Produttore di motori a passo passo ibrido in Cina - Besfoc

Introduzione del motore passo -passo

Cos'è un motore passo -passo？

UN Il motore passo -passo è un tipo di motore elettrico che si muove in gradini fissi precisi anziché ruotando continuamente come un motore normale. È comunemente usato nelle applicazioni in cui è richiesto un controllo di posizione preciso, come stampanti 3D, macchine a CNC, robotica e piattaforme di fotocamere.

I motori a passo di passo sono un tipo di motore elettrico che convertisce l'energia elettrica in movimento rotazionale con notevole precisione. A differenza dei normali motori elettrici, che forniscono una rotazione continua, i motori passo -passo trasformano passaggi discreti, rendendoli ideali per applicazioni che richiedono un posizionamento accurato.

Ogni impulso di elettricità inviata a un motore passo -passo dal suo driver provoca un movimento preciso: ogni impulso corrisponde a un passaggio specifico. La velocità con cui il motore ruota direttamente correla alla frequenza di questi impulsi: più velocemente vengono inviati gli impulsi, più velocemente è la rotazione.

Uno dei vantaggi chiave di Il motore a passo s S è il loro facile controllo. La maggior parte dei driver opera con impulsi a 5 volt, compatibili con circuiti integrati comuni. Puoi progettare un circuito per generare questi impulsi o utilizzare un generatore di impulsi da aziende come Besfoc.

Nonostante le loro inesattezze occasionali - i motori stepper standard hanno una precisione di circa ± 3 minuti di arco (0,05 °) - questi errori non si accumulano con più passaggi. Ad esempio, se un motore passo -passo standard fa un passo, ruoterà 1,8 ° ± 0,05 °. Anche dopo un milione di passaggi, la deviazione totale è ancora solo ± 0,05 °, rendendoli affidabili per movimenti precisi su lunghe distanze.

Inoltre, i motori Stepper sono noti per la loro rapida risposta e accelerazione a causa della loro bassa inerzia del rotore, consentendo loro di ottenere rapidamente velocità elevate. Ciò li rende particolarmente adatti per applicazioni che richiedono movimenti brevi e rapidi.

Come funziona un motore passo -passo?

UN Il motore Stepper funziona dividendo una rotazione completa in una serie di passaggi uguali. Utilizza elettromagneti per creare movimenti in piccoli incrementi controllati.

1. All'interno del motore passo -passo

Un motore passo -passo ha due parti principali:

• Statore: la parte stazionaria con bobine (elettromagneti).

• Rotore: la parte rotante, spesso un magnete o fatto di ferro.

2. Movimento per campi magnetici

• Quando la corrente elettrica scorre attraverso le bobine dello statore, crea campi magnetici.

• Questi campi attirano il rotore.

• Accendendo le bobine accese e spegnere in una sequenza specifica, il rotore viene tirato passo dopo passo in un movimento circolare.

3. Rotazione passo-passo

• Ogni volta che una bobina viene eccitata, il rotore si muove di un angolo piccolo (chiamato passo).

• Ad esempio, se un motore ha 200 passaggi per rivoluzione, ogni passaggio sposta il rotore di 1,8 °.

• Il motore può ruotare in avanti o indietro a seconda dell'ordine degli impulsi inviati alle bobine.

4. Controllato da un driver

• UN Il driver del motore Stepper invia impulsi elettrici alle bobine del motore.

• Più impulsi, più il motore gira.

• I microcontroller (come Arduino o Raspberry Pi) possono controllare questi driver per spostare il motore con precisione.

Sistema del motore passo -passo

L'illustrazione seguente mostra un sistema motorio stepper standard, che consiste in diversi componenti essenziali che lavorano insieme. Le prestazioni di ciascun elemento influenzano la funzionalità generale del sistema.

1. Computer o PLC:

Al centro del sistema c'è il computer o il controller 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 la raccolta di un ascensore o lo spostamento di un nastro trasportatore. A seconda della complessità necessaria, questo controller può variare da un sofisticato PC o PLC a un semplice pulsante dell'operatore.

2. Indice o scheda PLC:

Il prossimo è l'indicizzatore o la scheda PLC, che comunica istruzioni specifiche al motore passo -passo . Genera il numero richiesto di impulsi per il movimento e regola la frequenza dell'impulso per controllare l'accelerazione, la velocità e la decelerazione del motore. L'indicizzatore può essere un'unità autonoma, come il besfoc, o una scheda del generatore di impulsi che si collega a un PLC. Indipendentemente dalla sua forma, questo componente è cruciale per il funzionamento del motore.

