Pregleda: 0 Autor: Urednik stranice Vrijeme objave: 2025-04-18 Porijeklo: stranica
A koračni motor je vrsta električnog motora koji se kreće u preciznim, fiksnim koracima, a ne kontinuirano rotira kao običan motor. Obično se koristi u aplikacijama gdje je potrebna precizna kontrola položaja, kao što su 3D pisači, CNC strojevi, robotika i platforme za kamere.
Koračni motori su vrsta elektromotora koji pretvaraju električnu energiju u rotacijsko gibanje s izuzetnom preciznošću. Za razliku od uobičajenih električnih motora, koji osiguravaju kontinuiranu rotaciju, koračni motori okreću se u diskretnim koracima, što ih čini idealnim za primjene koje zahtijevaju točno pozicioniranje.
Svaki impuls električne energije poslan koračnom motoru iz njegovog pokretača rezultira preciznim kretanjem—svaki impuls odgovara određenom koraku. Brzina kojom se motor okreće izravno je u korelaciji s frekvencijom ovih impulsa: što se brže šalju impulsi, brža je rotacija.
Jedna od ključnih prednosti koračni motor s je njihovo jednostavno upravljanje. Većina pokretačkih programa radi s 5-voltnim impulsima, kompatibilnim s uobičajenim integriranim krugovima. Možete dizajnirati sklop za generiranje tih impulsa ili koristiti generator impulsa tvrtki poput BesFoca.
Unatoč njihovim povremenim netočnostima - standardni koračni motori imaju točnost od oko ± 3 lučne minute (0,05°) - te se pogreške ne nakupljaju s višestrukim koracima. Na primjer, ako standardni koračni motor napravi jedan korak, okretat će se za 1,8° ± 0,05°. Čak i nakon milijun koraka, ukupno odstupanje još uvijek je samo ± 0,05°, što ih čini pouzdanim za precizna kretanja na velikim udaljenostima.
Osim toga, koračni motori poznati su po svom brzom odzivu i ubrzanju zbog male inercije rotora, što im omogućuje brzo postizanje velikih brzina. Zbog toga su posebno prikladni za primjene koje zahtijevaju kratke, brze pokrete.
A koračni motor radi dijeljenjem pune rotacije u nekoliko jednakih koraka. Koristi elektromagnete za stvaranje pokreta u malim, kontroliranim koracima.
Koračni motor ima dva glavna dijela:
Stator – nepomični dio sa zavojnicama (elektromagnetima).
Rotor – rotirajući dio, često magnet ili izrađen od željeza.
Kada električna struja teče kroz zavojnice statora, ona stvara magnetska polja.
Ta polja privlače rotor.
Uključivanjem i isključivanjem zavojnica u određenom slijedu, rotor se povlači korak po korak u kružnom kretanju.
Svaki put kada je zavojnica pod naponom, rotor se pomiče za mali kut (koji se naziva korak).
Na primjer, ako motor ima 200 koraka po okretaju, svaki korak pomiče rotor za 1,8°.
Motor se može okretati naprijed ili natrag ovisno o redoslijedu impulsa poslanih zavojnicama.
A upravljački program koračnog motora šalje električne impulse zavojnicama motora.
Što je više impulsa, motor se više okreće.
Mikrokontroleri (kao što su Arduino ili Raspberry Pi) mogu kontrolirati ove upravljačke programe za precizno pomicanje motora.
Ilustracija u nastavku prikazuje standardni sustav koračnog motora koji se sastoji od nekoliko bitnih komponenti koje rade zajedno. Izvedba svakog elementa utječe na cjelokupnu funkcionalnost sustava.
U središtu sustava je računalo ili programabilni logički kontroler (PLC). Ova komponenta djeluje kao mozak, kontrolirajući ne samo koračni motor već i cijeli stroj. Može obavljati različite zadatke, poput podizanja dizala ili pomicanja pokretne trake. Ovisno o potrebnoj složenosti, ovaj kontroler može varirati od sofisticiranog osobnog računala ili PLC-a do jednostavnog operaterskog gumba.
