Visualizzazioni: 0 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2025-04-18 Origine: Sito
UN il motore passo-passo è un tipo di motore elettrico che si muove con passi precisi e fissi anziché ruotare continuamente come un normale motore. Viene comunemente utilizzato in applicazioni in cui è richiesto un controllo preciso della posizione, come stampanti 3D, macchine CNC, robotica e piattaforme per fotocamere.
I motori passo-passo sono un tipo di motore elettrico che converte l'energia elettrica in movimento rotatorio con notevole precisione. A differenza dei normali motori elettrici, che forniscono una rotazione continua, i motori passo-passo girano a passi discreti, rendendoli ideali per applicazioni che richiedono un posizionamento accurato.
Ogni impulso di elettricità inviato a un motore passo-passo dal suo driver si traduce in un movimento preciso: ogni impulso corrisponde a un passo specifico. La velocità con cui ruota il motore è direttamente correlata alla frequenza di questi impulsi: più velocemente vengono inviati gli impulsi, più veloce è la rotazione.
Uno dei principali vantaggi di Il motore passo-passo è il loro facile controllo. La maggior parte dei driver funziona con impulsi a 5 volt, compatibili con i comuni circuiti integrati. Puoi progettare un circuito per generare questi impulsi o utilizzare un generatore di impulsi di aziende come BesFoc.
Nonostante le loro imprecisioni occasionali (i motori passo-passo standard hanno una precisione di circa ± 3 minuti d'arco (0,05°)), questi errori non si accumulano con più passi. Ad esempio, se un motore passo-passo standard esegue un passo, ruoterà di 1,8° ± 0,05°. Anche dopo un milione di passi, la deviazione totale è ancora di soli ± 0,05°, rendendoli affidabili per movimenti precisi su lunghe distanze.
Inoltre, i motori passo-passo sono noti per la loro rapida risposta e accelerazione grazie alla bassa inerzia del rotore, che consente loro di raggiungere rapidamente velocità elevate. Ciò li rende particolarmente adatti per applicazioni che richiedono movimenti brevi e rapidi.
UN il motore passo-passo funziona dividendo una rotazione completa in un numero di passi uguali. Utilizza elettromagneti per creare movimento in piccoli incrementi controllati.
Un motore passo-passo è composto da due parti principali:
Statore – la parte stazionaria con bobine (elettromagneti).
Rotore – la parte rotante, spesso un magnete o di ferro.
Quando la corrente elettrica scorre attraverso le bobine dello statore, crea campi magnetici.
Questi campi attraggono il rotore.
Accendendo e spegnendo le bobine in una sequenza specifica, il rotore viene tirato passo dopo passo con un movimento circolare.
Ogni volta che una bobina viene eccitata, il rotore si muove di un piccolo angolo (chiamato passo).
Ad esempio, se un motore ha 200 passi per giro, ogni passo sposta il rotore di 1,8°.
Il motore può ruotare in avanti o all'indietro a seconda dell'ordine degli impulsi inviati alle bobine.
UN il driver del motore passo-passo invia impulsi elettrici alle bobine del motore.
Più impulsi ci sono, più il motore gira.
I microcontrollori (come Arduino o Raspberry Pi) possono controllare questi driver per muovere il motore con precisione.
L'illustrazione seguente mostra un sistema di motore passo-passo standard, costituito da diversi componenti essenziali che funzionano insieme. Le prestazioni di ciascun elemento influenzano la funzionalità complessiva del sistema.
Il cuore del sistema è il computer o il controllore logico programmabile (PLC). Questo componente funge da cervello, controllando non solo il motore passo-passo ma anche l'intera macchina. Può eseguire vari compiti, come sollevare un ascensore o spostare un nastro trasportatore. A seconda della complessità necessaria, questo controller può variare da un sofisticato PC o PLC a un semplice pulsante operatore.
Poi c'è l'indicizzatore o scheda PLC, che comunica istruzioni specifiche al motore passo-passo . Genera il numero di impulsi richiesto per il movimento e regola la frequenza degli impulsi per controllare l'accelerazione, la velocità e la decelerazione del motore. L'indicizzatore può essere un'unità autonoma, come BesFoc, o una scheda generatore di impulsi che si collega a un PLC. Indipendentemente dalla sua forma, questo componente è fondamentale per il funzionamento del motore.