3. Driver del motore:

Il driver del motore è composto da quattro parti chiave:

• Logica per il controllo delle fasi: questa unità logica riceve impulsi dall'indicizzatore e determina quale fase del motore dovrebbe essere attivata. L'energizzare le fasi deve seguire una sequenza specifica per garantire un corretto funzionamento del motore.

• Alimentazione logica: si tratta di un'alimentazione a bassa tensione che alimenta i circuiti integrati (IC) all'interno del driver, in genere operando circa 5 volt, in base al set o al design del chip.

• Alimentazione del motore: questa alimentazione fornisce la tensione necessaria per alimentare il motore, di solito circa 24 VDC, sebbene possa essere più elevato 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 sono accesi e spenti nella sequenza corretta per facilitare il movimento del motore.

4. Carica:

Infine, tutti questi componenti lavorano insieme per spostare il carico, che potrebbe essere una vite di piombo, un disco o un nastro trasportatore, a seconda dell'applicazione specifica.

Tipi di motori a passo passo

Esistono tre tipi principali di motori a passo passo:

Motori a passo di riluttanza variabile (VR)

Questi motori presentano denti sul rotore e sullo statore ma non includono un magnete permanente. Di conseguenza, mancano di una coppia di detenzione, il che significa che non mantengono la loro posizione quando non sono eccitati.

Magnete permanente (PM) Sustper Motors

I motori stepper PM hanno un magnete permanente sul rotore ma non hanno i denti. Mentre in genere mostrano meno precisione negli angoli del gradino, forniscono una coppia di detenzione, consentendo loro di mantenere la posizione quando la potenza viene disattivata.

Motori passo -passo ibridi

Besfoc è specializzato esclusivamente in ibrido Motore Stepper s. Questi motori uniscono le proprietà magnetiche dei magneti permanenti con il design dentato di motori a riluttanza variabile. Il rotore è assialmente magnetizzato, 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 composto da due tazze dentate, ognuna con 50 denti. Queste tazze sono offset di 3,6 °, consentendo un posizionamento preciso. Se visto dall'alto, puoi vedere che un dente sulla tazza del polo nord si allinea con un dente sulla tazza del polo sud, creando un sistema di ingranaggio efficace.

I motori a passo ibrido funzionano su una costruzione in due fasi, con ogni fase contenente quattro poli distanziati a 90 °. Ogni polo in una fase è ferita in modo tale che i poli a distanza di 180 ° abbiano la stessa polarità, mentre le polarità sono opposte per quelle a 90 ° di distanza. Invertendo la corrente in qualsiasi fase, la polarità del polo statore corrispondente può anche essere invertita, consentendo al motore di convertire qualsiasi palo dello statore in un polo nord o sud.

Il rotore del motore passo -passo presenta 50 denti, con un passo di 7,2 ° tra ciascun dente. Man mano che il motore opera, l'allineamento dei denti del rotore con i denti dello statore può variare: in particolare, può essere compensato da tre quarti di un tono di dente, mezzo campo da dente o un quarto di un passo del dente. Quando il motore passa, prende naturalmente il percorso più breve per riallineare, che si traduce in un movimento di 1,8 ° per fase (poiché 1/4 di 7,2 ° è uguale a 1,8 °).

Coppia e precisione in I motori a passo di passo sono influenzati dal numero di poli (denti). Generalmente, un numero di polo più elevato porta a una coppia e una precisione migliorate. Besfoc offre 'ad alta risoluzione ' motori Stepper, che hanno metà del tono dei loro modelli standard. Questi rotori ad alta risoluzione hanno 100 denti, con un angolo di 3,6 ° tra ciascun dente. Con questa configurazione, un movimento di 1/4 di un campo da dente corrisponde a un passaggio più piccolo di 0,9 °.

Di conseguenza, i modelli 'ad alta risoluzione' forniscono il doppio della risoluzione dei motori standard, ottenendo 400 fasi per rivoluzione rispetto a 200 passaggi per rivoluzione nei modelli standard. Angoli di gradini più piccoli portano anche a vibrazioni più basse, poiché ogni passaggio è meno pronunciato e più graduale.

