Pandangan: 0 Pengarang: Editor Tapak Masa Terbit: 2025-04-18 Asal: tapak
A motor stepper ialah sejenis motor elektrik yang bergerak dalam langkah yang tepat dan tetap daripada terus berputar seperti motor biasa. Ia biasanya digunakan dalam aplikasi yang memerlukan kawalan kedudukan yang tepat, seperti pencetak 3D, mesin CNC, robotik dan platform kamera.
Motor stepper ialah sejenis motor elektrik yang menukar tenaga elektrik kepada gerakan putaran dengan ketepatan yang luar biasa. Tidak seperti motor elektrik biasa, yang menyediakan putaran berterusan, motor stepper berputar mengikut langkah-langkah diskret, menjadikannya sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kedudukan yang tepat.
Setiap nadi elektrik yang dihantar ke motor stepper daripada pemandunya menghasilkan pergerakan yang tepat—setiap nadi sepadan dengan langkah tertentu. Kelajuan di mana motor berputar secara langsung berkorelasi dengan kekerapan denyutan ini: lebih cepat denyutan dihantar, lebih cepat putaran.
Salah satu kelebihan utama motor stepper adalah kawalan mudah mereka. Kebanyakan pemandu beroperasi dengan denyutan 5 volt, serasi dengan litar bersepadu biasa. Anda boleh sama ada mereka bentuk litar untuk menjana denyutan ini atau menggunakan penjana nadi daripada syarikat seperti BesFoc.
Walaupun ketidaktepatannya sekali-sekala—motor stepper standard mempunyai ketepatan kira-kira ± 3 minit arka (0.05°)—ralat ini tidak terkumpul dengan berbilang langkah. Sebagai contoh, jika motor stepper standard membuat satu langkah, ia akan berputar 1.8° ± 0.05°. Walaupun selepas sejuta langkah, jumlah sisihan masih hanya ± 0.05°, menjadikannya boleh dipercayai untuk pergerakan tepat pada jarak jauh.
Selain itu, motor stepper terkenal dengan tindak balas dan pecutan pantasnya kerana inersia rotornya yang rendah, membolehkannya mencapai kelajuan tinggi dengan cepat. Ini menjadikannya sangat sesuai untuk aplikasi yang memerlukan pergerakan yang pendek dan pantas.
A motor stepper berfungsi dengan membahagikan putaran penuh kepada beberapa langkah yang sama. Ia menggunakan elektromagnet untuk mencipta pergerakan dalam kenaikan yang kecil dan terkawal.
Motor stepper mempunyai dua bahagian utama:
Stator – bahagian pegun dengan gegelung (elektromagnet).
Rotor – bahagian berputar, selalunya magnet atau diperbuat daripada besi.
Apabila arus elektrik mengalir melalui gegelung stator, ia mewujudkan medan magnet.
Medan ini menarik pemutar.
Dengan menghidupkan dan mematikan gegelung dalam urutan tertentu, pemutar ditarik langkah demi langkah dalam gerakan bulat.
Setiap kali gegelung ditenagakan, pemutar bergerak dengan sudut kecil (dipanggil langkah).
Sebagai contoh, jika motor mempunyai 200 langkah setiap pusingan, setiap langkah menggerakkan pemutar 1.8°.
Motor boleh berputar ke hadapan atau ke belakang bergantung pada susunan denyutan yang dihantar ke gegelung.
A pemandu motor stepper menghantar denyutan elektrik ke gegelung motor.
Semakin banyak denyutan, semakin banyak motor berputar.
Pengawal mikro (seperti Arduino atau Raspberry Pi) boleh mengawal pemacu ini untuk menggerakkan motor dengan tepat.
Ilustrasi di bawah menggambarkan sistem motor stepper standard, yang terdiri daripada beberapa komponen penting yang berfungsi bersama. Prestasi setiap elemen mempengaruhi kefungsian keseluruhan sistem.
Di tengah-tengah sistem ialah komputer atau pengawal logik boleh atur cara (PLC). Komponen ini bertindak sebagai otak, mengawal bukan sahaja motor stepper tetapi juga keseluruhan mesin. Ia boleh melakukan pelbagai tugas, seperti menaikkan lif atau menggerakkan tali pinggang penghantar. Bergantung pada kerumitan yang diperlukan, pengawal ini boleh terdiri daripada PC atau PLC yang canggih kepada butang tekan operator mudah.
Seterusnya ialah pengindeks atau kad PLC, yang menyampaikan arahan khusus kepada motor stepper . Ia menjana bilangan denyutan yang diperlukan untuk pergerakan dan melaraskan frekuensi nadi untuk mengawal pecutan, kelajuan dan nyahpecutan motor. Pengindeks boleh menjadi unit kendiri, seperti BesFoc, atau kad penjana nadi yang dipalamkan ke PLC. Tidak kira bentuknya, komponen ini penting untuk operasi motor.