Il driver del motore è costituito da quattro parti fondamentali:
Logica per il controllo di fase: questa unità logica riceve impulsi dall'indicizzatore e determina quale fase del motore deve essere attivata. L'eccitazione delle fasi deve seguire una sequenza specifica per garantire il corretto funzionamento del motore.
Alimentatore logico: si tratta di un alimentatore a bassa tensione che alimenta i circuiti integrati (IC) all'interno del driver, in genere funzionanti a circa 5 volt, in base al set di chip o al design.
Alimentazione del motore: questa alimentazione fornisce la tensione necessaria per alimentare il motore, solitamente intorno a 24 V CC, sebbene possa essere superiore a seconda dell'applicazione.
Amplificatore di potenza: questo componente è costituito da transistor che consentono alla corrente di fluire attraverso le fasi del motore. Questi transistor vengono accesi e spenti nella sequenza corretta per facilitare il movimento del motore.
Infine, tutti questi componenti lavorano insieme per spostare il carico, che può essere una vite, un disco o un nastro trasportatore, a seconda dell'applicazione specifica.
Esistono tre tipi principali di motori passo-passo:
Questi motori sono dotati di denti sul rotore e sullo statore ma non includono un magnete permanente. Di conseguenza, mancano di coppia di arresto, il che significa che non mantengono la posizione quando non sono energizzati.
I motori passo-passo PM hanno un magnete permanente sul rotore ma non hanno denti. Sebbene in genere mostrino meno precisione negli angoli di passo, forniscono una coppia di bloccaggio, consentendo loro di mantenere la posizione quando l'alimentazione viene spenta.
BesFoc è specializzato esclusivamente in Hybrid motore passo-passo s. Questi motori uniscono le proprietà magnetiche dei magneti permanenti con il design dentato dei motori a riluttanza variabile. Il rotore è magnetizzato assialmente, il che significa che in una configurazione tipica, la metà superiore è un polo nord e la metà inferiore è un polo sud.
Il rotore è costituito da due coppe dentate, ciascuna con 50 denti. Queste coppe sono sfalsate di 3,6°, consentendo un posizionamento preciso. Se visto dall'alto, puoi vedere che un dente sulla coppa del polo nord si allinea con un dente sulla coppa del polo sud, creando un efficace sistema di ingranaggi.
I motori passo-passo ibridi funzionano su una struttura a due fasi, in cui ciascuna fase contiene quattro poli distanziati di 90° l'uno dall'altro. Ciascun polo di una fase è avvolto in modo tale che i poli distanti 180° abbiano la stessa polarità, mentre quelli distanti 90° abbiano polarità opposte. Invertendo la corrente in qualsiasi fase, è possibile invertire anche la polarità del corrispondente polo dello statore, consentendo al motore di convertire qualsiasi polo dello statore in un polo nord o sud.
Il rotore del motore passo-passo è dotato di 50 denti, con un passo di 7,2° tra ciascun dente. Mentre il motore funziona, l'allineamento dei denti del rotore con i denti dello statore può variare, in particolare può essere sfalsato di tre quarti di passo del dente, mezzo passo del dente o un quarto di passo del dente. Quando il motore fa un passo, prende naturalmente il percorso più breve per riallinearsi, il che si traduce in un movimento di 1,8° per passo (poiché 1/4 di 7,2° equivale a 1,8°).
Coppia e precisione in I motori passo-passo sono influenzati dal numero di poli (denti). Generalmente, un numero di poli più elevato porta a una coppia e una precisione migliori. BesFoc offre motori passo-passo ad 'alta risoluzione', che hanno la metà del passo dei denti rispetto ai modelli standard. Questi rotori ad alta risoluzione hanno 100 denti, risultando in un angolo di 3,6° tra ciascun dente. Con questa configurazione uno spostamento di 1/4 di passo del dente corrisponde ad un passo più piccolo di 0,9°.