Struttura

Il diagramma seguente illustra una sezione trasversale di un motore passo-passo in 5 fasi. Questo motore è costituito principalmente da due parti principali: lo statore e il rotore. Il rotore stesso è costituito da tre componenti: tazza di rotore 1, tazza del rotore 2 e un magnete permanente. Il rotore è magnetizzato nella direzione assiale; Ad esempio, se il rotore Cup 1 è designato come Potor Potor, il Rotor Cup 2 sarà il Polo Sud.

Lo statore presenta 10 poli magnetici, ciascuno dotato di denti piccoli e avvolgimenti corrispondenti. Questi avvolgimenti sono progettati in modo che ciascuno sia collegato all'avvolgimento del suo polo opposto. Quando la corrente scorre attraverso una coppia di avvolgimenti, i poli collegano magnetizzano nella stessa direzione, o a nord o a sud.

Ogni coppia opposta di poli forma una fase del motore. Dato che ci sono 10 poli magnetici in totale, ciò si traduce in cinque fasi distinte in questa 5 fasi motore passo -passo.

È importante sottolineare che ogni tazza di rotore ha 50 denti lungo il loro perimetro esterno. I denti sulla tazza del rotore 1 e sulla tazza del rotore 2 sono meccanicamente offset l'uno dall'altro di mezzo campo da dente, consentendo un allineamento e un movimento precisi durante il funzionamento.

Speed-toorque

Comprendere come leggere una curva della torre velocità è cruciale, in quanto fornisce approfondimenti su ciò che un motore è in grado di raggiungere. Queste curve rappresentano le caratteristiche delle prestazioni di un motore specifico se abbinati a un determinato driver. Una volta che il motore è operativo, l'uscita della coppia è influenzata dal tipo di azionamento e dalla tensione applicata. Di conseguenza, lo stesso motore può esibire curve di carretto di velocità significativamente diverse a seconda del conducente utilizzato.

Besfoc fornisce queste curve di trasmissione di velocità come riferimento. Se si utilizza un motore con un driver che ha una tensione e valutazioni di corrente simili, puoi aspettarti prestazioni comparabili. Per un'esperienza interattiva, consultare la curva della torre velocità fornita di seguito:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Per operare all'interno della regione tra la coppia di pull-in e estraibile, il motore deve inizialmente iniziare nella regione di avvio/arresto. Quando il motore inizia a funzionare, la velocità di impulso viene gradualmente aumentata fino al raggiungimento della velocità desiderata. Per fermare il motore, la velocità viene quindi diminuita fino a quando non cade sotto la curva di coppia pull-in.

La coppia è direttamente proporzionale alla corrente e il numero di filo gira nel motore. Per aumentare la coppia del 20%, la corrente dovrebbe essere aumentata anche di circa il 20%. Al contrario, per ridurre 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. Operando circa dieci volte la corrente nominale pone il rischio di smagnetizzare il rotore.

Tutti i nostri motori sono dotati di isolamento di classe B, che possono resistere a temperature fino a 130 ° C prima che l'isolamento inizi a degradarsi. Per garantire la longevità, ti consigliamo di mantenere un differenziale di temperatura di 30 ° C dall'interno all'esterno, il che significa che la temperatura del caso esterno non deve superare i 100 ° C.

L'induttanza svolge un ruolo significativo nelle prestazioni di coppia ad alta velocità. Spiega perché i motori non presentano livelli infinitamente elevati di coppia. Ogni avvolgimento del motore ha valori distinti di induttanza e resistenza. L'induttanza misurata in Henrys, divisa per la resistenza negli OHM, si traduce in 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 è valutato per 1 amp, dopo una costante di tempo, la bobina raggiungerà circa 0,63 amp. In genere ci vogliono circa quattro o cinque costanti per la bobina per raggiungere la corrente completa (1 amp). 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 delle bobine, consentendo al motore di fornire la sua coppia nominale. Tuttavia, ad alta velocità, la corrente non può aumentare abbastanza rapidamente prima degli interruttori di fase successivi, con conseguente ridotta coppia.

Impatto di tensione del driver

La tensione del driver influisce significativamente sulle prestazioni ad alta velocità di a motore passo -passo . Un rapporto più elevato della tensione di azionamento e della tensione del motore porta a migliori capacità ad alta velocità. Questo perché le tensioni elevate consentono alla corrente di fluire negli avvolgimenti più rapidamente rispetto alla soglia del 63% precedentemente discussa.