Pemandu motor terdiri daripada empat bahagian utama:
Logik untuk Kawalan Fasa: Unit logik ini menerima denyutan daripada pengindeks dan menentukan fasa mana motor harus diaktifkan. Penjanaan fasa mesti mengikut urutan tertentu untuk memastikan operasi motor yang betul.
Bekalan Kuasa Logik: Ini ialah bekalan voltan rendah yang menggerakkan litar bersepadu (IC) dalam pemacu, biasanya beroperasi sekitar 5 volt, berdasarkan set atau reka bentuk cip.
Bekalan Kuasa Motor: Bekalan ini menyediakan voltan yang diperlukan untuk menggerakkan motor, biasanya sekitar 24 VDC, walaupun ia boleh lebih tinggi bergantung pada aplikasi.
Penguat Kuasa: Komponen ini terdiri daripada transistor yang membolehkan arus mengalir melalui fasa motor. Transistor ini dihidupkan dan dimatikan dalam urutan yang betul untuk memudahkan pergerakan motor.
Akhir sekali, semua komponen ini bekerjasama untuk menggerakkan beban, yang boleh menjadi skru plumbum, cakera atau tali pinggang penghantar, bergantung pada aplikasi tertentu.
Terdapat tiga jenis utama motor stepper:
Motor ini mempunyai gigi pada rotor dan stator tetapi tidak termasuk magnet kekal. Akibatnya, mereka kekurangan tork penahan, bermakna mereka tidak memegang kedudukan mereka apabila tidak bertenaga.
Motor stepper PM mempunyai magnet kekal pada rotor tetapi tidak mempunyai gigi. Walaupun mereka biasanya mempamerkan kurang ketepatan dalam sudut langkah, mereka memberikan tork penahan, membolehkan mereka mengekalkan kedudukan apabila kuasa dimatikan.
BesFoc mengkhusus secara eksklusif dalam Hibrid motor stepper s. Motor ini menggabungkan sifat magnet magnet kekal dengan reka bentuk bergigi bagi motor keengganan berubah-ubah. Rotor bermagnet secara paksi, bermakna dalam konfigurasi biasa, bahagian atas adalah kutub utara dan bahagian bawah adalah kutub selatan.
Rotor terdiri daripada dua cawan bergigi, setiap satu mempunyai 50 gigi. Cawan ini diimbangi sebanyak 3.6°, membenarkan kedudukan yang tepat. Apabila dilihat dari atas, anda dapat melihat bahawa gigi pada cawan kutub utara sejajar dengan gigi pada cawan kutub selatan, mewujudkan sistem penggearan yang berkesan.
Motor stepper hibrid beroperasi pada pembinaan dua fasa, dengan setiap fasa mengandungi empat tiang dengan jarak 90°. Setiap kutub dalam fasa dililit supaya kutub pada jarak 180° mempunyai kekutuban yang sama, manakala kutub adalah berlawanan untuk jarak kutub 90°. Dengan membalikkan arus dalam mana-mana fasa, kekutuban kutub stator yang sepadan juga boleh diterbalikkan, membolehkan motor menukar mana-mana kutub stator menjadi kutub utara atau selatan.
Rotor motor stepper mempunyai 50 gigi, dengan pic 7.2° antara setiap gigi. Semasa motor beroperasi, penjajaran gigi pemutar dengan gigi pemegun boleh berbeza-beza—khususnya, ia boleh diimbangi dengan tiga perempat daripada pic gigi, separuh pic gigi, atau suku pic gigi. Apabila motor melangkah, ia secara semula jadi mengambil laluan terpendek untuk menjajarkan semula dirinya, yang diterjemahkan kepada pergerakan 1.8° setiap langkah (sejak 1/4 daripada 7.2° bersamaan 1.8°).
Tork dan ketepatan dalam motor stepper s dipengaruhi oleh bilangan kutub (gigi). Secara amnya, kiraan tiang yang lebih tinggi membawa kepada tork dan ketepatan yang lebih baik. BesFoc menawarkan motor stepper 'Resolusi Tinggi', yang mempunyai separuh nada gigi daripada model standardnya. Rotor resolusi tinggi ini mempunyai 100 gigi, menghasilkan sudut 3.6° antara setiap gigi. Dengan persediaan ini, pergerakan 1/4 pic gigi sepadan dengan langkah yang lebih kecil iaitu 0.9°.