Sljedeći je indekser ili PLC kartica, koja komunicira specifične upute koračni motor . Generira potreban broj impulsa za kretanje i prilagođava frekvenciju impulsa za kontrolu ubrzanja, brzine i usporavanja motora. Indeksator može biti samostalna jedinica, kao što je BesFoc, ili kartica za generator impulsa koja se priključuje na PLC. Bez obzira na oblik, ova komponenta je ključna za rad motora.
Pokretač motora sastoji se od četiri ključna dijela:
Logika za faznu kontrolu: Ova logička jedinica prima impulse od indeksatora i određuje koja se faza motora treba aktivirati. Uključivanje faza mora slijediti određeni redoslijed kako bi se osigurao pravilan rad motora.
Logičko napajanje: Ovo je niskonaponsko napajanje koje napaja integrirane sklopove (IC) unutar pogonskog programa, obično radi na oko 5 volti, ovisno o skupu čipova ili dizajnu.
Napajanje motora: Ovo napajanje osigurava potreban napon za napajanje motora, obično oko 24 VDC, iako može biti i viši ovisno o primjeni.
Pojačalo snage: Ova se komponenta sastoji od tranzistora koji omogućuju protok struje kroz faze motora. Ovi se tranzistori uključuju i isključuju ispravnim redoslijedom kako bi se olakšalo kretanje motora.
Konačno, sve te komponente rade zajedno kako bi pomaknule teret, što može biti vodeći vijak, disk ili pokretna traka, ovisno o specifičnoj primjeni.
Postoje tri osnovne vrste koračnih motora:
Ovi motori imaju zube na rotoru i statoru, ali ne uključuju trajni magnet. Kao rezultat toga, nedostaje im zatezni moment, što znači da ne drže svoj položaj kada nisu pod naponom.
PM koračni motori imaju permanentni magnet na rotoru ali nemaju zube. Iako obično pokazuju manju preciznost u kutovima koraka, oni pružaju zakretni moment, omogućujući im da zadrže položaj kada je struja isključena.
BesFoc je specijaliziran isključivo za hibride koračni motor s. Ovi motori spajaju magnetska svojstva trajnih magneta s nazubljenim dizajnom motora s promjenjivom reluktancijom. Rotor je aksijalno magnetiziran, što znači da je u tipičnoj konfiguraciji gornja polovica sjeverni pol, a donja polovica južni pol.
Rotor se sastoji od dvije nazubljene čašice od kojih svaka ima po 50 zubaca. Ove su čašice pomaknute za 3,6°, što omogućuje precizno pozicioniranje. Kada se gleda odozgo, možete vidjeti da je zub na čašici sjevernog pola poravnat sa zupcem na čašici južnog pola, stvarajući učinkovit sustav zupčanika.
Hibridni koračni motori rade na dvofaznoj konstrukciji, pri čemu svaka faza sadrži četiri pola razmaknuta pod kutom od 90°. Svaki pol u fazi je namotan tako da polovi udaljeni 180° imaju isti polaritet, dok su polariteti suprotni za one koji su udaljeni 90°. Okretanjem struje u bilo kojoj fazi, polaritet odgovarajućeg pola statora također se može obrnuti, omogućujući motoru da pretvori bilo koji pol statora u sjeverni ili južni pol.
Rotor koračnog motora ima 50 zuba, s nagibom od 7,2° između svakog zuba. Kako motor radi, poravnanje zuba rotora sa zubima statora može varirati—točnije, može se pomaknuti za tri četvrtine koraka zuba, pola koraka zuba ili četvrtinu koraka zuba. Kada motor zakorači, prirodno ide najkraćim putem da se ponovno postavi, što znači pomicanje od 1,8° po koraku (jer 1/4 od 7,2° iznosi 1,8°).
Okretni moment i točnost u na koračne motore utječe broj polova (zubi). Općenito, veći broj polova dovodi do poboljšanog momenta i točnosti. BesFoc nudi 'High Resolution' koračne motore, koji imaju upola manji korak zuba od standardnih modela. Ovi rotori visoke razlučivosti imaju 100 zuba, što rezultira kutom od 3,6° između svakog zuba. S ovom postavkom, pomak od 1/4 koraka zuba odgovara manjem koraku od 0,9°.