Vibrazione

Quando un motore passo -passo passa da un passaggio all'altro, il rotore non si ferma istantaneamente nella posizione di destinazione. Invece, passa oltre la posizione finale, quindi viene tirato indietro, superando la direzione opposta e continua a oscillare avanti e indietro fino a quando alla fine non si ferma. Questo fenomeno, indicato come 'Ringing, ' si verifica ad ogni passaggio che il motore fa (vedere il diagramma interattivo di seguito). Proprio come una corda da bungee, lo slancio del rotore lo porta oltre il suo punto di sosta, causando lo 'rimbalzo ' prima di sistemarsi a riposo. In molti casi, tuttavia, il motore viene chiesto di passare al passaggio successivo prima che si fermi completamente.

I grafici seguenti illustrano il comportamento di squillo di un motore passo -passo in varie condizioni di carico. Quando il motore viene scaricato, presenta un squillo significativo, che si traduce in una maggiore vibrazione. Questa eccessiva vibrazione può portare allo stallo del motore quando viene scaricato o leggermente caricato, poiché potrebbe perdere la sincronizzazione. Pertanto, è essenziale testare sempre a Motore passo -passo con un carico appropriato.

Gli altri due grafici raffigurano le prestazioni del motore quando sono stati caricati. Il caricamento corretto del motore aiuta a stabilizzare il suo funzionamento e ridurre le vibrazioni. Idealmente, il carico dovrebbe richiedere tra il 30% e il 70% dell'uscita di coppia massima del motore. Inoltre, il rapporto di inerzia del carico e del rotore dovrebbe scendere tra 1: 1 e 10: 1. Per movimenti più brevi e più veloci, è preferibile che questo rapporto sia più vicino a 1: 1 a 3: 1.

Assistenza da besfoc

Gli specialisti e gli ingegneri delle applicazioni di Besfoc sono disponibili per aiutare con un adeguato dimensionamento del motore.

Risonanza e vibrazione

UN Il motore Stepper sperimenterà vibrazioni significativamente aumentate quando la frequenza dell'impulso di ingresso coincide con la sua frequenza naturale, un fenomeno noto come risonanza. Questo si verifica spesso circa 200 Hz. Alla risonanza, il superamento e il sottosuolo del rotore sono notevolmente amplificati, aumentando la probabilità di passi mancanti. Mentre la frequenza di risonanza specifica può variare con l'inerzia del carico, in genere si aggira intorno a 200 Hz.

Perdita di gradini nei motori in due fasi

I motori passo-passo in due fasi possono solo perdere passi in gruppi di quattro. Se si nota che la perdita di fase si verifica in multipli di quattro, indica che le vibrazioni stanno causando la perdita di sincronizzazione del motore o che il carico può essere eccessivo. Al contrario, se i passaggi mancati non sono in multipli di quattro, c'è una forte indicazione che il numero di impulsi non è corretto o il rumore elettrico sta influenzando le prestazioni.

Mitigare la risonanza

Diverse strategie possono aiutare a mitigare gli effetti di risonanza. L'approccio più semplice è evitare di operare alla velocità risonante del tutto. Poiché 200 Hz corrisponde a circa 60 giri / min per un motore in due fasi, non è una velocità estremamente elevata. Maggior parte Il motore passo -passo S ha una velocità di partenza massima di circa 1000 impulsi al secondo (PPS). Pertanto, in molti casi, è possibile avviare il funzionamento del motore a 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 l'intervallo di risonanza per ridurre al minimo gli effetti delle vibrazioni.

Ridurre l'angolo del passo

Un'altra soluzione efficace è quella di utilizzare un angolo di gradino minore. Gli angoli più grandi tendono a provocare un maggiore superamento e sottovalutazione. Se il motore ha una breve distanza per viaggiare, non genererà abbastanza forza (coppia) per superare in modo significativo. Riducendo l'angolo del gradino, il motore sperimenta meno vibrazioni. Questo è uno dei motivi per cui le tecniche a metà passo e microstepping sono così efficaci nel ridurre le vibrazioni.

Assicurati di selezionare il motore in base ai requisiti di carico. Il adeguato dimensionamento del motore può portare a migliori prestazioni complessive.