Hasilnya, model 'Resolusi Tinggi' memberikan dua kali ganda resolusi motor standard, mencapai 400 langkah setiap revolusi berbanding 200 langkah setiap revolusi dalam model standard. Sudut langkah yang lebih kecil juga membawa kepada getaran yang lebih rendah, kerana setiap langkah kurang jelas dan lebih beransur-ansur.
Rajah di bawah menggambarkan keratan rentas motor stepper 5 fasa. Motor ini terutamanya terdiri daripada dua bahagian utama: stator dan rotor. Rotor itu sendiri terdiri daripada tiga komponen: cawan rotor 1, cawan rotor 2, dan magnet kekal. Rotor dimagnetkan dalam arah paksi; contohnya, jika cawan pemutar 1 ditetapkan sebagai kutub utara, cawan pemutar 2 akan menjadi kutub selatan.
Stator mempunyai 10 kutub magnet, setiap satu dilengkapi dengan gigi kecil dan belitan yang sepadan. Belitan ini direka bentuk supaya setiap satu disambungkan ke belitan tiang bertentangannya. Apabila arus mengalir melalui sepasang belitan, kutub yang disambungkan akan bermagnet pada arah yang sama—sama ada utara atau selatan.
Setiap pasangan kutub yang bertentangan membentuk satu fasa motor. Memandangkan terdapat 10 kutub magnet secara keseluruhan, ini menghasilkan lima fasa yang berbeza dalam 5 fasa ini motor stepper.
Yang penting, setiap cawan rotor mempunyai 50 gigi di sepanjang perimeter luarnya. Gigi pada cawan pemutar 1 dan cawan pemutar 2 diimbangi secara mekanikal antara satu sama lain dengan separuh padang gigi, membolehkan penjajaran dan pergerakan yang tepat semasa operasi.
Memahami cara membaca lengkung tork kelajuan adalah penting, kerana ia memberikan pandangan tentang perkara yang mampu dicapai oleh motor. Lengkung ini mewakili ciri prestasi motor tertentu apabila dipasangkan dengan pemandu tertentu. Sebaik sahaja motor beroperasi, keluaran torknya dipengaruhi oleh jenis pemacu dan voltan yang digunakan. Akibatnya, motor yang sama boleh mempamerkan lengkung tork kelajuan yang berbeza dengan ketara bergantung pada pemandu yang digunakan.
BesFoc menyediakan keluk tork kelajuan ini sebagai rujukan. Jika anda menggunakan motor dengan pemacu yang mempunyai penilaian voltan dan arus yang serupa, anda boleh mengharapkan prestasi yang setanding. Untuk pengalaman interaktif, sila rujuk lengkung tork kelajuan yang disediakan di bawah:
Menahan Tork
Ini ialah jumlah tork yang dihasilkan oleh motor apabila ia dalam keadaan pegun, dengan arus undian mengalir melalui belitannya.
Rantau Mula/Berhenti
Bahagian ini menunjukkan nilai tork dan kelajuan di mana motor boleh bermula, berhenti atau berundur serta-merta.
Tork Tarik Masuk
Ini ialah nilai tork dan kelajuan yang membolehkan motor dihidupkan, berhenti atau terbalik sambil kekal dalam penyegerakan dengan denyutan input.
Pullout Torque
Ini merujuk kepada nilai tork dan kelajuan di mana motor boleh beroperasi tanpa terhenti, mengekalkan penyegerakan dengan fasa input. Ia mewakili tork maksimum yang boleh diberikan oleh motor semasa operasi.
Kelajuan Permulaan Maksimum
Ini ialah kelajuan tertinggi di mana motor boleh mula berjalan apabila tiada beban dikenakan.
Kelajuan Larian Maksimum
Ini menunjukkan kelajuan terpantas yang boleh dicapai oleh motor semasa berjalan tanpa beban.
Untuk beroperasi dalam kawasan antara tork tarik masuk dan tarik keluar, motor mesti mula-mula dimulakan di kawasan mula/berhenti. Apabila motor mula berjalan, kadar nadi meningkat secara beransur-ansur sehingga kelajuan yang dikehendaki dicapai. Untuk menghentikan motor, kelajuan kemudiannya dikurangkan sehingga ia jatuh di bawah lengkung tork tarik masuk.
Tork adalah berkadar terus dengan arus dan bilangan pusingan wayar dalam motor. Untuk meningkatkan tork sebanyak 20%, arus juga perlu ditingkatkan kira-kira 20%. Sebaliknya, untuk mengurangkan tork sebanyak 50%, arus harus dikurangkan sebanyak 50%.
Walau bagaimanapun, disebabkan ketepuan magnetik, tiada faedah untuk meningkatkan arus melebihi dua kali ganda arus undian, kerana di luar titik ini, peningkatan selanjutnya tidak akan meningkatkan tork. Beroperasi pada kira-kira sepuluh kali arus undian menimbulkan risiko menyahmagnetkan rotor.
