Weergaven: 0 Auteur: Site Editor Publiceren Tijd: 2025-04-18 Oorsprong: Site
A Stappermotor is een type elektrische motor die in precieze, vaste stappen beweegt in plaats van continu te roteren als een gewone motor. Het wordt vaak gebruikt in toepassingen waar precieze positiebesturing vereist is, zoals 3D -printers, CNC -machines, robotica en cameraplatforms.
Stappermotoren zijn een type elektrische motor die elektrische energie omzet in rotatiebeweging met opmerkelijke precisie. In tegenstelling tot reguliere elektrische motoren, die continue rotatie bieden, zetten stappenmotoren discrete stappen in, waardoor ze ideaal zijn voor toepassingen die een nauwkeurige positionering vereisen.
Elke elektriciteitspuls die naar een steppermotor van zijn bestuurder wordt gestuurd, resulteert in een precieze beweging - AC -puls komt overeen met een specifieke stap. De snelheid waarmee de motor roteert, correleert direct met de frequentie van deze pulsen: hoe sneller de pulsen worden verzonden, hoe sneller de rotatie.
Een van de belangrijkste voordelen van Stappermotor s is hun gemakkelijke controle. De meeste stuurprogramma's werken met 5-volt pulsen, compatibel met gemeenschappelijke geïntegreerde circuits. U kunt een circuit ontwerpen om deze pulsen te genereren of een pulsgenerator gebruiken van bedrijven zoals Besfoc.
Ondanks hun incidentele onnauwkeurigheden - standaard stappenmotoren hebben een nauwkeurigheid van ongeveer ± 3 boogminuten (0,05 °) - deze fouten accumuleren niet met meerdere stappen. Als een standaardstapmotor bijvoorbeeld één stap maakt, roteert deze 1,8 ° ± 0,05 °. Zelfs na een miljoen stappen is de totale afwijking nog steeds slechts ± 0,05 °, waardoor ze betrouwbaar zijn voor precieze bewegingen over lange afstanden.
Bovendien staan stappenmotoren bekend om hun snelle respons en versnelling vanwege hun lage rotor -traagheid, waardoor ze snel hoge snelheden kunnen bereiken. Dit maakt ze bijzonder geschikt voor toepassingen die korte, snelle bewegingen vereisen.
A Stappermotor werkt door een volledige rotatie te delen in een aantal gelijke stappen. Het maakt gebruik van elektromagneten om beweging te creëren in kleine, gecontroleerde stappen.
Een stappenmotor heeft twee hoofdonderdelen:
Stator - Het stationaire deel met spoelen (elektromagneten).
Rotor - het roterende deel, vaak een magneet of gemaakt van ijzer.
Wanneer de elektrische stroom door de statorspoelen stroomt, creëert dit magnetische velden.
Deze velden trekken de rotor aan.
Door de spoelen in een specifieke volgorde in en uit te zetten, wordt de rotor stap voor stap getrokken in een cirkelvormige beweging.
Elke keer dat een spoel wordt bekrachtigd, beweegt de rotor onder een kleine hoek (een stap genoemd).
Als een motor bijvoorbeeld 200 stappen per revolutie heeft, verplaatst elke stap de rotor 1,8 °.
De motor kan naar voren of achteruit draaien, afhankelijk van de volgorde van pulsen die naar de spoelen worden gestuurd.
A Stappermotor stuurt elektrische pulsen naar de motorspoelen.
Hoe meer pulsen, hoe meer de motor draait.
Microcontrollers (zoals Arduino of Raspberry Pi) kunnen deze stuurprogramma's regelen om de motor precies te verplaatsen.
De onderstaande illustratie toont een standaard stappenmotorysteem, dat bestaat uit verschillende essentiële componenten die samenwerken. De prestaties van elk element beïnvloeden de algemene functionaliteit van het systeem.
De kern van het systeem is de computer of programmeerbare logische controller (PLC). Deze component fungeert als de hersenen en regelt niet alleen de steppermotor maar ook de hele machine. Het kan verschillende taken uitvoeren, zoals het opheffen van een lift of het verplaatsen van een transportband. Afhankelijk van de benodigde complexiteit, kan deze controller variëren van een geavanceerde pc of PLC tot een eenvoudige drukknop.