Kao rezultat toga, modeli 'High Resolution' pružaju dvostruko veću razlučivost od standardnih motora, postižući 400 koraka po okretaju u usporedbi s 200 koraka po okretaju u standardnim modelima. Manji kutovi koraka također dovode do nižih vibracija, budući da je svaki korak manje izražen i postupniji.
Donji dijagram prikazuje poprečni presjek 5-faznog koračnog motora. Ovaj se motor prvenstveno sastoji od dva glavna dijela: statora i rotora. Sam rotor sastoji se od tri komponente: čaše rotora 1, čaše rotora 2 i trajnog magneta. Rotor je magnetiziran u aksijalnom smjeru; na primjer, ako je šalica rotora 1 označena kao sjeverni pol, šalica rotora 2 bit će južni pol.
Stator ima 10 magnetskih polova, svaki opremljen malim zupcima i odgovarajućim namotima. Ovi namoti su dizajnirani tako da je svaki spojen na namote svog suprotnog pola. Kada struja teče kroz par namota, polovi koje spajaju magnetiziraju se u istom smjeru - ili prema sjeveru ili prema jugu.
Svaki suprotni par polova čini jednu fazu motora. S obzirom da postoji ukupno 10 magnetskih polova, to rezultira u pet različitih faza unutar ovih 5 faza koračni motor.
Važno je da svaka čašica rotora ima 50 zuba duž vanjskog perimetra. Zubi na čašici rotora 1 i čašici rotora 2 mehanički su pomaknuti jedan od drugog za pola koraka zuba, što omogućuje precizno poravnanje i kretanje tijekom rada.
Razumijevanje čitanja krivulje brzine i zakretnog momenta ključno je jer pruža uvid u ono što je motor sposoban postići. Ove krivulje predstavljaju karakteristike performansi određenog motora kada je uparen s određenim pokretačem. Nakon što je motor u funkciji, njegov izlazni moment ovisi o vrsti pogona i primijenjenom naponu. Kao rezultat toga, isti motor može pokazivati značajno različite krivulje brzine i zakretnog momenta ovisno o korištenom pokretaču.
BesFoc daje ove krivulje brzine i momenta kao referencu. Ako koristite motor s drajverom koji ima sličan napon i struju, možete očekivati usporedive performanse. Za interaktivno iskustvo pogledajte donju krivulju brzine i zakretnog momenta:
Zakretni moment
Ovo je količina momenta koji proizvodi motor dok miruje, s nazivnom strujom koja teče kroz njegove namote.
Područje pokretanja/zaustavljanja
Ovaj odjeljak označava vrijednosti zakretnog momenta i brzine pri kojima se motor može pokrenuti, zaustaviti ili trenutno kretati unatrag.
Pull-In moment
To su vrijednosti momenta i brzine koje omogućuju motoru da se pokrene, zaustavi ili krene unatrag dok ostaje sinkroniziran s ulaznim impulsima.
Moment izvlačenja
Ovo se odnosi na vrijednosti momenta i brzine pri kojima motor može raditi bez zaustavljanja, održavajući sinkronizaciju s ulaznim fazama. Predstavlja maksimalni okretni moment koji motor može isporučiti tijekom rada.
Maksimalna početna brzina
Ovo je najveća brzina pri kojoj motor može početi raditi kada nema opterećenja.
Maksimalna brzina rada
Ovo označava najveću brzinu koju motor može postići dok radi bez opterećenja.
Za rad unutar područja između momenta uvlačenja i izvlačenja, motor se mora inicijalno pokrenuti u području pokretanja/zaustavljanja. Kako motor počinje raditi, brzina pulsa se postupno povećava dok se ne postigne željena brzina. Da bi se motor zaustavio, brzina se tada smanjuje sve dok ne padne ispod krivulje momenta uvlačenja.
Moment je izravno proporcionalan struji i broju zavoja žice u motoru. Za povećanje okretnog momenta za 20%, struja bi također trebala biti povećana za približno 20%. Obrnuto, da bi se smanjio okretni moment za 50%, struja bi se trebala smanjiti za 50%.