Semua motor kami dilengkapi dengan penebat Kelas B, yang boleh menahan suhu sehingga 130°C sebelum penebat mula merosot. Untuk memastikan jangka hayat, kami mengesyorkan mengekalkan perbezaan suhu 30°C dari dalam ke luar, bermakna suhu luar kotak tidak boleh melebihi 100°C.
Kearuhan memainkan peranan penting dalam prestasi tork berkelajuan tinggi. Ia menerangkan mengapa motor tidak mempamerkan tahap tork yang tinggi tanpa henti. Setiap belitan motor mempunyai nilai kearuhan dan rintangan yang berbeza. Kearuhan yang diukur dalam henrys, dibahagikan dengan rintangan dalam ohm, menghasilkan pemalar masa (dalam saat). Pemalar masa ini menunjukkan berapa lama masa yang diperlukan untuk gegelung mencapai 63% daripada arus terkadarnya. Sebagai contoh, jika motor dinilai untuk 1 amp, selepas pemalar satu masa, gegelung akan mencapai lebih kurang 0.63 amp. Ia biasanya mengambil masa kira-kira empat hingga lima pemalar masa untuk gegelung mencapai arus penuh (1 amp). Oleh kerana tork adalah berkadar dengan arus, jika arus hanya mencapai 63%, motor akan menghasilkan kira-kira 63% daripada tork maksimumnya selepas pemalar satu masa.
Pada kelajuan rendah, kelewatan dalam penumpukan semasa ini bukanlah satu isu kerana arus boleh masuk dan keluar dengan berkesan dari gegelung dengan cepat, membolehkan motor menyampaikan tork terkadarnya. Walau bagaimanapun, pada kelajuan tinggi, arus tidak dapat meningkat dengan cukup cepat sebelum fasa seterusnya bertukar, mengakibatkan tork berkurangan.
Voltan pemandu memberi kesan ketara kepada prestasi kelajuan tinggi a motor stepper . Nisbah voltan pemacu kepada voltan motor yang lebih tinggi membawa kepada keupayaan kelajuan tinggi yang lebih baik. Ini kerana voltan tinggi membenarkan arus mengalir ke belitan dengan lebih pantas daripada ambang 63% yang dibincangkan sebelum ini.
Apabila motor stepper beralih dari satu langkah ke langkah seterusnya, rotor tidak berhenti serta-merta pada kedudukan sasaran. Sebaliknya, ia bergerak melepasi kedudukan akhir, kemudian ditarik ke belakang, melepasi arah bertentangan, dan terus berayun ke sana ke mari sehingga akhirnya berhenti. Fenomena ini, yang dirujuk sebagai 'berdering,' berlaku dengan setiap langkah yang dilakukan oleh motor (lihat rajah interaktif di bawah). Sama seperti kord bungee, momentum pemutar membawanya melepasi titik hentinya, menyebabkan ia 'melantun' sebelum mengendap dalam keadaan rehat. Walau bagaimanapun, dalam kebanyakan kes, motor diarahkan untuk bergerak ke langkah seterusnya sebelum ia berhenti sepenuhnya.
Graf di bawah menggambarkan tingkah laku deringan motor stepper di bawah pelbagai keadaan pemuatan. Apabila motor dipunggah, ia mempamerkan deringan yang ketara, yang diterjemahkan kepada peningkatan getaran. Getaran yang berlebihan ini boleh menyebabkan motor terhenti apabila ia sama ada dipunggah atau dimuatkan dengan ringan, kerana ia mungkin kehilangan penyegerakan. Oleh itu, adalah penting untuk sentiasa menguji a motor stepper dengan beban yang sesuai.
Dua graf lain menggambarkan prestasi motor apabila dimuatkan. Memuatkan motor dengan betul membantu menstabilkan operasinya dan mengurangkan getaran. Sebaik-baiknya, beban harus memerlukan antara 30% hingga 70% daripada output tork maksimum motor. Selain itu, nisbah inersia beban kepada pemutar harus jatuh antara 1:1 dan 10:1. Untuk pergerakan yang lebih pendek dan lebih pantas, adalah lebih baik nisbah ini lebih hampir kepada 1:1 hingga 3:1.
Pakar dan jurutera aplikasi BesFoc tersedia untuk membantu dengan saiz motor yang betul.