Het volgende is de indexer- of PLC -kaart, die specifieke instructies communiceert aan de Stappermotor . Het genereert het vereiste aantal pulsen voor beweging en past de pulsfrequentie aan om de versnelling, snelheid en vertraging van de motor te regelen. De indexer kan een zelfstandige eenheid zijn, zoals de Besfoc, of een pulsgeneratorkaart die aansluit op een PLC. Ongeacht zijn vorm is deze component cruciaal voor de werking van de motor.
De motorrijder bestaat uit vier belangrijke onderdelen:
Logica voor fasebesturing: deze logische eenheid ontvangt pulsen van de indexer en bepaalt welke fase van de motor moet worden geactiveerd. Het stimuleren van de fasen moet een specifieke volgorde volgen om de juiste motorische werking te garanderen.
Logische voeding: dit is een laagspanningsvoorraad die de geïntegreerde circuits (IC's) binnen de bestuurder aandrijft, die meestal ongeveer 5 volt werken, op basis van de chipset of het ontwerp.
Motorievoeding: deze voeding biedt de nodige spanning om de motor van stroom te voorzien, meestal rond 24 VDC, hoewel deze hoger kan zijn, afhankelijk van de toepassing.
Power -versterker: deze component bestaat uit transistoren die de stroom door de motorfasen kunnen laten stromen. Deze transistoren zijn in de juiste volgorde in- en uitgeschakeld om de beweging van de motor te vergemakkelijken.
Ten slotte werken al deze componenten samen om de belasting te verplaatsen, die een loodschroef, een schijf of een transportband kan zijn, afhankelijk van de specifieke toepassing.
Er zijn drie primaire soorten stappenmotoren:
Deze motoren hebben tanden op de rotor en stator, maar bevatten geen permanente magneet. Als gevolg hiervan missen ze een hechte koppel, wat betekent dat ze hun positie niet bekleden als ze niet worden bekrachtigd.
PM -stappenmotoren hebben een permanente magneet op de rotor maar hebben geen tanden. Hoewel ze meestal minder precisie vertonen in staphoeken, bieden ze wel een detent koppel, waardoor ze de positie kunnen behouden wanneer de stroom wordt uitgeschakeld.
Besfoc is exclusief gespecialiseerd in hybride Stappermotor s. Deze motoren versmelten de magnetische eigenschappen van permanente magneten met het getande ontwerp van variabele terughoudendheidsmotoren. De rotor is axiaal gemagnetiseerd, wat betekent dat in een typische configuratie de bovenste helft een noordpool is en de onderste helft een zuidpool is.
De rotor bestaat uit twee bekers, elk met 50 tanden. Deze bekers worden gecompenseerd met 3,6 °, waardoor precieze positionering mogelijk is. Wanneer je van bovenaf bekeken bent, kun je zien dat een tand op de noordpolderbeker aansluit op een tand op de South Pole Cup, waardoor een effectief tandwielsysteem ontstaat.
Hybride stappenmotoren werken op een tweefasige constructie, waarbij elke fase vier polen met een afstand van de afstand van de tussenrang van 90 ° uit elkaar bevat. Elke pool in een fase is zo wond dat polen 180 ° uit elkaar dezelfde polariteit hebben, terwijl polariteiten tegengesteld zijn voor die 90 ° uit elkaar. Door de stroom in elke fase om te keren, kan de polariteit van de overeenkomstige statorpaal ook worden omgekeerd, waardoor de motor elke statorpaal kan omzetten in een noord- of zuidpool.
De rotor van de stappenmotor heeft 50 tanden, met een steek van 7,2 ° tussen elke tand. Terwijl de motor werkt, kan de uitlijning van de rotortanden met de statortanden variëren-specifiek, deze kan worden gecompenseerd door driekwart van een tandveld, een halve tandenveld of een kwart van een tandveld. Wanneer de motor stapt, neemt het natuurlijk het kortste pad om zichzelf opnieuw uit te lijnen, wat zich vertaalt in een beweging van 1,8 ° per stap (omdat 1/4 van 7,2 ° gelijk is aan 1,8 °).
Koppel en nauwkeurigheid in Stappermotoren worden beïnvloed door het aantal polen (tanden). Over het algemeen leidt een hoger aantal palen tot een verbeterd koppel en nauwkeurigheid. Besfoc biedt 'hoge resolutie ' stepper -motoren, die de helft van de tandveld van hun standaardmodellen hebben. Deze rotoren met hoge resolutie hebben 100 tanden, wat resulteert in een hoek van 3,6 ° tussen elke tand. Met deze opstelling komt een beweging van 1/4 van een tandveld overeen met een kleinere stap van 0,9 °.