Usando gli smorzatori

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 levigare il funzionamento di un motore vibrante in modo conveniente.

Motori passo-passo in 5 fasi

Un progresso relativamente nuovo in La tecnologia del motore Stepper  è il motore passo-passo in 5 fasi. La differenza più evidente tra motori a 2 fasi e 5 fasi (vedere il diagramma interattivo seguente) è il numero di poli dello statore: i motori a due 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 in due fasi.

In un motore in due fasi, ogni fase sposta il rotore di 1/4 di tono, mentre in un motore a 5 fasi, il rotore muove 1/10 di un tono a causa del suo design. Con un campo da dente di 7,2 °, l'angolo del gradino per il motore a 5 fasi diventa 0,72 °. Questa costruzione consente al motore in 5 fasi di ottenere 500 passi per rivoluzione, rispetto alle 200 fasi del motore in due fasi per rivoluzione, fornendo una risoluzione 2,5 volte maggiore di quella del motore in due fasi.

Una risoluzione più elevata porta a un angolo di gradino minore, che riduce significativamente le vibrazioni. Poiché l'angolo di gradino del motore in 5 fasi è 2,5 volte più piccolo di quello del motore in 2 fasi, sperimenta una squilla e vibrazioni molto più basse. In entrambi i tipi di motori, il rotore deve superare o sottovalutare più di 3,6 ° per perdere passi. Con l'angolo di gradino del motore in 5 fasi di soli 0,72 °, diventa quasi impossibile per il motore superarli o sottovalutare di tale margine, con conseguente probabilità molto bassa di perdere la sincronizzazione.

Metodi di guida

Esistono quattro metodi di guida primari per Motore Stepper S:

1. Wave Drive (Full Step)

2. 2 fasi su (passo completo)

3. 1-2 fasi su (mezzo passaggio)

4. Microstep

Wave Drive

Nel diagramma seguente, il metodo Wave Drive è semplificato per illustrare i suoi principi. Ogni giro di 90 ° raffigurata nell'illustrazione rappresenta 1,8 ° di rotazione del rotore in un motore reale.

Nel metodo Wave Drive, noto anche come 1-Fase sul metodo, solo una fase viene energizzata alla volta. Quando la fase A è attivata, crea un polo sud che attira il polo nord del rotore. Quindi, la fase A viene spenta e la fase B viene attivata, causando la ruota del rotore a 90 ° (1,8 °) e questo processo continua con ogni fase che viene eccitata individualmente.

L'unità d'onda funziona con una sequenza elettrica a quattro fasi per ruotare il motore.

 

2 fasi on

Nelle fasi '2 su ' metodo di azionamento, entrambe le fasi del motore vengono continuamente energizzate.

Come illustrato di seguito, ogni giro di 90 ° corrisponde a 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 ad entrambi i poli, facendolo allineare direttamente nel mezzo. Man mano che la sequenza avanza e le fasi vengono attivate, il rotore ruoterà per mantenere l'allineamento tra i due poli energizzati.

Le fasi '2 su ' funzionano utilizzando una sequenza elettrica a quattro fasi per ruotare il motore.

I motori di tipo M-Fase M standard di Besfoc utilizzano queste fasi '2 sul metodo di guida '.

Il vantaggio principale delle fasi '2 sul metodo ' sulla fase '1 su ' è la coppia. Nel metodo '1 fase su ', viene attivata solo una fase alla volta, risultando in una singola unità di coppia che agisce sul rotore. Al contrario, il metodo '2 su ' energizza entrambe le fasi contemporaneamente, producendo due unità di coppia. Un vettore di coppia agisce nella posizione delle 12 e l'altro nella posizione delle 3. Quando questi due vettori di coppia sono combinati, creano un vettore risultante con un angolo di 45 ° con una grandezza che è del 41,4% maggiore di quella di un singolo vettore. Ciò significa che l'utilizzo delle fasi '2 su ' ci consente di ottenere lo stesso angolo del passo del metodo '1 su ' mentre fornisce una coppia in più di 41%.

I motori a cinque fasi, tuttavia, funzionano in modo leggermente diverso. Invece di utilizzare le fasi '2 sul metodo ', utilizzano le fasi '4 sul metodo '. In questo approccio, quattro delle fasi vengono attivate contemporaneamente ogni volta che il motore fa un passo.