A motor stepper akan mengalami peningkatan getaran yang ketara apabila frekuensi nadi input bertepatan dengan frekuensi semula jadi, fenomena yang dikenali sebagai resonans. Ini sering berlaku sekitar 200 Hz. Pada resonans, overshoot dan undershooting rotor sangat dikuatkan, meningkatkan kemungkinan langkah yang hilang. Walaupun frekuensi resonans tertentu boleh berbeza dengan inersia beban, ia biasanya berlegar sekitar 200 Hz.
Motor stepper 2 fasa hanya boleh terlepas langkah dalam kumpulan empat. Jika anda perasan kehilangan langkah berlaku dalam gandaan empat, ini menunjukkan bahawa getaran menyebabkan motor kehilangan penyegerakan atau beban mungkin berlebihan. Sebaliknya, jika langkah yang terlepas bukan dalam gandaan empat, terdapat petunjuk kukuh sama ada kiraan nadi tidak betul atau bunyi elektrik mempengaruhi prestasi.
Beberapa strategi boleh membantu mengurangkan kesan resonans. Pendekatan yang paling mudah adalah untuk mengelakkan operasi pada kelajuan resonans sama sekali. Oleh kerana 200 Hz sepadan dengan kira-kira 60 RPM untuk motor 2 fasa, ia bukanlah kelajuan yang sangat tinggi. Kebanyakan motor stepper mempunyai kelajuan permulaan maksimum sekitar 1000 denyutan sesaat (pps). Oleh itu, dalam banyak kes, anda boleh memulakan operasi motor pada kelajuan yang lebih tinggi daripada frekuensi resonans.
Jika anda perlu menghidupkan motor pada kelajuan di bawah frekuensi resonans, adalah penting untuk memecut dengan cepat melalui julat resonans untuk meminimumkan kesan getaran.
Satu lagi penyelesaian yang berkesan ialah menggunakan sudut langkah yang lebih kecil. Sudut langkah yang lebih besar cenderung menghasilkan overshoot dan undershoot yang lebih besar. Jika motor mempunyai jarak yang singkat untuk bergerak, ia tidak akan menghasilkan daya yang mencukupi (tork) untuk mengatasi dengan ketara. Dengan mengurangkan sudut langkah, motor mengalami kurang getaran. Ini adalah salah satu sebab mengapa teknik separuh langkah dan mikrostepping sangat berkesan dalam mengurangkan getaran.
Pastikan anda memilih motor berdasarkan keperluan beban. Saiz motor yang betul boleh membawa kepada prestasi keseluruhan yang lebih baik.
Peredam adalah pilihan lain untuk dipertimbangkan. Peranti ini boleh dipasang pada aci belakang motor untuk menyerap sebahagian daripada tenaga getaran, membantu melancarkan operasi motor bergetar dengan cara yang kos efektif.
Satu kemajuan yang agak baru dalam teknologi motor stepper ialah motor stepper 5 fasa. Perbezaan paling ketara antara motor 2 fasa dan 5 fasa (lihat rajah interaktif di bawah) ialah bilangan kutub pemegun: Motor 2 fasa mempunyai 8 kutub (4 setiap fasa), manakala motor 5 fasa mempunyai 10 kutub (2 setiap fasa). Reka bentuk pemutar adalah serupa dengan motor 2 fasa.
Dalam motor 2 fasa, setiap fasa menggerakkan rotor dengan 1/4 pic gigi, manakala dalam motor 5 fasa, rotor menggerakkan 1/10 pic gigi disebabkan reka bentuknya. Dengan pic gigi 7.2°, sudut langkah untuk motor 5 fasa menjadi 0.72°. Pembinaan ini membolehkan motor 5 fasa mencapai 500 langkah setiap pusingan, berbanding dengan 200 langkah setiap pusingan motor 2 fasa, memberikan resolusi yang 2.5 kali lebih besar daripada motor 2 fasa.
Resolusi yang lebih tinggi membawa kepada sudut langkah yang lebih kecil, yang mengurangkan getaran dengan ketara. Oleh kerana sudut langkah motor 5 fasa adalah 2.5 kali lebih kecil daripada motor 2 fasa, ia mengalami deringan dan getaran yang jauh lebih rendah. Dalam kedua-dua jenis motor, pemutar mesti terlebih tembak atau kurang lebih daripada 3.6° untuk terlepas langkah. Dengan sudut langkah motor 5 fasa hanya 0.72°, menjadi hampir mustahil untuk motor melepasi atau melemah dengan margin sedemikian, mengakibatkan kemungkinan kehilangan penyegerakan yang sangat rendah.
Terdapat empat kaedah pemacu utama untuk motor stepper s:
Pandu Gelombang (Langkah Penuh)
2 Fasa Hidup (Langkah Penuh)
1-2 Fasa Hidup (Separuh Langkah)
Microstep
Dalam rajah di bawah, kaedah pacuan gelombang dipermudahkan untuk menggambarkan prinsipnya. Setiap pusingan 90° yang digambarkan dalam ilustrasi mewakili 1.8° putaran rotor dalam motor sebenar.