Als gevolg hiervan bieden de modellen met hoge resolutie 'het dubbele van de resolutie van standaardmotoren, waardoor 400 stappen per revolutie worden bereikt in vergelijking met 200 stappen per revolutie in de standaardmodellen. Kleinere staphoeken leiden ook tot lagere trillingen, omdat elke stap minder uitgesproken en geleidelijker is.
Het onderstaande diagram illustreert een dwarsdoorsnede van een 5-fase steppermotor. Deze motor bestaat voornamelijk uit twee hoofdonderdelen: de stator en de rotor. De rotor zelf bestaat uit drie componenten: Rotor Cup 1, Rotor Cup 2 en een permanente magneet. De rotor is gemagnetiseerd in de axiale richting; Als Rotor Cup 1 bijvoorbeeld wordt aangeduid als de Noordpool, is Rotor Cup 2 de Zuidpool.
De stator heeft 10 magnetische polen, elk uitgerust met kleine tanden en bijbehorende wikkelingen. Deze wikkelingen zijn zo ontworpen dat elk is verbonden met het wikkelen van de tegenovergestelde paal. Wanneer de stroom door een paar wikkelingen stroomt, verbinden de polen ze magnetize in dezelfde richting - noord- of zuiden.
Elk tegenstander van polen vormt één fase van de motor. Aangezien er in totaal 10 magnetische polen zijn, resulteert dit in vijf verschillende fasen binnen deze 5-fase stappenmotor.
Belangrijk is dat elke rotorbeker 50 tanden heeft langs hun buitenrand. De tanden op Rotor Cup 1 en Rotor Cup 2 worden mechanisch van elkaar gecompenseerd door een halve tandveld, waardoor nauwkeurige uitlijning en beweging tijdens de werking mogelijk is.
Begrijpen hoe je een snelheidstorque-curve kunt lezen, is cruciaal, omdat het inzichten biedt in wat een motor kan bereiken. Deze krommen vertegenwoordigen de prestatiekenmerken van een specifieke motor wanneer ze worden gekoppeld aan een bepaalde bestuurder. Zodra de motor operationeel is, wordt de koppeluitgang beïnvloed door het type aandrijving en de toegepaste spanning. Als gevolg hiervan kan dezelfde motor aanzienlijk verschillende snelheidstorque-krommen vertonen, afhankelijk van de gebruikte bestuurder.
BESFOC biedt deze snelheidstorque-curven als referentie. Als u een motor gebruikt met een stuurprogramma met vergelijkbare spanning en huidige beoordelingen, kunt u vergelijkbare prestaties verwachten. Raadpleeg voor een interactieve ervaring de onderstaande snelheidstoriekcurve:
Koppel vasthouden
Dit is de hoeveelheid koppel die door de motor wordt geproduceerd wanneer deze in rust is, waarbij de nominale stroom door zijn wikkelingen stroomt.
Start/stop -regio
Deze sectie geeft het koppel- en snelheidswaarden aan waarmee de motor onmiddellijk kan starten, stoppen of omkeren.
Pull-in koppel
Dit zijn het koppel- en snelheidswaarden waarmee de motor kan starten, stoppen of omgekeerd worden terwijl ze in synchronisme blijven met de invoerpulsen.
Uittrekkingskoppel
Dit verwijst naar het koppel- en snelheidswaarden waarmee de motor kan werken zonder vast te lopen, waarbij synchronisatie met de invoerfasen kan worden gehandhaafd. Het vertegenwoordigt het maximale koppel dat de motor kan leveren tijdens de werking.
Maximale startsnelheid
Dit is de hoogste snelheid waarmee de motor kan beginnen te draaien wanneer er geen belasting wordt toegepast.
Maximale loopsnelheid
Dit geeft de snelste snelheid aan die de motor kan bereiken tijdens het draaien zonder belasting.
Om te werken in het gebied tussen het pull-in en uittrekkende koppel, moet de motor in eerste instantie beginnen in de start/stop-regio. Terwijl de motor begint te lopen, wordt de polssnelheid geleidelijk verhoogd totdat de gewenste snelheid is bereikt. Om de motor te stoppen, wordt de snelheid vervolgens verlaagd totdat deze onder de pull-in koppelcurve valt.
Koppel is recht evenredig met de stroom en het aantal draadschurken in de motor. Om het koppel met 20%te verhogen, moet de stroom ook met ongeveer 20%worden verhoogd. Omgekeerd, om het koppel met 50%te verminderen, moet de stroom met 50%worden verminderd.