Di conseguenza, il motore in cinque fasi segue una sequenza elettrica in 10 fasi durante il funzionamento.

1-2 fasi su (mezzo passaggio)

Il metodo '1-2 su ', noto anche come mezzo passo, combina i principi dei due metodi precedenti. In questo approccio, prima energizziamo la fase A, causando l'allineamento del rotore. Mentre manteniamo la fase A energizzata, attiviamo quindi la fase B. A questo punto, il rotore è ugualmente attratto da entrambi i poli e si allinea nel mezzo, con conseguente rotazione di 45 ° (o 0,9 °). Successivamente, spegniamo la fase A continuando a energizzare la fase B, permettendo al motore di fare un altro passo. Questo processo continua, alternando tra energizzare una fase e due fasi. In questo modo, abbiamo effettivamente tagliato l'angolo del gradino a metà, il che aiuta a ridurre le vibrazioni.

Per un motore a 5 fasi, utilizziamo una strategia simile alternando tra 4 fasi su e 5 fasi.

La modalità a mezzo passo è costituita da una sequenza elettrica in otto fasi. Nel caso di un motore in cinque fasi utilizzando le fasi '4-5 su ', il motore attraversa una sequenza elettrica a 20 fasi.

Microstep

(È possibile aggiungere ulteriori informazioni sul microstepping se necessario.)

Microstepping

Il microstepping è una tecnica utilizzata per rendere passaggi più piccoli ancora più fini. Più piccoli sono i passaggi, maggiore è la risoluzione e migliori le caratteristiche di vibrazione del motore. Nel microstepping, una fase non è né completamente accesa né completamente spenta; Invece, è parzialmente eccitato. Le onde sinusoidali vengono applicate sia alla fase A che alla fase B, con una differenza di fase di 90 ° (o 0,9 ° in una cinque fase motore passo -passo ).

Quando la potenza massima viene applicata alla fase A, la fase B è a zero, facendo allineare il rotore con la fase A. Man mano che la corrente alla fase A diminuisce, aumenta la corrente alla fase B, consentendo al rotore di adottare piccoli passi verso la fase B. Questo processo continua come i cicli di corrente tra i due fasi, con conseguente movimento a microstitura regolare.

Tuttavia, il microstepping presenta alcune sfide, principalmente per quanto riguarda l'accuratezza e la coppia. Poiché le fasi sono solo parzialmente energizzate, il motore genera in genere una riduzione della coppia di circa il 30%. Inoltre, poiché il differenziale di coppia tra le fasi è minimo, il motore potrebbe avere difficoltà a superare un carico, che può provocare situazioni in cui il motore è comandato di spostare più passaggi prima che inizi effettivamente a muoversi. In molti casi, è necessario incorporare gli encoder per creare un sistema a circuito chiuso, sebbene ciò aggiunga al costo complessivo.

Sistemi motori Stepper

Sistemi ad anello aperto
sistemi a loop chiuso
Servo sistemi

Anello aperto

I motori Stepper sono in genere progettati come sistemi ad anello aperto. In questa configurazione, un generatore di impulsi invia impulsi al circuito di sequenziamento di fase. Il sequencer di fase determina quali fasi dovrebbero essere attivate o disattivate, come precedentemente descritto nei metodi di fase completa e mezzo passo. Il sequencer controlla i FET ad alta potenza per attivare il motore.

Tuttavia, in un sistema ad anello aperto, non vi è alcuna verifica della posizione, il che significa che non è possibile confermare se il motore ha eseguito il movimento comandato.

Anello chiuso

Uno dei metodi più comuni per l'implementazione di 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 output vengono quindi restituiti al controller, il che ne tiene un conteggio. In genere, 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 per cui, se i due conteggi differiscono, il sistema si regola per correggere la discrepanza. Se i conteggi corrispondono, indica che non si è verificato alcun errore e il movimento può continuare senza intoppi.

Inconvenienti di sistemi ad anello chiuso

Il sistema a circuito chiuso viene fornito con due svantaggi principali: costo (e complessità) e tempo di risposta. L'inclusione di un encoder si aggiunge alla spesa complessiva del sistema, insieme alla maggiore raffinatezza 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.