Međutim, zbog magnetskog zasićenja, nema koristi od povećanja struje iznad dvostruke nazivne struje, budući da nakon ove točke daljnja povećanja neće povećati okretni moment. Rad na približno deset puta većoj struji od nazivne predstavlja opasnost od demagnetiziranja rotora.
Svi naši motori opremljeni su izolacijom klase B, koja može izdržati temperature do 130°C prije nego što izolacija počne propadati. Kako bi se osigurala dugotrajnost, preporučujemo održavanje temperaturne razlike od 30°C iznutra i izvana, što znači da vanjska temperatura kućišta ne smije prelaziti 100°C.
Induktivitet igra značajnu ulogu u performansama momenta velike brzine. To objašnjava zašto motori ne pokazuju beskrajno visoke razine okretnog momenta. Svaki namot motora ima različite vrijednosti induktiviteta i otpora. Induktivnost izmjerena u henryjima, podijeljena s otporom u ohmima, rezultira vremenskom konstantom (u sekundama). Ova vremenska konstanta pokazuje koliko je vremena potrebno da zavojnica postigne 63% svoje nazivne struje. Na primjer, ako je motor ocijenjen za 1 amper, nakon jedne vremenske konstante, zavojnica će doseći približno 0,63 ampera. Obično je potrebno oko četiri do pet vremenskih konstanti da zavojnica postigne punu struju (1 amper). Budući da je moment proporcionalan struji, ako struja dosegne samo 63%, motor će proizvesti oko 63% svog maksimalnog momenta nakon jedne vremenske konstante.
Pri niskim brzinama, ovo kašnjenje u nakupljanju struje nije problem budući da struja može učinkovito ući i brzo izaći iz zavojnica, omogućujući motoru da isporuči svoj nazivni moment. Međutim, pri velikim brzinama, struja se ne može dovoljno brzo povećati prije nego što se sljedeća faza prebaci, što rezultira smanjenim momentom.
Napon pokretača značajno utječe na performanse velike brzine a koračni motor . Veći omjer pogonskog napona i napona motora dovodi do poboljšanih mogućnosti velikih brzina. To je zato što povišeni naponi dopuštaju da struja teče u namote brže od praga od 63% koji je prethodno razmatran.
Kada koračni motor prelazi s jednog koraka na drugi, rotor se ne zaustavlja odmah na ciljanom položaju. Umjesto toga, kreće se dalje od konačnog položaja, zatim se povlači unatrag, prelazi u suprotnom smjeru, i nastavlja oscilirati naprijed-natrag dok se na kraju ne zaustavi. Ovaj fenomen, koji se naziva 'zvonjenje', javlja se sa svakim korakom koji motor napravi (pogledajte interaktivni dijagram u nastavku). Slično kao bungee uže, zamah rotora nosi ga izvan njegove točke zaustavljanja, uzrokujući da 'odskoči' prije nego što se smiri. U mnogim slučajevima, međutim, motor dobiva upute da prijeđe na sljedeći korak prije nego što se potpuno zaustavi.
Donji grafikoni ilustriraju ponašanje zvona koračnog motora pod različitim uvjetima opterećenja. Kada je motor neopterećen, pokazuje značajno zvonjenje, što znači povećanu vibraciju. Ove pretjerane vibracije mogu dovesti do zastoja motora kada je ili neopterećen ili malo opterećen, jer može izgubiti sinkronizaciju. Stoga je bitno uvijek testirati a koračni motor s odgovarajućim opterećenjem.
Druga dva grafikona prikazuju performanse motora pod opterećenjem. Pravilno opterećenje motora pomaže stabilizirati njegov rad i smanjiti vibracije. U idealnom slučaju, opterećenje bi trebalo zahtijevati između 30% do 70% maksimalnog izlaznog momenta motora. Osim toga, omjer inercije opterećenja i rotora trebao bi biti između 1:1 i 10:1. Za kraće i brže pokrete, poželjno je da ovaj omjer bude bliži 1:1 do 3:1.
BesFoc-ovi stručnjaci za primjenu i inženjeri dostupni su za pomoć pri pravilnom dimenzioniranju motora.