Dalam kaedah pacuan gelombang, juga dikenali sebagai kaedah ON 1 fasa, hanya satu fasa ditenagakan pada satu masa. Apabila fasa A diaktifkan, ia mewujudkan kutub selatan yang menarik kutub utara pemutar. Kemudian, fasa A dimatikan dan fasa B dihidupkan, menyebabkan pemutar berputar 90° (1.8°), dan proses ini berterusan dengan setiap fasa ditenagakan secara individu.
Pemacu gelombang beroperasi dengan urutan elektrik empat langkah untuk memutarkan motor.
Dalam kaedah pemacu '2 Fasa Hidup', kedua-dua fasa motor dihidupkan secara berterusan.
Seperti yang digambarkan di bawah, setiap pusingan 90° sepadan dengan putaran rotor 1.8°. Apabila kedua-dua fasa A dan B ditenagakan sebagai kutub selatan, kutub utara pemutar tertarik sama kepada kedua-dua kutub, menyebabkan ia menjajar terus di tengah. Apabila urutan berlangsung dan fasa diaktifkan, pemutar akan berputar untuk mengekalkan penjajaran antara dua kutub bertenaga.
Kaedah '2 Fasa Hidup' beroperasi menggunakan urutan elektrik empat langkah untuk memutarkan motor.
Motor jenis 2 fasa dan 2 fasa M standard BesFoc menggunakan kaedah pemacu '2 Fasa Hidup' ini.
Kelebihan utama kaedah '2 Fasa Hidup' berbanding kaedah '1 Fasa Hidup' ialah tork. Dalam kaedah '1 Fasa Hidup', hanya satu fasa diaktifkan pada satu masa, menghasilkan satu unit tork yang bertindak pada pemutar. Sebaliknya, kaedah '2 Fasa Hidup' memberi tenaga kepada kedua-dua fasa secara serentak, menghasilkan dua unit tork. Satu vektor tork bertindak pada kedudukan jam 12 dan satu lagi pada kedudukan jam 3. Apabila kedua-dua vektor tork ini digabungkan, ia menghasilkan vektor terhasil pada sudut 45° dengan magnitud yang 41.4% lebih besar daripada vektor tunggal. Ini bermakna menggunakan kaedah '2 Fasa Hidup' membolehkan kami mencapai sudut langkah yang sama seperti kaedah '1 Fasa Hidup' sambil memberikan 41% lebih tork.
Motor lima fasa, bagaimanapun, beroperasi agak berbeza. Daripada menggunakan kaedah '2 Fasa Pada', mereka menggunakan kaedah '4 Fasa Pada'. Dalam pendekatan ini, empat fasa diaktifkan secara serentak setiap kali motor mengambil langkah.
Akibatnya, motor lima fasa mengikut urutan elektrik 10 langkah semasa operasi.
Kaedah '1-2 Fasa Pada', juga dikenali sebagai langkah separuh, menggabungkan prinsip dua kaedah sebelumnya. Dalam pendekatan ini, kita mula-mula memberi tenaga kepada fasa A, menyebabkan pemutar dijajarkan. Sambil mengekalkan fasa A bertenaga, kami kemudian mengaktifkan fasa B. Pada ketika ini, pemutar tertarik sama pada kedua-dua kutub dan dijajarkan di tengah, menghasilkan putaran 45° (atau 0.9°). Seterusnya, kita matikan fasa A sambil terus memberi tenaga kepada fasa B, membolehkan motor mengambil langkah yang lain. Proses ini berterusan, berselang seli antara memberi tenaga satu fasa dan dua fasa. Dengan berbuat demikian, kami secara berkesan memotong sudut langkah kepada separuh, yang membantu mengurangkan getaran.
Untuk motor 5 fasa, kami menggunakan strategi yang sama dengan berselang-seli antara 4 fasa hidup dan 5 fasa hidup.
Mod separuh langkah terdiri daripada urutan elektrik lapan langkah. Dalam kes motor lima fasa menggunakan kaedah '4-5 Fasa Hidup', motor melalui urutan elektrik 20 langkah.
(Maklumat lanjut boleh ditambah tentang microstepping jika perlu.)
Microstepping adalah teknik yang digunakan untuk membuat langkah yang lebih kecil lebih halus. Lebih kecil langkah, lebih tinggi resolusi dan lebih baik ciri getaran motor. Dalam microstepping, fasa tidak dihidupkan sepenuhnya atau dimatikan sepenuhnya; sebaliknya, ia sebahagiannya bertenaga. Gelombang sinus digunakan pada kedua-dua Fasa A dan Fasa B, dengan perbezaan fasa 90° (atau 0.9° dalam lima fasa motor stepper ).