Di conseguenza, i modelli ad 'Alta Risoluzione' forniscono il doppio della risoluzione dei motori standard, raggiungendo 400 passi per giro rispetto ai 200 passi per giro dei modelli standard. Angoli di passo più piccoli comportano anche vibrazioni più basse, poiché ogni passo è meno pronunciato e più graduale.
Lo schema seguente illustra una sezione trasversale di un motore passo-passo a 5 fasi. Questo motore è costituito principalmente da due parti principali: lo statore e il rotore. Il rotore stesso è costituito da tre componenti: coppa del rotore 1, coppa del rotore 2 e un magnete permanente. Il rotore è magnetizzato in direzione assiale; ad esempio, se la coppa del rotore 1 è designata come polo nord, la coppa del rotore 2 sarà il polo sud.
Lo statore è dotato di 10 poli magnetici, ciascuno dotato di piccoli denti e relativi avvolgimenti. Questi avvolgimenti sono progettati in modo che ciascuno sia collegato all'avvolgimento del polo opposto. Quando la corrente scorre attraverso una coppia di avvolgimenti, i poli che collegano si magnetizzano nella stessa direzione: nord o sud.
Ciascuna coppia di poli opposti forma una fase del motore. Dato che ci sono 10 poli magnetici in totale, ciò si traduce in cinque fasi distinte all'interno di queste 5 fasi motore passo-passo.
È importante sottolineare che ciascuna coppa del rotore ha 50 denti lungo il perimetro esterno. I denti sulla coppa del rotore 1 e sulla coppa del rotore 2 sono sfasati meccanicamente l'uno dall'altro di mezzo passo dei denti, consentendo un allineamento e un movimento precisi durante il funzionamento.
Capire come leggere una curva velocità-coppia è fondamentale, poiché fornisce informazioni su ciò che un motore è in grado di ottenere. Queste curve rappresentano le caratteristiche prestazionali di un motore specifico se abbinato a un particolare driver. Una volta che il motore è operativo, la sua coppia erogata è influenzata dal tipo di azionamento e dalla tensione applicata. Di conseguenza, lo stesso motore può presentare curve velocità-coppia notevolmente diverse a seconda del driver utilizzato.
BesFoc fornisce queste curve velocità-coppia come riferimento. Se si utilizza un motore con un driver con valori di tensione e corrente simili, è possibile aspettarsi prestazioni comparabili. Per un'esperienza interattiva, fare riferimento alla curva velocità-coppia fornita di seguito:
Coppia di mantenimento
È la quantità di coppia prodotta dal motore quando è a riposo, con la corrente nominale che scorre attraverso i suoi avvolgimenti.
Regione di avvio/arresto
Questa sezione indica i valori di coppia e velocità ai quali il motore può avviarsi, arrestarsi o invertire istantaneamente.
Coppia di pull-in
Questi sono i valori di coppia e velocità che consentono al motore di avviarsi, arrestarsi o invertire rimanendo in sincronismo con gli impulsi di ingresso.
Coppia di estrazione
Si riferisce ai valori di coppia e velocità ai quali il motore può funzionare senza stallo, mantenendo la sincronizzazione con le fasi di ingresso. Rappresenta la coppia massima che il motore può erogare durante il funzionamento.
Velocità iniziale massima
Si tratta della velocità massima alla quale il motore può iniziare a funzionare quando non è applicato alcun carico.
Velocità di funzionamento massima
Indica la velocità massima che il motore può raggiungere durante il funzionamento senza carico.
Per funzionare nella regione compresa tra la coppia di inserimento e quella di estrazione, il motore deve inizialmente avviarsi nella regione di avvio/arresto. Quando il motore inizia a funzionare, la frequenza degli impulsi viene gradualmente aumentata fino al raggiungimento della velocità desiderata. Per arrestare il motore, la velocità viene quindi diminuita finché non scende al di sotto della curva di coppia di pull-in.
La coppia è direttamente proporzionale alla corrente e al numero di spire del filo nel motore. Per aumentare la coppia del 20%, anche la corrente dovrebbe essere aumentata di circa il 20%. Al contrario, per diminuire la coppia del 50%, la corrente dovrebbe essere ridotta del 50%.
