך סבירות נמוכה מאוד לאיבוד סנכרון.
קיימות ארבע שיטות כונן ראשוניות עבור מנוע צעדים :
Wave Drive (שלב מלא)
2 שלבים מופעל (שלב מלא)
1-2 שלבים מופעלים (חצי שלב)
מיקרוסטפ
בתרשים שלהלן, שיטת הנעת הגל מפושטת כדי להמחיש את העקרונות שלה. כל סיבוב של 90° המתואר באיור מייצג 1.8° של סיבוב הרוטור במנוע אמיתי.
בשיטת הנעת גל, הידועה גם כשיטת 1-phase ON, רק שלב אחד מופעל בכל פעם. כאשר שלב A מופעל, הוא יוצר קוטב דרומי המושך את הקוטב הצפוני של הרוטור. לאחר מכן, שלב A כבוי ושלב B מופעל, מה שגורם לסיבוב של הרוטור ב-90° (1.8°), ותהליך זה ממשיך עם כל שלב מופעל בנפרד.
כונן הגל פועל עם רצף חשמלי בן ארבעה שלבים כדי לסובב את המנוע.
בשיטת ההנעה '2 Phases On', שני השלבים של המנוע מופעלים ברציפות.
כפי שמוצג להלן, כל סיבוב של 90 מעלות מתאים לסיבוב של 1.8 מעלות. כאשר שני השלבים A ו-B מופעלים כקטבים דרומיים, הקוטב הצפוני של הרוטור נמשך באופן שווה לשני הקטבים, מה שגורם לו להתיישר ישירות באמצע. ככל שהרצף מתקדם והשלבים מופעלים, הרוטור יסתובב כדי לשמור על יישור בין שני הקטבים המופעלים.
שיטת '2 Phases On' פועלת באמצעות רצף חשמלי בן ארבעה שלבים לסיבוב המנוע.
המנועים הסטנדרטיים הדו-פאזיים והדו-פאזיים מסוג M של BesFoc משתמשים בשיטת ההנעה של '2 Phases On' זו.
היתרון העיקרי של שיטת '2 Phases On' על פני שיטת '1 Phase On' הוא מומנט. בשיטת '1 Phase On', רק שלב אחד מופעל בכל פעם, וכתוצאה מכך פועלת יחידת מומנט בודדת על הרוטור. לעומת זאת, שיטת '2 Phases On' מפעילה את שני השלבים בו-זמנית, ומייצרת שתי יחידות מומנט. וקטור מומנט אחד פועל במצב השעה 12 והשני במצב השעה 3. כאשר שני וקטורי המומנט משולבים, הם יוצרים וקטור תוצאה בזווית של 45° עם גודל שגדול ב-41.4% מזה של וקטור בודד. המשמעות היא ששימוש בשיטת '2 Phases On' מאפשר לנו להשיג את אותה זווית צעד כמו שיטת '1 Phase On' תוך אספקת מומנט של 41% יותר.
מנועי חמישה פאזים, לעומת זאת, פועלים בצורה שונה במקצת. במקום להשתמש בשיטת '2 Phases On', הם משתמשים בשיטת '4 Phases On'. בגישה זו, ארבעה מהשלבים מופעלים בו-זמנית בכל פעם שהמנוע עושה צעד.
כתוצאה מכך, מנוע חמשת השלבים עוקב אחר רצף חשמלי בן 10 שלבים במהלך הפעולה.
שיטת '1-2 Phases On', המכונה גם חצי דריכה, משלבת את העקרונות של שתי השיטות הקודמות. בגישה זו, אנו מפעילים תחילה את שלב A, מה שגורם לרוטור להתיישר. תוך שמירה על אנרגיה של שלב A, אנו מפעילים את שלב B. בשלב זה, הרוטור נמשך באותה מידה לשני הקטבים ומתיישר באמצע, וכתוצאה מכך סיבוב של 45° (או 0.9°). לאחר מכן, אנו מכבים את שלב A תוך כדי המשך הפעלת שלב B, מה שמאפשר למנוע לעשות צעד נוסף. תהליך זה נמשך, לסירוגין בין הפעלת שלב אחד לשני שלבים. על ידי כך, אנו למעשה חותכים את זווית הצעד לשניים, מה שעוזר להפחית רעידות.
עבור מנוע בעל 5 פאזות, אנו משתמשים באסטרטגיה דומה על ידי החלפה בין 4 שלבים להפעלה ו-5 פאזות.
מצב חצי הצעד מורכב מרצף חשמלי בן שמונה שלבים. במקרה של מנוע חמישה פאזי בשיטת '4-5 Phases On', המנוע עובר רצף חשמלי בן 20 שלבים.
(ניתן להוסיף מידע נוסף על microstepping במידת הצורך.)