A koračni motor će iskusiti značajno povećane vibracije kada se frekvencija ulaznog impulsa podudara s njegovom prirodnom frekvencijom, što je fenomen poznat kao rezonancija. To se često događa oko 200 Hz. U rezonanciji, prekoračenje i podbacivanje rotora znatno se pojačava, povećavajući vjerojatnost propuštanja koraka. Iako specifična rezonantna frekvencija može varirati s inercijom opterećenja, obično se kreće oko 200 Hz.
2-fazni koračni motori mogu promašiti samo korake u grupama od četiri. Ako primijetite da se gubitak koraka javlja u višekratnicima od četiri, to znači da vibracije uzrokuju gubitak sinkronizacije motora ili da je opterećenje možda pretjerano. Suprotno tome, ako propušteni koraci nisu višekratnici broja četiri, postoji jaka indikacija da je brojanje pulsa netočno ili da električni šum utječe na performanse.
Nekoliko strategija može pomoći u ublažavanju učinaka rezonancije. Najjednostavniji pristup je potpuno izbjegavanje rada pri rezonantnoj brzini. Budući da 200 Hz odgovara približno 60 RPM za 2-fazni motor, to nije ekstremno velika brzina. Većina koračni motori imaju najveću početnu brzinu od oko 1000 impulsa u sekundi (pps). Stoga, u mnogim slučajevima, možete pokrenuti rad motora brzinom većom od rezonantne frekvencije.
Ako trebate pokrenuti motor pri brzini koja je ispod rezonantne frekvencije, važno je brzo ubrzati kroz rezonantni raspon kako biste smanjili učinke vibracija.
Još jedno učinkovito rješenje je korištenje manjeg kuta koraka. Veći kutovi koraka imaju tendenciju da rezultiraju većim prekoračenjem i podbacivanjem. Ako motor ima malu udaljenost za vožnju, neće generirati dovoljno sile (okretnog momenta) za značajno prekoračenje. Smanjenjem kuta koraka, motor doživljava manje vibracija. Ovo je jedan od razloga zašto su polukoračne i mikrokoračne tehnike tako učinkovite u smanjenju vibracija.
Obavezno odaberite motor na temelju zahtjeva za opterećenjem. Pravilno dimenzioniranje motora može dovesti do boljih ukupnih performansi.
Amortizeri su još jedna opcija koju treba razmotriti. Ovi se uređaji mogu postaviti na stražnju osovinu motora kako bi apsorbirali dio vibracijske energije, pomažući uglađivanju rada vibrirajućeg motora na isplativ način.
Relativno novi napredak u Tehnologija koračnog motora je 5-fazni koračni motor. Najuočljivija razlika između 2-faznih i 5-faznih motora (pogledajte donji interaktivni dijagram) je broj polova statora: 2-fazni motori imaju 8 polova (4 po fazi), dok 5-fazni motori imaju 10 polova (2 po fazi). Dizajn rotora sličan je dizajnu dvofaznog motora.
U 2-faznom motoru, svaka faza pomiče rotor za 1/4 koraka zuba, dok se u 5-faznom motoru rotor pomiče za 1/10 koraka zuba zbog svoje konstrukcije. S korakom zubaca od 7,2°, kut koraka za 5-fazni motor postaje 0,72°. Ova konstrukcija omogućuje 5-faznom motoru da postigne 500 koraka po okretaju, u usporedbi s 200 koraka po okretaju 2-faznog motora, pružajući razlučivost koja je 2,5 puta veća od one kod 2-faznog motora.
Veća razlučivost dovodi do manjeg kuta koraka, što značajno smanjuje vibracije. Budući da je kut koraka 5-faznog motora 2,5 puta manji od onog kod 2-faznog motora, on doživljava mnogo slabije zvonjenje i vibracije. U obje vrste motora, rotor mora premašiti ili podbaciti za više od 3,6° da bi propustio korake. S kutom koraka 5-faznog motora od samo 0,72°, postaje gotovo nemoguće da motor preskoči ili podbaci za toliku marginu, što rezultira vrlo malom vjerojatnošću gubitka sinkronizacije.