Tuttavia, a causa della saturazione magnetica, non vi è alcun vantaggio nell'aumentare la corrente oltre il doppio della corrente nominale, poiché oltre questo punto ulteriori aumenti non miglioreranno la coppia. Il funzionamento a circa dieci volte la corrente nominale comporta il rischio di smagnetizzazione del rotore.
Tutti i nostri motori sono dotati di isolamento di Classe B, che può resistere a temperature fino a 130°C prima che l'isolamento inizi a degradarsi. Per garantire la longevità, si consiglia di mantenere una differenza di temperatura di 30°C dall'interno verso l'esterno, ovvero la temperatura esterna del case non deve superare i 100°C.
L'induttanza gioca un ruolo significativo nelle prestazioni di coppia ad alta velocità. Spiega perché i motori non presentano livelli di coppia infinitamente elevati. Ciascun avvolgimento del motore ha valori distinti di induttanza e resistenza. L'induttanza misurata in Henry, divisa per la resistenza in ohm, dà come risultato una costante di tempo (in secondi). Questa costante di tempo indica quanto tempo impiega la bobina per raggiungere il 63% della sua corrente nominale. Ad esempio, se il motore ha una potenza nominale di 1 A, dopo una costante di tempo, la bobina raggiungerà circa 0,63 A. In genere sono necessarie dalle quattro alle cinque costanti di tempo affinché la bobina raggiunga la piena corrente (1 A). Poiché la coppia è proporzionale alla corrente, se la corrente raggiunge solo il 63%, il motore produrrà circa il 63% della sua coppia massima dopo una costante di tempo.
A basse velocità, questo ritardo nell'accumulo di corrente non è un problema poiché la corrente può effettivamente entrare ed uscire rapidamente dalle bobine, consentendo al motore di fornire la sua coppia nominale. Tuttavia, a velocità elevate, la corrente non può aumentare abbastanza rapidamente prima che la fase successiva cambi, con conseguente riduzione della coppia.
La tensione del driver influisce in modo significativo sulle prestazioni ad alta velocità di a motore passo-passo . Un rapporto più elevato tra la tensione di comando e la tensione del motore porta a migliori capacità ad alta velocità. Questo perché tensioni elevate consentono alla corrente di fluire negli avvolgimenti più rapidamente rispetto alla soglia del 63% discussa in precedenza.
Quando un motore passo-passo passa da un passo a quello successivo, il rotore non si ferma immediatamente nella posizione target. Invece, si sposta oltre la posizione finale, poi viene tirato indietro, superando la direzione opposta, e continua a oscillare avanti e indietro finché alla fine si ferma. Questo fenomeno, denominato 'suono', si verifica ad ogni passo compiuto dal motore (vedere il diagramma interattivo di seguito). Proprio come una corda elastica, lo slancio del rotore lo porta oltre il suo punto di arresto, facendolo 'rimbalzare' prima di stabilizzarsi. In molti casi, tuttavia, al motore viene detto di passare alla fase successiva prima che si sia completamente fermato.
I grafici seguenti illustrano il comportamento del suono di un motore passo-passo in varie condizioni di carico. Quando il motore è scarico, presenta un ronzio significativo, che si traduce in un aumento delle vibrazioni. Questa vibrazione eccessiva può portare allo stallo del motore quando è scarico o leggermente caricato, poiché potrebbe perdere la sincronizzazione. Pertanto è fondamentale testare sempre a motore passo-passo con un carico adeguato.
Gli altri due grafici rappresentano le prestazioni del motore sotto carico. Il caricamento corretto del motore aiuta a stabilizzarne il funzionamento e a ridurre le vibrazioni. Idealmente, il carico dovrebbe richiedere tra il 30% e il 70% della coppia massima erogata dal motore. Inoltre, il rapporto di inerzia del carico rispetto al rotore dovrebbe essere compreso tra 1:1 e 10:1. Per movimenti più brevi e rapidi, è preferibile che questo rapporto sia compreso tra 1:1 e 3:1.
Gli specialisti applicativi e gli ingegneri di BesFoc sono disponibili per aiutare con il corretto dimensionamento del motore.