Servo System

Un'alternativa ai sistemi di passo a circuito chiuso è un servo sistema. I sistemi servi in ​​genere utilizzano motori con un basso numero di poti, consentendo prestazioni ad alta velocità ma prive di capacità di posizionamento intrinseca. Per convertire un servo in un dispositivo posizionale, sono necessari meccanismi di feedback, spesso utilizzando un codificatore o un risolutore insieme ai loop di controllo.

In un servo sistema, il motore viene attivato e disattivato fino a quando il resolver indica che è stata raggiunta una posizione specificata. Ad esempio, se il servo viene chiesto di spostare 100 giri, inizia con il conteggio dei risolutori a zero. Il motore funziona fino a quando il conteggio dei resolver raggiunge 100 rivoluzioni, a quel punto si spegne. In caso di spostamento posizionale, il motore viene riattivato per correggere la posizione.

La risposta del servo agli errori posizionali è influenzata da un'impostazione del guadagno. Un'impostazione ad alto guadagno consente al motore di reagire rapidamente alle variazioni di errore, mentre un'impostazione di guadagno a basso comporta una risposta più lenta. Tuttavia, la regolazione delle impostazioni del guadagno può introdurre ritardi nel sistema di controllo del movimento, influenzando le prestazioni complessive.

ALPHASTEP SISTEMI MOTORE SUPPER SUPPER

Alphastep è innovativo di Besfoc Soluzione del motore Stepper  , con un resolver integrato che offre feedback in tempo reale. Questo design garantisce che la posizione esatta del rotore sia sempre nota, migliorando la precisione e l'affidabilità del sistema.

ALPHASTEP SISTEMI MOTORE SUPPER SUPPER

Il driver Alphastep presenta un contatore di input che tiene traccia di tutti gli impulsi inviati all'unità. Contemporaneamente, il feedback dal resolver è diretto a un contatore della posizione del rotore, consentendo il monitoraggio continuo della posizione del rotore. Eventuali discrepanze sono registrate in un contatore di deviazione.

In genere, il motore funziona in modalità ad anello aperto, generando vettori di coppia per il motore da seguire. Tuttavia, se il contatore di deviazione indica una discrepanza maggiore di ± 1,8 °, il sequencer di fase attiva il vettore di coppia nella sezione superiore della curva di spostamento della coppia. Ciò genera una coppia massima per riallineare il rotore e riportarlo nel sincronismo. Se il motore è spento di diversi passaggi, il sequencer energizza più vettori di coppia nell'estremità alta della curva di spostamento della coppia. Il driver può gestire le condizioni di sovraccarico per un massimo di 5 secondi; Se non riesce a ripristinare il sincronismo entro questo periodo di tempo, viene attivato un errore 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 una mossa per correggere eventuali errori, il driver Alphastep intraprende un'azione correttiva non appena il rotore esce al di fuori dell'intervallo di 1,8 °. Una volta che il rotore è tornato all'interno di questo limite, il driver ritorna in modalità Loop apri e riprende le energizzazioni di fase appropriate.

Il grafico di accompagnamento 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 si discosta di 1,8 °. Un passaggio può essere perso solo se il rotore supera di più di 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 manchi passi a meno che non abbia un sovraccarico che dura più di 5 secondi.

Accuratezza del passo di Alphastep

Molte persone credono erroneamente che l'accuratezza del gradino del motore Alphastep sia ± 1,8 °. In realtà, l'Alphastep ha una precisione graduale di 5 minuti ARC (0,083 °). Il driver gestisce i vettori di coppia quando il rotore si trova al di fuori dell'intervallo di 1,8 °. Una volta che il rotore rientra in questo intervallo, i denti del rotore si allineano proprio con il vettore di coppia generato. L'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 alberi rotondi che modelli ingranati con più rapporti di marcia 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 difettoso. Inoltre, Besfoc fornisce una versione da 24 VDC chiamata Serie ASC.

Conclusione

In conclusione, i motori Stepper sono altamente adatti per le applicazioni di posizionamento. Consentono un controllo preciso della distanza e della velocità semplicemente variando la conta e la frequenza degli impulsi. Il loro alto numero di poti consente l'accuratezza, anche quando si opera in modalità ad anello aperto. Se dimensionato correttamente per un'applicazione specifica, a Il motore Stepper non mancherà i passaggi. Inoltre, poiché non richiedono un feedback posizionale, i motori a passo passo sono una soluzione economica.