Postoje četiri primarne metode pogona za koračni motori :
Wave Drive (puni korak)
2 faze uključene (puni korak)
1-2 faze uključene (pola koraka)
mikrokorak
U donjem dijagramu, metoda valnog pogona je pojednostavljena kako bi se ilustrirali njeni principi. Svaki okret od 90° prikazan na ilustraciji predstavlja 1,8° rotacije rotora u stvarnom motoru.
U metodi valnog pogona, također poznatoj kao 1-fazna metoda ON, samo jedna faza je pod naponom. Kada se A faza aktivira, ona stvara južni pol koji privlači sjeverni pol rotora. Zatim se faza A isključuje, a faza B uključuje, uzrokujući rotaciju rotora za 90° (1,8°), a taj se proces nastavlja tako da se svaka faza posebno napaja.
Valni pogon radi s električnim nizom od četiri koraka za rotaciju motora.
U metodi pogona '2 faze uključene', obje faze motora su neprekidno pod naponom.
Kao što je prikazano u nastavku, svaki okret od 90° odgovara rotaciji rotora za 1,8°. Kada su obje faze A i B napajane kao južni polovi, sjeverni pol rotora privlači jednako oba pola, uzrokujući njegovo poravnavanje izravno u sredini. Kako slijed napreduje i faze se aktiviraju, rotor će se okretati kako bi održao poravnanje između dva energizirana pola.
Metoda '2 faze uključene' radi pomoću električnog niza od četiri koraka za rotaciju motora.
BesFocovi standardni 2-fazni i 2-fazni motori M tipa koriste ovu metodu pogona '2 faze uključene'.
Glavna prednost metode '2 faze uključene' nad metodom '1 faze uključene' je okretni moment. U metodi '1 faza uključena', samo jedna faza se aktivira u isto vrijeme, što rezultira jednom jedinicom okretnog momenta koja djeluje na rotor. Nasuprot tome, metoda '2 faze uključene' pokreće obje faze istovremeno, proizvodeći dvije jedinice momenta. Jedan vektor momenta djeluje na poziciji 12 sati, a drugi na poziciji 3 sata. Kada se ova dva vektora zakretnog momenta kombiniraju, oni stvaraju rezultantni vektor pod kutom od 45° s magnitudom koja je 41,4% veća od veličine jednog vektora. To znači da korištenje metode '2 faze uključene' omogućuje postizanje istog kuta koraka kao metoda '1 faze uključene' uz isporuku 41% više okretnog momenta.
Petofazni motori, međutim, rade nešto drugačije. Umjesto upotrebe metode '2 faze uključene', oni koriste metodu '4 faze uključene'. U ovom pristupu, četiri faze se aktiviraju istovremeno svaki put kada motor napravi korak.
Kao rezultat toga, petofazni motor prati električnu sekvencu od 10 koraka tijekom rada.
Metoda '1-2 faze uključene', poznata i kao pola koraka, kombinira načela prethodne dvije metode. U ovom pristupu, prvo aktiviramo A fazu, uzrokujući poravnanje rotora. Dok održavamo A fazu pod naponom, tada aktiviramo B fazu. U ovoj točki, rotor jednako privlače oba pola i postavlja se u sredinu, što rezultira rotacijom od 45° (ili 0,9°). Zatim isključujemo A fazu dok nastavljamo s napajanjem B faze, dopuštajući motoru da napravi još jedan korak. Ovaj proces se nastavlja, naizmjenično aktivirajući jednu i dvije faze. Na taj način učinkovito prepolovljujemo kut koraka, što pomaže u smanjenju vibracija.
Za 5-fazni motor koristimo sličnu strategiju izmjenjujući 4 uključene faze i 5 uključenih faza.
Način rada u pola koraka sastoji se od električnog slijeda od osam koraka. U slučaju petofaznog motora koji koristi metodu '4-5 uključenih faza', motor prolazi kroz električni niz od 20 koraka.
(Može se dodati više informacija o mikrokoraku ako je potrebno.)
Microstepping je tehnika koja se koristi kako bi se manji koraci učinili još finijima. Što su koraci manji, veća je razlučivost i bolje su karakteristike vibracija motora. U mikrokoraku, faza nije ni potpuno uključena ni potpuno isključena; umjesto toga, djelomično je pod naponom. Sinusni valovi primjenjuju se na fazu A i fazu B, s faznom razlikom od 90° (ili 0,9° u petofaznom koračni motor ).