UN il motore passo-passo subirà vibrazioni significativamente aumentate quando la frequenza dell'impulso in ingresso coincide con la sua frequenza naturale, un fenomeno noto come risonanza. Ciò si verifica spesso intorno ai 200 Hz. Alla risonanza, il superamento e il superamento del rotore sono notevolmente amplificati, aumentando la probabilità di passaggi mancanti. Sebbene la frequenza di risonanza specifica possa variare con l'inerzia del carico, in genere si aggira intorno ai 200 Hz.
I motori passo-passo bifase possono perdere passaggi solo in gruppi di quattro. Se si nota una perdita di passo che si verifica in multipli di quattro, significa che le vibrazioni stanno causando la perdita di sincronizzazione del motore o che il carico potrebbe essere eccessivo. Al contrario, se i passaggi mancati non sono multipli di quattro, vi è una forte indicazione che il conteggio degli impulsi non è corretto o che il rumore elettrico sta influenzando le prestazioni.
Diverse strategie possono aiutare a mitigare gli effetti di risonanza. L'approccio più semplice è evitare del tutto di operare alla velocità di risonanza. Poiché 200 Hz corrispondono a circa 60 giri al minuto per un motore bifase, non si tratta di una velocità estremamente elevata. Maggior parte I motori passo-passo hanno una velocità iniziale massima di circa 1000 impulsi al secondo (pps). Pertanto, in molti casi, è possibile avviare il funzionamento del motore ad una velocità superiore alla frequenza di risonanza.
Se è necessario avviare il motore a una velocità inferiore alla frequenza di risonanza, è importante accelerare rapidamente attraverso la gamma di risonanza per ridurre al minimo gli effetti delle vibrazioni.
Un'altra soluzione efficace è utilizzare un angolo di passo più piccolo. Angoli di passo più grandi tendono a comportare maggiori superamenti e sottoelongazioni. Se il motore ha una breve distanza da percorrere, non genererà abbastanza forza (coppia) per superare in modo significativo. Riducendo l'angolo di passo, il motore subisce meno vibrazioni. Questo è uno dei motivi per cui le tecniche half-stepping e microstepping sono così efficaci nel ridurre le vibrazioni.
Assicurarsi di selezionare il motore in base ai requisiti di carico. Il corretto dimensionamento del motore può portare a prestazioni complessive migliori.
Gli ammortizzatori sono un'altra opzione da considerare. Questi dispositivi possono essere montati sull'albero posteriore del motore per assorbire parte dell'energia vibrazionale, contribuendo a rendere più fluido il funzionamento di un motore vibrante in modo economicamente vantaggioso.
Un progresso relativamente nuovo in La tecnologia del motore passo-passo è il motore passo-passo a 5 fasi. La differenza più evidente tra i motori a 2 fasi e quelli a 5 fasi (vedere lo schema interattivo di seguito) è il numero di poli dello statore: i motori a 2 fasi hanno 8 poli (4 per fase), mentre i motori a 5 fasi presentano 10 poli (2 per fase). Il design del rotore è simile a quello di un motore bifase.
In un motore bifase, ciascuna fase muove il rotore di 1/4 di passo dei denti, mentre in un motore a 5 fasi, il rotore si muove di 1/10 di passo dei denti a causa del suo design. Con un passo dei denti di 7,2° l'angolo di passo del motore a 5 fasi diventa 0,72°. Questa costruzione consente al motore a 5 fasi di raggiungere 500 passi per giro, rispetto ai 200 passi per giro del motore a 2 fasi, fornendo una risoluzione 2,5 volte maggiore di quella del motore a 2 fasi.
Una risoluzione più elevata porta ad un angolo di passo più piccolo, che riduce significativamente le vibrazioni. Poiché l'angolo di passo del motore a 5 fasi è 2,5 volte inferiore a quello del motore a 2 fasi, si verificano squilli e vibrazioni molto inferiori. In entrambi i tipi di motore, il rotore deve superare o diminuire di oltre 3,6° per perdere passaggi. Con l'angolo di passo del motore a 5 fasi di soli 0,72°, diventa quasi impossibile che il motore superi o non raggiunga un tale margine, con conseguente probabilità molto bassa di perdere la sincronizzazione.