Apabila kuasa maksimum digunakan pada Fasa A, Fasa B berada pada sifar, menyebabkan pemutar sejajar dengan Fasa A. Apabila arus ke Fasa A berkurangan, arus ke Fasa B meningkat, membolehkan pemutar mengambil langkah-langkah kecil ke arah Fasa B. Proses ini berterusan semasa kitaran arus antara dua fasa, menghasilkan gerakan microstepping yang lancar.
Walau bagaimanapun, microstepping memberikan beberapa cabaran, terutamanya mengenai ketepatan dan tork. Memandangkan fasa hanya sebahagiannya bertenaga, motor biasanya mengalami pengurangan tork kira-kira 30%. Selain itu, kerana perbezaan tork antara langkah adalah minimum, motor mungkin bergelut untuk mengatasi beban, yang boleh mengakibatkan situasi di mana motor diarahkan untuk menggerakkan beberapa langkah sebelum ia benar-benar mula bergerak. Dalam banyak kes, menggabungkan pengekod diperlukan untuk mencipta sistem gelung tertutup, walaupun ini menambah kos keseluruhan.
Sistem Gelung Terbuka
Sistem Gelung Tertutup
Sistem Servo
motor stepper biasanya direka sebagai sistem gelung terbuka. Dalam konfigurasi ini, penjana nadi menghantar denyutan ke litar penjujukan fasa. Penjujukan fasa menentukan fasa yang harus dihidupkan atau dimatikan, seperti yang diterangkan sebelum ini dalam kaedah langkah penuh dan separuh langkah. Sequencer mengawal FET berkuasa tinggi untuk mengaktifkan motor.
Walau bagaimanapun, dalam sistem gelung terbuka, tiada pengesahan kedudukan, bermakna tiada cara untuk mengesahkan sama ada motor telah melaksanakan pergerakan yang diperintahkan.
Salah satu kaedah yang paling biasa untuk melaksanakan sistem gelung tertutup ialah dengan menambahkan pengekod pada aci belakang motor beraci dua. Pengekod terdiri daripada cakera nipis yang ditandakan dengan garisan yang berputar antara pemancar dan penerima. Setiap kali garisan melepasi antara dua komponen ini, ia menghasilkan nadi pada garis isyarat.
Denyutan keluaran ini kemudiannya disalurkan semula kepada pengawal, yang menyimpan kiraan daripadanya. Biasanya, pada penghujung pergerakan, pengawal membandingkan bilangan denyutan yang dihantar kepada pemandu dengan bilangan denyutan yang diterima daripada pengekod. Rutin khusus dilaksanakan di mana, jika dua kiraan berbeza, sistem melaraskan untuk membetulkan percanggahan. Jika kiraan sepadan, ini menunjukkan bahawa tiada ralat telah berlaku, dan gerakan boleh diteruskan dengan lancar.
Sistem gelung tertutup datang dengan dua kelemahan utama: kos (dan kerumitan) dan masa tindak balas. Kemasukan pengekod menambah perbelanjaan keseluruhan sistem, bersama-sama dengan peningkatan kecanggihan pengawal, yang menyumbang kepada jumlah kos. Selain itu, kerana pembetulan dibuat hanya pada penghujung pergerakan, ini boleh menyebabkan kelewatan ke dalam sistem, yang berpotensi memperlahankan masa tindak balas.
Alternatif kepada sistem stepper gelung tertutup ialah sistem servo. Sistem servo lazimnya menggunakan motor dengan kiraan kutub yang rendah, membolehkan prestasi berkelajuan tinggi tetapi tidak mempunyai keupayaan kedudukan yang wujud. Untuk menukar servo kepada peranti kedudukan, mekanisme maklum balas diperlukan, selalunya menggunakan pengekod atau penyelesai bersama dengan gelung kawalan.
Dalam sistem servo, motor diaktifkan dan dinyahaktifkan sehingga penyelesai menunjukkan bahawa kedudukan tertentu telah dicapai. Sebagai contoh, jika servo diarahkan untuk menggerakkan 100 pusingan, ia bermula dengan kiraan penyelesai pada sifar. Motor berjalan sehingga kiraan penyelesai mencapai 100 pusingan, pada ketika itu ia dimatikan. Jika terdapat sebarang anjakan kedudukan, motor diaktifkan semula untuk membetulkan kedudukan.