Microstepping היא טכניקה המשמשת להפיכת צעדים קטנים יותר עדינים עוד יותר. ככל שהצעדים קטנים יותר, הרזולוציה גבוהה יותר ומאפייני הרטט של המנוע טובים יותר. ב-microstepping, שלב אינו מופעל או כבוי לחלוטין; במקום זאת, הוא נמרץ חלקית. גלי סינוס מופעלים הן על שלב A והן על שלב ב', עם הפרש פאזה של 90° (או 0.9° בחמש פאזות מנוע צעד ).
כאשר ההספק המרבי מופעל על שלב A, שלב B נמצא באפס, מה שגורם לרוטור להתיישר עם שלב A. ככל שהזרם לשלב A פוחת, הזרם לשלב B גדל, מה שמאפשר לרוטור לבצע צעדים זעירים לקראת שלב B. תהליך זה ממשיך כשהזרם עובר מחזורי בין שני השלבים, וכתוצאה מכך תנועת מיקרו-צעד חלקה.
עם זאת, microstepping אכן מציג כמה אתגרים, בעיקר בנוגע לדיוק ומומנט. מכיוון שהשלבים מופעלים רק באופן חלקי, המנוע חווה בדרך כלל הפחתת מומנט של כ-30%. בנוסף, מכיוון שהפרש המומנט בין השלבים הוא מינימלי, המנוע עלול להתקשה להתגבר על עומס, מה שעלול לגרום למצבים שבהם המנוע נצטווה לנוע מספר שלבים לפני שהוא מתחיל לזוז בפועל. במקרים רבים, יש צורך בשילוב מקודדים כדי ליצור מערכת בלולאה סגורה, אם כי זה מוסיף לעלות הכוללת.
מערכות לולאה פתוחות מערכות
מערכות לולאה סגורות
סרוו
מנועי צעד מתוכננים בדרך כלל כמערכות לולאה פתוחה. בתצורה זו, מחולל פולסים שולח פולסים למעגל רצף הפאזות. רצף השלב קובע אילו פאזות יש להפעיל או לכבות, כפי שתואר קודם לכן בשיטות השלבים המלאים וחצי הצעדים. הרצף שולט ב-FETs בעלי הספק גבוה כדי להפעיל את המנוע.
עם זאת, במערכת לולאה פתוחה, אין אימות של מיקום, כלומר אין דרך לאשר אם המנוע ביצע את תנועת הפקודה.
אחת השיטות הנפוצות ביותר להטמעת מערכת לולאה סגורה היא על ידי הוספת מקודד לציר האחורי של מנוע דו-ציר. המקודד מורכב מדיסק דק מסומן בקווים המסתובב בין משדר למקלט. בכל פעם שקו עובר בין שני הרכיבים הללו, הוא יוצר פולס על קווי האות.
פולסי פלט אלה מוזנים לאחר מכן אל הבקר, אשר שומר עליהם ספירה. בדרך כלל, בסוף תנועה, הבקר משווה את מספר הפולסים שהוא שלח לנהג עם מספר הפולסים המתקבלים מהמקודד. מתבצעת שגרה ספציפית לפיה, אם שתי הספירות שונות, המערכת מתאימה את עצמה כדי לתקן את הפער. אם הספירות תואמות, זה מציין שלא התרחשה שגיאה, והתנועה יכולה להמשיך בצורה חלקה.
מערכת הלולאה הסגורה מגיעה עם שני חסרונות עיקריים: עלות (ומורכבות) וזמן תגובה. הכללת מקודד מוסיפה להוצאה הכוללת של המערכת, יחד עם התחכום המוגבר של הבקר, התורם לעלות הכוללת. בנוסף, מכיוון שהתיקונים מבוצעים רק בסוף תנועה, הדבר עלול להכניס עיכובים למערכת, שעלולים להאט את זמני התגובה.
חלופה למערכות סטפר בלולאה סגורה היא מערכת סרוו. מערכות סרוו משתמשות בדרך כלל במנועים עם ספירת מוטות נמוכה, המאפשרות ביצועים במהירות גבוהה אך חסרות יכולת מיקום אינהרנטית. כדי להמיר סרוו להתקן מיקום, יש צורך במנגנוני משוב, לרוב באמצעות מקודד או פותר יחד עם לולאות בקרה.
במערכת סרוו, המנוע מופעל ומושבת עד שהרזולבר מציין שהושג מיקום מוגדר. לדוגמה, אם הסרוו מקבל הוראה לנוע 100 סיבובים, הוא מתחיל עם ספירת הפותר באפס. המנוע פועל עד שספירת הרזולוברים מגיעה ל-100 סיבובים, ובשלב זה הוא נכבה. אם יש שינוי מיקום כלשהו, המנוע מופעל מחדש כדי לתקן את המיקום.