Vanwege de magnetische verzadiging is er echter geen voordeel om de stroom te vergroten die verder gaat dan tweemaal de nominale stroom, omdat verder dan dit punt verder toeneemt het koppel niet zal verbeteren. Ret bij ongeveer tien keer vormt de nominale stroom het risico op het demagnetiseren van de rotor.
Al onze motoren zijn uitgerust met klasse B -isolatie, die bestand zijn tegen temperaturen tot 130 ° C voordat de isolatie begint af te breken. Om de levensduur te waarborgen, raden we aan om een temperatuurverschil van 30 ° C van binnen naar buiten te handhaven, wat betekent dat de temperatuur van de buitenkant niet meer dan 100 ° C mag overschrijden.
Inductantie speelt een belangrijke rol bij de prestaties van hoge snelheden. Het verklaart waarom motoren geen eindeloos hoge koppelniveaus vertonen. Elke wikkeling van de motor heeft verschillende waarden van inductie en weerstand. De inductie gemeten in Henrys, gedeeld door de weerstand in ohm, resulteert in een tijdconstante (in seconden). Deze tijdconstante geeft aan hoe lang het duurt voordat de spoel 63% van de nominale stroom bereikt. Als de motor bijvoorbeeld wordt beoordeeld gedurende 1 ampère, na een tijdconstante, bereikt de spoel ongeveer 0,63 ampère. Het duurt meestal ongeveer vier tot vijf keer constanten om de spoel de volledige stroom te bereiken (1 amp). Omdat het koppel evenredig is met stroom, als de stroom slechts 63% bereikt, produceert de motor na een tijdconstante ongeveer 63% van het maximale koppel.
Bij lage snelheden is deze vertraging in de huidige opbouw geen probleem, omdat de stroom effectief kan binnenkomen en de spoelen snel kan verlaten, waardoor de motor zijn nominale koppel kan leveren. Bij hoge snelheden kan de stroom echter niet snel genoeg toenemen voordat de volgende fase schakelt, wat resulteert in een verminderd koppel.
Driverspanning beïnvloedt aanzienlijk de snelle prestaties van een Stappermotor . Een hogere verhouding van aandrijfspanning tot motorspanning leidt tot verbeterde high-speed-mogelijkheden. Dit komt omdat verhoogde spanningen de stroom sneller in de wikkelingen laten stromen dan de eerder besproken 63% drempel.
Wanneer een stappenmotor van de ene stap naar de volgende overgaat, stopt de rotor niet direct op de doelpositie. In plaats daarvan beweegt het voorbij de uiteindelijke positie, wordt dan teruggetrokken, overschrijdend in de tegenovergestelde richting en blijft het heen en weer oscilleren totdat het uiteindelijk tot stilstand komt. Dit fenomeen, aangeduid als 'ringing, ' treedt op bij elke stap die de motor zet (zie het interactieve diagram hieronder). Net als een bungeekoord, draagt het momentum van de rotor het buiten zijn stoppunt, waardoor het 'bounce ' is voordat het zich in rust vestigt. In veel gevallen wordt de motor echter geïnstrueerd om naar de volgende stap te gaan voordat deze volledig is gestopt.
De onderstaande grafieken illustreren het rinkelgedrag van een steppermotor onder verschillende laadomstandigheden. Wanneer de motor wordt gelost, vertoont deze aanzienlijk rinkelen, wat zich vertaalt in verhoogde trillingen. Deze overmatige trillingen kan leiden tot de motor die vastloopt wanneer deze wordt gelost of licht wordt geladen, omdat het synchronisatie kan verliezen. Daarom is het essentieel om altijd een Stappermotor met een geschikte belasting.
De andere twee grafieken geven de prestaties van de motor weer wanneer ze worden geladen. Het goed laden van de motor helpt de werking ervan te stabiliseren en trillingen te verminderen. In het ideale geval moet de belasting tussen 30% tot 70% van de maximale koppeluitgang van de motor vereisen. Bovendien moet de traagheidsverhouding van de belasting tot de rotor dalen tussen 1: 1 en 10: 1. Voor kortere en snellere bewegingen heeft het de voorkeur dat deze verhouding dichter bij 1: 1 tot 3: 1 ligt.
De applicatiespecialisten en ingenieurs van Besfoc zijn beschikbaar om te helpen met de juiste motorafmetingen.