Tindak balas servo kepada ralat kedudukan dipengaruhi oleh tetapan keuntungan. Tetapan keuntungan tinggi membolehkan motor bertindak balas dengan cepat terhadap perubahan dalam ralat, manakala tetapan keuntungan rendah menghasilkan tindak balas yang lebih perlahan. Walau bagaimanapun, melaraskan tetapan keuntungan boleh memperkenalkan kelewatan masa ke dalam sistem kawalan gerakan, menjejaskan prestasi keseluruhan.
AlphaStep ialah inovatif BesFoc penyelesaian motor stepper , menampilkan penyelesai bersepadu yang menawarkan maklum balas kedudukan masa nyata. Reka bentuk ini memastikan kedudukan pemutar yang tepat diketahui pada setiap masa, meningkatkan ketepatan dan kebolehpercayaan sistem.
Pemacu AlphaStep mempunyai kaunter input yang menjejaki semua denyutan yang dihantar ke pemacu. Pada masa yang sama, maklum balas daripada penyelesai diarahkan ke kaunter kedudukan rotor, membolehkan pemantauan berterusan kedudukan rotor. Sebarang percanggahan direkodkan dalam pembilang sisihan.
Biasanya, motor beroperasi dalam mod gelung terbuka, menghasilkan vektor tork untuk diikuti oleh motor. Walau bagaimanapun, jika pembilang sisihan menunjukkan percanggahan yang lebih besar daripada ±1.8°, penjujukan fasa mengaktifkan vektor tork pada bahagian atas lengkung anjakan tork. Ini menjana tork maksimum untuk menjajarkan semula rotor dan membawanya kembali ke dalam penyegerakan. Jika motor dimatikan dengan beberapa langkah, penjujukan memberi tenaga kepada berbilang vektor tork pada hujung tinggi lengkung anjakan tork. Pemandu boleh mengendalikan keadaan beban berlebihan sehingga 5 saat; jika gagal memulihkan segerak dalam tempoh masa ini, ralat akan dicetuskan dan penggera dikeluarkan.
Ciri luar biasa sistem AlphaStep ialah keupayaannya untuk membuat pembetulan masa nyata untuk sebarang langkah yang terlepas. Tidak seperti sistem tradisional yang menunggu sehingga tamat langkah untuk membetulkan sebarang ralat, pemacu AlphaStep mengambil tindakan pembetulan sebaik sahaja pemutar jatuh di luar julat 1.8°. Setelah pemutar kembali dalam had ini, pemandu kembali ke mod gelung terbuka dan menyambung semula tenaga fasa yang sesuai.
Graf yang disertakan menggambarkan lengkung anjakan tork, menyerlahkan mod operasi sistem—gelung terbuka dan gelung tertutup. Lengkung anjakan tork mewakili tork yang dihasilkan oleh satu fasa, mencapai tork maksimum apabila kedudukan rotor menyimpang sebanyak 1.8°. Satu langkah hanya boleh terlepas jika pemutar melampaui lebih daripada 3.6°. Oleh kerana pemandu mengawal vektor tork apabila sisihan melebihi 1.8°, motor tidak mungkin terlepas langkah melainkan ia mengalami beban lampau yang berlangsung lebih daripada 5 saat.
Ramai orang tersilap percaya bahawa ketepatan langkah motor AlphaStep ialah ±1.8°. Sebenarnya, AlphaStep mempunyai ketepatan langkah 5 minit arka (0.083°). Pemandu menguruskan vektor tork apabila pemutar berada di luar julat 1.8°. Sebaik sahaja pemutar berada dalam julat ini, gigi pemutar sejajar dengan tepat dengan vektor tork yang dihasilkan. AlphaStep memastikan bahawa gigi yang betul sejajar dengan vektor tork aktif.
Siri AlphaStep datang dalam pelbagai versi. BesFoc menawarkan kedua-dua aci bulat dan model bergear dengan berbilang nisbah gear untuk sama ada meningkatkan resolusi dan tork atau untuk meminimumkan inersia yang dipantulkan. Kebanyakan versi boleh dilengkapi dengan brek magnet selamat gagal. Selain itu, BesFoc menyediakan versi 24 VDC yang dipanggil siri ASC.
Kesimpulannya, motor stepper sangat sesuai untuk aplikasi penentududukan. Mereka membenarkan kawalan tepat bagi kedua-dua jarak dan kelajuan hanya dengan mengubah kiraan nadi dan kekerapan. Kiraan kutub tinggi mereka membolehkan ketepatan, walaupun semasa beroperasi dalam mod gelung terbuka. Apabila bersaiz betul untuk aplikasi tertentu, a motor stepper tidak akan terlepas langkah. Selain itu, kerana mereka tidak memerlukan maklum balas kedudukan, motor stepper ialah penyelesaian yang kos efektif.