Esistono quattro metodi di azionamento principali per motore passo-passo :
Wave Drive (passo completo)
2 fasi attive (fase intera)
1-2 fasi attive (mezzo passo)
Micropasso
Nel diagramma seguente, il metodo del wave drive è semplificato per illustrarne i principi. Ogni giro di 90° rappresentato nell'illustrazione rappresenta 1,8° di rotazione del rotore in un motore reale.
Nel metodo wave drive, noto anche come metodo ON monofase, viene energizzata solo una fase alla volta. Quando la fase A è attivata, crea un polo sud che attrae il polo nord del rotore. Quindi, la fase A viene disattivata e la fase B viene attivata, provocando la rotazione del rotore di 90° (1,8°) e questo processo continua con ciascuna fase che viene energizzata individualmente.
Il motore a onde funziona con una sequenza elettrica in quattro fasi per ruotare il motore.
Nel metodo di azionamento '2 fasi attive', entrambe le fasi del motore sono continuamente energizzate.
Come illustrato di seguito, ogni giro di 90° corrisponde ad una rotazione del rotore di 1,8°. Quando entrambe le fasi A e B sono energizzate come poli sud, il polo nord del rotore viene attratto equamente da entrambi i poli, facendolo allineare direttamente al centro. Man mano che la sequenza avanza e le fasi vengono attivate, il rotore ruoterà per mantenere l'allineamento tra i due poli energizzati.
Il metodo '2 Phases On' funziona utilizzando una sequenza elettrica in quattro fasi per ruotare il motore.
I motori standard bifase e bifase di tipo M di BesFoc utilizzano questo metodo di azionamento '2 fasi attive'.
Il vantaggio principale del metodo '2 Phases On' rispetto al metodo '1 Phase On' è la coppia. Nel metodo '1 Phase On', viene attivata solo una fase alla volta, risultando in una singola unità di coppia che agisce sul rotore. Al contrario, il metodo '2 Phases On' energizza entrambe le fasi contemporaneamente, producendo due unità di coppia. Un vettore di coppia agisce nella posizione delle ore 12 e l'altro nella posizione delle ore 3. Quando questi due vettori di coppia vengono combinati, creano un vettore risultante con un angolo di 45° con un'ampiezza maggiore del 41,4% rispetto a quella di un singolo vettore. Ciò significa che l'utilizzo del metodo '2 Phases On' ci consente di ottenere lo stesso angolo di passo del metodo '1 Phase On' fornendo allo stesso tempo il 41% di coppia in più.
I motori a cinque fasi, tuttavia, funzionano in modo leggermente diverso. Invece di utilizzare il metodo '2 Phases On', utilizzano il metodo '4 Phases On'. In questo approccio, quattro fasi vengono attivate simultaneamente ogni volta che il motore fa un passo.
Di conseguenza, il motore a cinque fasi segue una sequenza elettrica in 10 fasi durante il funzionamento.
Il metodo '1-2 Phases On', noto anche come half stepping, combina i principi dei due metodi precedenti. In questo approccio, energizziamo prima la fase A, provocando l'allineamento del rotore. Mantenendo energizzata la fase A, attiviamo quindi la fase B. A questo punto, il rotore è attratto equamente da entrambi i poli e si allinea al centro, determinando una rotazione di 45° (o 0,9°). Successivamente, disattiviamo la fase A continuando a energizzare la fase B, consentendo al motore di fare un altro passo. Questo processo continua, alternando l'energizzazione di una fase e due fasi. In questo modo, di fatto dimezziamo l'angolo di passo, il che aiuta a ridurre le vibrazioni.
Per un motore a 5 fasi, utilizziamo una strategia simile alternando 4 fasi accese e 5 fasi accese.
La modalità semipasso consiste in una sequenza elettrica di otto passi. Nel caso di un motore a cinque fasi che utilizza il metodo '4-5 fasi attive', il motore esegue una sequenza elettrica di 20 fasi.
(Se necessario, è possibile aggiungere ulteriori informazioni sul microstepping.)
Il microstepping è una tecnica utilizzata per rendere i passi più piccoli ancora più fini. Più piccoli sono i passi, maggiore è la risoluzione e migliori sono le caratteristiche di vibrazione del motore. Nel microstepping, una fase non è né completamente attivata né completamente disattivata; invece, è parzialmente energizzato. Le onde sinusoidali vengono applicate sia alla Fase A che alla Fase B, con una differenza di fase di 90° (o 0,9° in un sistema a cinque fasi). motore passo-passo ).