התגובה של הסרוו לשגיאות מיקום מושפעת מהגדרת רווח. הגדרת רווח גבוה מאפשרת למנוע להגיב במהירות לשינויים בשגיאה, בעוד שהגדרת רווח נמוכה גורמת לתגובה איטית יותר. עם זאת, התאמת הגדרות ההגברה יכולה להכניס עיכובי זמן למערכת בקרת התנועה, ולהשפיע על הביצועים הכוללים.
AlphaStep הוא החדשני של BesFoc פתרון מנוע צעד , הכולל פותר משולב המציע משוב מיקום בזמן אמת. עיצוב זה מבטיח שהמיקום המדויק של הרוטור ידוע בכל עת, מה שמשפר את הדיוק והאמינות של המערכת.
מנהל ההתקן של AlphaStep כולל מונה קלט שעוקב אחר כל הפולסים הנשלחים לכונן. במקביל, משוב מהרזולבר מופנה למונה מיקום הרוטור, המאפשר ניטור רציף של מיקום הרוטור. כל אי התאמות נרשמות במונה סטייה.
בדרך כלל, המנוע פועל במצב לולאה פתוחה, ומייצר וקטורי מומנט שהמנוע יעקוב אחריו. עם זאת, אם מונה הסטייה מציין אי התאמה גדולה מ-1.8° ±, רצף השלב מפעיל את וקטור המומנט בחלק העליון של עקומת תזוזת המומנט. זה יוצר מומנט מרבי כדי ליישר מחדש את הרוטור ולהחזיר אותו לסינכרון. אם המנוע כבוי במספר שלבים, הרצף מפעיל מספר וקטורים של מומנט בקצה הגבוה של עקומת תזוזת המומנט. הנהג יכול להתמודד עם מצבי עומס יתר עד 5 שניות; אם הוא לא מצליח לשחזר את הסינכרון בתוך מסגרת זמן זו, מופעלת תקלה ומופקת אזעקה.
תכונה יוצאת דופן של מערכת AlphaStep היא היכולת שלה לבצע תיקונים בזמן אמת עבור כל שלבים שהוחמצו. שלא כמו מערכות מסורתיות שמחכות לסוף מהלך כדי לתקן שגיאות כלשהן, דרייבר AlphaStep נוקט בפעולה מתקנת ברגע שהרוטור נופל מחוץ לטווח של 1.8°. ברגע שהרוטור חוזר לגבול זה, הנהג חוזר למצב לולאה פתוחה ומחדש את האנרגיות הפאזה המתאימות.
הגרף המצורף ממחיש את עקומת תזוזת המומנט, ומדגיש את מצבי הפעולה של המערכת - לולאה פתוחה ולולאה סגורה. עקומת תזוזת המומנט מייצגת את המומנט שנוצר על ידי פאזה בודדת, ומשיגה מומנט מרבי כאשר מיקום הרוטור סוטה ב-1.8°. ניתן לפספס צעד רק אם הרוטור חורג ביותר מ-3.6°. מכיוון שהנהג משתלט על וקטור המומנט בכל פעם שהסטייה עולה על 1.8°, לא סביר שהמנוע יחמיץ שלבים אלא אם הוא חווה עומס יתר שנמשך יותר מ-5 שניות.
אנשים רבים מאמינים בטעות שדיוק הצעדים של מנוע AlphaStep הוא ±1.8°. במציאות, ל-AlphaStep יש דיוק צעדים של 5 דקות קשת (0.083°). הנהג מנהל את וקטורי המומנט כאשר הרוטור נמצא מחוץ לטווח 1.8°. ברגע שהרוטור נופל בטווח הזה, שיני הרוטור מתיישרות בדיוק עם וקטור המומנט שנוצר. ה-AlphaStep מבטיח שהשן הנכונה מתיישרת עם וקטור המומנט הפעיל.
סדרת AlphaStep מגיעה בגרסאות שונות. BesFoc מציעה גם דגמי גל עגול וגם דגמי גיר עם מספר יחסי העברה כדי לשפר את הרזולוציה והמומנט או כדי למזער את האינרציה המשתקפת. רוב הגרסאות יכולות להיות מצוידות בבלם מגנטי בטוח. בנוסף, BesFoc מספקת גרסת 24 VDC הנקראת סדרת ASC.
לסיכום, מנועי צעד מתאימים מאוד ליישומי מיקום. הם מאפשרים שליטה מדויקת הן על המרחק והן על המהירות פשוט על ידי שינוי ספירת הדופק והתדר. ספירת הקטבים הגבוהה שלהם מאפשרת דיוק, גם כאשר הם פועלים במצב לולאה פתוחה. בגודל מתאים ליישום ספציפי, א מנוע צעד לא יחמיץ שלבים. יתרה מכך, מכיוון שהם אינם דורשים משוב מיקום, מנועי צעד הם פתרון חסכוני.