Kada se maksimalna snaga primijeni na fazu A, faza B je na nuli, što uzrokuje usklađivanje rotora s fazom A. Kako se struja u fazi A smanjuje, struja u fazi B raste, dopuštajući rotoru da poduzima male korake prema fazi B. Ovaj proces se nastavlja dok struja kruži između dvije faze, što rezultira glatkim mikrokoračnim kretanjem.
Međutim, mikrokoračenje predstavlja neke izazove, uglavnom u pogledu točnosti i zakretnog momenta. Budući da su faze samo djelomično pod naponom, motor obično doživljava smanjenje momenta od oko 30%. Dodatno, budući da je razlika zakretnog momenta između koraka minimalna, motor bi mogao imati problema svladati opterećenje, što može rezultirati situacijama u kojima se motoru naredi da prijeđe nekoliko koraka prije nego što se stvarno počne kretati. U mnogim je slučajevima ugradnja kodera neophodna za stvaranje sustava zatvorene petlje, iako to povećava ukupne troškove.
Sustavi otvorene petlje
Sustavi zatvorene petlje
Servo sustavi
koračni motori obično su dizajnirani kao sustavi otvorene petlje. U ovoj konfiguraciji, generator impulsa šalje impulse krugu sekvenciranja faza. Sekvencer faza određuje koje faze treba uključiti ili isključiti, kao što je prethodno opisano u metodama punog koraka i metodama pola koraka. Sekvencer kontrolira FET-ove velike snage za aktiviranje motora.
Međutim, u sustavu otvorene petlje ne postoji provjera položaja, što znači da ne postoji način da se potvrdi je li motor izvršio naređeni pokret.
Jedna od najčešćih metoda za implementaciju sustava zatvorene petlje je dodavanje enkodera na stražnju osovinu motora s dvostrukom osovinom. Koder se sastoji od tankog diska označenog linijama koji se okreće između odašiljača i prijamnika. Svaki put kada linija prođe između ove dvije komponente, ona generira impuls na signalnim linijama.
Ti se izlazni impulsi zatim šalju natrag u upravljač koji ih broji. Tipično, na kraju kretanja, kontroler uspoređuje broj impulsa koje je poslao vozaču s brojem impulsa primljenih od kodera. Izvršava se posebna rutina pri čemu se, ako se dva brojanja razlikuju, sustav prilagođava kako bi ispravio odstupanje. Ako se brojevi podudaraju, to znači da nije došlo do pogreške i da se kretanje može glatko nastaviti.
Sustav zatvorene petlje ima dva glavna nedostatka: trošak (i složenost) i vrijeme odziva. Uključivanje enkodera povećava ukupne troškove sustava, zajedno s povećanom sofisticiranošću kontrolera, što pridonosi ukupnom trošku. Osim toga, budući da se ispravci vrše samo na kraju pokreta, to može uvesti kašnjenja u sustav, potencijalno usporavajući vrijeme odziva.
Alternativa koračnim sustavima zatvorene petlje je servo sustav. Servo sustavi obično koriste motore s niskim brojem polova, što omogućuje performanse velike brzine, ali im nedostaje inherentna sposobnost pozicioniranja. Da bi se servo pretvorio u pozicijski uređaj, potrebni su mehanizmi povratne sprege, koji često koriste enkoder ili rezolver zajedno s kontrolnim petljama.
U servo sustavu, motor se aktivira i deaktivira dok rezolver ne pokaže da je dosegnut određeni položaj. Na primjer, ako je servo uređaj dobio uputu da napravi 100 okretaja, on počinje s brojačem rezolvera na nuli. Motor radi dok brojač rezolvera ne dosegne 100 okretaja, nakon čega se isključuje. Ako dođe do pomaka položaja, motor se ponovno aktivira kako bi ispravio položaj.
Na odgovor servo uređaja na pogreške u položaju utječe postavka pojačanja. Visoka postavka pojačanja omogućuje motoru da brzo reagira na promjene greške, dok niska postavka pojačanja rezultira sporijim odgovorom. Međutim, podešavanje postavki pojačanja može dovesti do vremenskih kašnjenja u sustavu upravljanja pokretima, što utječe na ukupnu izvedbu.