Quando viene applicata la potenza massima alla Fase A, la Fase B è a zero, determinando l'allineamento del rotore con la Fase A. Quando la corrente verso la Fase A diminuisce, la corrente verso la Fase B aumenta, consentendo al rotore di compiere piccoli passi verso la Fase B. Questo processo continua mentre la corrente scorre tra le due fasi, risultando in un movimento fluido di microstepping.
Tuttavia, il microstepping presenta alcune sfide, principalmente per quanto riguarda la precisione e la coppia. Poiché le fasi sono energizzate solo parzialmente, il motore tipicamente subisce una riduzione della coppia di circa il 30%. Inoltre, poiché la differenza di coppia tra i passi è minima, il motore potrebbe avere difficoltà a superare un carico, il che può portare a situazioni in cui al motore viene comandato di muoversi diversi passi prima di iniziare effettivamente a muoversi. In molti casi, l'integrazione degli encoder è necessaria per creare un sistema a circuito chiuso, anche se ciò aumenta il costo complessivo.
Sistemi ad anello aperto
Sistemi ad anello chiuso
Servosistemi
I motori passo-passo sono generalmente progettati come sistemi ad anello aperto. In questa configurazione, un generatore di impulsi invia impulsi al circuito di sequenziamento di fase. Il sequenziatore di fase determina quali fasi devono essere attivate o disattivate, come descritto in precedenza nei metodi passo intero e mezzo passo. Il sequenziatore controlla i FET ad alta potenza per attivare il motore.
Tuttavia, in un sistema ad anello aperto, non esiste alcuna verifica della posizione, ovvero non c'è modo di confermare se il motore ha eseguito il movimento comandato.
Uno dei metodi più comuni per implementare un sistema a circuito chiuso è l'aggiunta di un encoder all'albero posteriore di un motore a doppio albero. L'encoder è costituito da un disco sottile contrassegnato da linee che ruota tra un trasmettitore e un ricevitore. Ogni volta che una linea passa tra questi due componenti, genera un impulso sulle linee del segnale.
Questi impulsi di uscita vengono quindi restituiti al controller, che ne tiene il conteggio. Tipicamente, alla fine di un movimento, il controller confronta il numero di impulsi inviati al driver con il numero di impulsi ricevuti dall'encoder. Viene eseguita una routine specifica in base alla quale, se i due conteggi differiscono, il sistema si adegua per correggere la discrepanza. Se i conteggi corrispondono, significa che non si è verificato alcun errore e il movimento può continuare senza intoppi.
Il sistema a circuito chiuso presenta due svantaggi principali: costi (e complessità) e tempi di risposta. L'inclusione di un codificatore aumenta la spesa complessiva del sistema, insieme alla maggiore sofisticatezza del controller, che contribuisce al costo totale. Inoltre, poiché le correzioni vengono apportate solo alla fine di un movimento, ciò può introdurre ritardi nel sistema, rallentando potenzialmente i tempi di risposta.
Un'alternativa ai sistemi passo-passo a circuito chiuso è un servosistema. I servosistemi utilizzano in genere motori con un basso numero di poli, che consentono prestazioni ad alta velocità ma mancano di capacità di posizionamento intrinseca. Per convertire un servo in un dispositivo di posizionamento, sono necessari meccanismi di feedback, spesso utilizzando un codificatore o un risolutore insieme ad anelli di controllo.
In un servosistema, il motore viene attivato e disattivato finché il risolutore non indica che è stata raggiunta una posizione specificata. Ad esempio, se al servo viene chiesto di compiere 100 giri, inizierà con il conteggio del risolutore a zero. Il motore funziona fino a quando il conteggio del risolutore raggiunge i 100 giri, dopodiché si spegne. Se c'è uno spostamento di posizione, il motore viene riattivato per correggere la posizione.