A Stappermotor zal aanzienlijk verhoogde trillingen ervaren wanneer de invoerpulsfrequentie samenvalt met zijn natuurlijke frequentie, een fenomeen dat bekend staat als resonantie. Dit gebeurt vaak rond 200 Hz. Bij resonantie worden de overschrijding en onderscheiding van de rotor sterk versterkt, waardoor de kans op ontbrekende stappen wordt vergroot. Hoewel de specifieke resonantiefrequentie kan variëren met de traagheid van de belasting, zweeft deze meestal ongeveer 200 Hz.
2-fase stappenmotoren kunnen alleen stappen in groepen van vier missen. Als u het stepverlies in veelvouden van vier opmerkt, geeft dit aan dat trillingen ervoor zorgen dat de motor synchronisatie verliest of dat de belasting overdreven kan zijn. Omgekeerd, als gemiste stappen niet in veelvouden van vier zijn, is er een sterke indicatie dat ofwel het pulstelling onjuist is of dat elektrische ruis de prestaties beïnvloedt.
Verschillende strategieën kunnen helpen bij het verminderen van resonantie -effecten. De eenvoudigste aanpak is om te voorkomen dat je helemaal op de resonantsnelheid werkt. Aangezien 200 Hz overeenkomt met ongeveer 60 tpm voor een 2-fasenmotor, is het geen extreem hoge snelheid. Meest Stappermotor s hebben een maximale startsnelheid van ongeveer 1000 pulsen per seconde (PPS). Daarom kunt u in veel gevallen de motorbewerking initiëren met een snelheid hoger dan de resonantiefrequentie.
Als u de motor moet starten met een snelheid die onder de resonantiefrequentie ligt, is het belangrijk om snel door het resonantiebereik te versnellen om de effecten van trillingen te minimaliseren.
Een andere effectieve oplossing is om een kleinere staphoek te gebruiken. Grotere staphoeken hebben de neiging om te leiden tot een grotere overschrijding en onderscheidend. Als de motor een korte afstand heeft om te reizen, genereert deze niet voldoende kracht (koppel) om aanzienlijk te overschrijden. Door de staphoek te verminderen, ervaart de motor minder trillingen. Dit is een reden waarom half-stepping en microsteppingtechnieken zo effectief zijn bij het verminderen van trillingen.
Zorg ervoor dat u de motor selecteert op basis van de laadvereisten. Juiste motorafmetingen kunnen leiden tot betere algehele prestaties.
Dempers zijn een andere optie om te overwegen. Deze apparaten kunnen op de achteras van de motor worden gemonteerd om een deel van de vibratie-energie te absorberen, waardoor de werking van een vibrerende motor op een kosteneffectieve manier wordt gladgemaakt.
Een relatief nieuwe vooruitgang in Stepper Motor Technology is de 5-fase steppermotor. Het meest opvallende verschil tussen 2-fase en 5-fase motoren (zie het interactieve diagram hieronder) is het aantal statorpalen: 2-fasemotoren hebben 8 polen (4 per fase), terwijl 5-fase motoren 10 polen hebben (2 per fase). Het rotorontwerp is vergelijkbaar met dat van een 2-fase motor.
In een 2-fasenmotor beweegt elke fase de rotor met 1/4 tandveld, terwijl in een 5-fase motor de rotor 1/10 van een tandveld beweegt vanwege het ontwerp. Met een tandveld van 7,2 ° wordt de staphoek voor de 5-fase motor 0,72 °. Met deze constructie kan de 5-fasenmotor 500 stappen per revolutie bereiken, vergeleken met de 200 stappen van de 2-fasenmotor per revolutie, wat een resolutie biedt die 2,5 keer groter is dan die van de 2-fasenmotor.
Een hogere resolutie leidt tot een kleinere staphoek, die de trillingen aanzienlijk vermindert. Omdat de staphoek van de 5-fasemotor 2,5 keer kleiner is dan die van de 2-fasenmotor, ervaart deze veel lager rinkelen en trillingen. In beide motortypes moet de rotor meer dan 3,6 ° overschrijden of onderscheiden om stappen te missen. Met de staphoek van de 5-fasenmotor van slechts 0,72 °, wordt het bijna onmogelijk voor de motor om met een dergelijke marge over te schieten of te onderscheiden, wat resulteert in een zeer lage kans op het verliezen van synchronisatie.