AlphaStep je BesFoc-ova inovativnost rješenje za koračni motor , s integriranim rezolverom koji nudi povratnu informaciju o položaju u stvarnom vremenu. Ovaj dizajn osigurava da je točan položaj rotora poznat u svakom trenutku, povećavajući preciznost i pouzdanost sustava.
AlphaStep upravljački program ima ulazni brojač koji prati sve impulse poslane pogonu. Istovremeno, povratna informacija iz rezolvera usmjerena je na brojač položaja rotora, omogućujući kontinuirano praćenje položaja rotora. Sva odstupanja bilježe se u brojaču odstupanja.
Tipično, motor radi u načinu rada otvorene petlje, generirajući vektore momenta koje motor prati. Međutim, ako brojač odstupanja pokazuje odstupanje veće od ±1,8°, fazni sekvencer aktivira vektor momenta na gornjem dijelu krivulje pomaka momenta. Ovo generira maksimalni okretni moment za preusmjeravanje rotora i vraćanje u sinkronizam. Ako je motor isključen za nekoliko koraka, sekvencer pokreće više vektora momenta na visokom kraju krivulje pomaka momenta. Vozač može podnijeti uvjete preopterećenja do 5 sekundi; ako ne uspije vratiti sinkronizam unutar tog vremenskog okvira, aktivira se greška i izdaje se alarm.
Izvanredna značajka AlphaStep sustava je njegova sposobnost ispravljanja propuštenih koraka u stvarnom vremenu. Za razliku od tradicionalnih sustava koji čekaju do kraja pomaka kako bi ispravili sve greške, AlphaStep upravljački program poduzima korektivne radnje čim rotor padne izvan raspona od 1,8°. Nakon što se rotor vrati unutar ovog ograničenja, pokretač se vraća u način rada otvorene petlje i nastavlja s odgovarajućim fazama napajanja.
Popratni grafikon ilustrira krivulju pomaka zakretnog momenta, ističući načine rada sustava—otvorena petlja i zatvorena petlja. Krivulja pomaka zakretnog momenta predstavlja zakretni moment koji stvara jedna faza, postižući maksimalni zakretni moment kada položaj rotora odstupa za 1,8°. Korak se može propustiti samo ako rotor prekorači za više od 3,6°. Budući da vozač preuzima kontrolu nad vektorom zakretnog momenta kad god odstupanje prijeđe 1,8°, malo je vjerojatno da će motor propuštati korake osim ako doživi preopterećenje koje traje dulje od 5 sekundi.
Mnogi ljudi pogrešno vjeruju da je točnost koraka AlphaStep motora ±1,8°. U stvarnosti, AlphaStep ima točnost koraka od 5 lučnih minuta (0,083°). Vozač upravlja vektorima momenta kada je rotor izvan raspona od 1,8°. Jednom kada rotor padne unutar tog raspona, zupci rotora se točno poravnaju s vektorom momenta koji se generira. AlphaStep osigurava poravnanje ispravnog zuba s aktivnim vektorom momenta.
Serija AlphaStep dolazi u različitim verzijama. BesFoc nudi modele s okruglom osovinom i modele s zupčanicima s višestrukim prijenosnim omjerima kako bi se povećala rezolucija i okretni moment ili smanjila reflektirana inercija. Većina verzija može biti opremljena sigurnosnom magnetskom kočnicom. Dodatno, BesFoc nudi verziju od 24 VDC pod nazivom ASC serija.
Zaključno, koračni motori vrlo su prikladni za aplikacije pozicioniranja. Omogućuju preciznu kontrolu i udaljenosti i brzine jednostavnim mijenjanjem broja i frekvencije pulsa. Njihov veliki broj polova omogućuje točnost, čak i kada rade u otvorenom načinu rada. Kada je odgovarajuće veličine za određenu primjenu, a koračni motor neće propuštati korake. Štoviše, budući da ne zahtijevaju povratnu informaciju o položaju, koračni motori su troškovno učinkovito rješenje.