La risposta del servo agli errori di posizione è influenzata dall'impostazione del guadagno. Un'impostazione di guadagno elevato consente al motore di reagire rapidamente alle variazioni di errore, mentre un'impostazione di guadagno basso determina una risposta più lenta. Tuttavia, la regolazione delle impostazioni del guadagno può introdurre ritardi nel sistema di controllo del movimento, influenzando le prestazioni generali.
AlphaStep è l'innovativo di BesFoc soluzione con motore passo-passo , dotata di un risolutore integrato che offre feedback di posizione in tempo reale. Questo design garantisce che l'esatta posizione del rotore sia sempre nota, migliorando la precisione e l'affidabilità del sistema.
Il driver AlphaStep è dotato di un contatore di input che tiene traccia di tutti gli impulsi inviati al convertitore. Contemporaneamente, il feedback dal risolutore viene diretto a un contatore della posizione del rotore, consentendo il monitoraggio continuo della posizione del rotore. Eventuali discrepanze vengono registrate in un contatore di deviazioni.
In genere, il motore funziona in modalità ad anello aperto, generando vettori di coppia che il motore può seguire. Tuttavia, se il contatore di deviazione indica una discrepanza maggiore di ±1,8°, il sequenziatore di fase attiva il vettore di coppia nella sezione superiore della curva di spostamento della coppia. Questo genera la coppia massima per riallineare il rotore e riportarlo in sincronismo. Se il motore è spento di diversi passi, il sequenziatore eccita più vettori di coppia all'estremità superiore della curva di spostamento della coppia. Il driver può gestire condizioni di sovraccarico per un massimo di 5 secondi; se non riesce a ripristinare il sincronismo entro questo tempo, viene attivato un guasto e viene emesso un allarme.
Una caratteristica notevole del sistema AlphaStep è la sua capacità di apportare correzioni in tempo reale per eventuali passaggi mancati. A differenza dei sistemi tradizionali che attendono fino alla fine di un movimento per correggere eventuali errori, il driver AlphaStep intraprende un'azione correttiva non appena il rotore esce dall'intervallo di 1,8°. Una volta che il rotore rientra entro questo limite, il driver ritorna alla modalità ad anello aperto e riprende le energizzazioni di fase appropriate.
Il grafico allegato illustra la curva di spostamento della coppia, evidenziando le modalità operative del sistema: anello aperto e anello chiuso. La curva di spostamento della coppia rappresenta la coppia generata da una singola fase, raggiungendo la coppia massima quando la posizione del rotore devia di 1,8°. Un passo può essere mancato solo se il rotore eccede di oltre 3,6°. Poiché il conducente prende il controllo del vettore di coppia ogni volta che la deviazione supera 1,8°, è improbabile che il motore perda dei passi a meno che non subisca un sovraccarico della durata di più di 5 secondi.
Molte persone credono erroneamente che la precisione del passo del motore AlphaStep sia di ±1,8°. In realtà, AlphaStep ha una precisione del passo di 5 minuti d'arco (0,083°). Il conducente gestisce i vettori di coppia quando il rotore è al di fuori dell'intervallo di 1,8°. Una volta che il rotore rientra in questo intervallo, i denti del rotore si allineano esattamente con il vettore di coppia generato. AlphaStep garantisce che il dente corretto si allinei con il vettore di coppia attivo.
La serie AlphaStep è disponibile in varie versioni. BesFoc offre sia modelli ad albero tondo che a ingranaggi con rapporti di trasmissione multipli per migliorare la risoluzione e la coppia o per ridurre al minimo l'inerzia riflessa. La maggior parte delle versioni può essere dotata di un freno magnetico di sicurezza. Inoltre, BesFoc fornisce una versione a 24 V CC denominata serie ASC.
In conclusione, i motori passo-passo sono particolarmente adatti per applicazioni di posizionamento. Consentono un controllo preciso sia della distanza che della velocità semplicemente variando il conteggio e la frequenza degli impulsi. L'elevato numero di poli garantisce precisione, anche durante il funzionamento in modalità ad anello aperto. Se adeguatamente dimensionato per un'applicazione specifica, a il motore passo-passo non perderà i passaggi. Inoltre, poiché non richiedono feedback sulla posizione, i motori passo-passo rappresentano una soluzione economicamente vantaggiosa.