Er zijn vier primaire aandrijfmethoden voor Stappermotor s:
Wave Drive (volledige stap)
2 fasen op (volledige stap)
1-2 fasen op (halve stap)
Microst
In het onderstaande diagram is de golfaandrijfmethode vereenvoudigd om de principes ervan te illustreren. Elke beurt van 90 ° afgebeeld in de illustratie vertegenwoordigt 1,8 ° rotorrotatie in een echte motor.
In de golfaandrijfmethode, ook bekend als de 1-fase op de methode, wordt slechts één fase tegelijkertijd bekrachtigd. Wanneer de A -fase wordt geactiveerd, creëert deze een Zuidpool die de noordpool van de rotor aantrekt. Vervolgens wordt de A -fase uitgeschakeld en wordt de B -fase ingeschakeld, waardoor de rotor 90 ° (1,8 °) draait, en dit proces gaat door met elke fase die afzonderlijk wordt bekrachtigd.
De golfaandrijving werkt met een elektrische volgorde van vier stappen om de motor te roteren.
In de '2 -fasen op ' -aandrijfmethode worden beide fasen van de motor continu bekrachtigd.
Zoals hieronder geïllustreerd, komt elke bocht van 90 ° overeen met een rotorrotatie van 1,8 °. Wanneer beide A- en B -fasen worden bekrachtigd als zuidpalen, wordt de Noordpool van de rotor gelijkelijk aangetrokken in beide polen, waardoor deze direct in het midden wordt uitgelijnd. Naarmate de volgorde vordert en de fasen worden geactiveerd, zal de rotor roteren om de uitlijning tussen de twee bekrachtigde polen te behouden.
De '2 fasen op ' -methode werkt met behulp van een vierstappen elektrische volgorde om de motor te roteren.
Besfoc's standaard 2-fase en 2-fase M-type motoren gebruiken deze '2 fasen op ' aandrijfmethode.
Het belangrijkste voordeel van de '2 -fasen op ' -methode over de '1 fase op ' -methode is koppel. In de '1 fase op ' -methode wordt slechts één fase tegelijk geactiveerd, wat resulteert in een enkele eenheid koppel die op de rotor werkt. De '2 -fasen op ' -methode daarentegen energie geven aan beide fasen tegelijkertijd, waardoor twee eenheden koppel worden geproduceerd. De ene koppelvector werkt op de positie van 12 uur en de andere op de positie van 3 uur. Wanneer deze twee koppelvectoren worden gecombineerd, creëren ze een resulterende vector onder een hoek van 45 ° met een grootte die 41,4% groter is dan die van een enkele vector. Dit betekent dat het gebruik van de '2 -fasen op ' -methode ons in staat stelt om dezelfde staphoek te bereiken als de '1 fase op ' -methode terwijl 41% meer koppel wordt geleverd.
Vijffase motoren werken echter enigszins anders. In plaats van de '2 fasen op ' -methode te gebruiken, gebruiken ze de '4 -fasen op ' -methode. In deze benadering worden vier van de fasen tegelijkertijd geactiveerd telkens wanneer de motor een stap zet.
Als gevolg hiervan volgt de vijf-fasemotor een elektrische volgorde van 10 stappen tijdens de werking.
De '1-2 fasen op ' -methode, ook bekend als halfstap, combineert de principes van de vorige twee methoden. In deze benadering voeden we eerst de A -fase, waardoor de rotor wordt uitgelijnd. Terwijl we de A -fase bekrachtigd houden, activeren we vervolgens de B -fase. Op dit punt wordt de rotor gelijkelijk aangetrokken tot zowel polen als uitlijningen in het midden, wat resulteert in een rotatie van 45 ° (of 0,9 °). Vervolgens schakelen we de A -fase uit terwijl we de B -fase blijven bekrachtigen, waardoor de motor nog een stap kan zetten. Dit proces gaat door, afwisselend tussen het stimuleren van één fase en twee fasen. Door dit te doen, snijden we de staphoek effectief in tweeën, wat helpt trillingen te verminderen.
Voor een 5-fasenmotor gebruiken we een vergelijkbare strategie door af te wisselen tussen 4 fasen op en 5 fasen op.
De halve stapmodus bestaat uit een elektrische volgorde van acht stappen. In het geval van een vijffasenmotor met behulp van de '4-5 fasen op ' -methode, doorloopt de motor een elektrische volgorde van 20 stappen.
(Meer informatie kan worden toegevoegd over microstepping indien nodig.)
Microstepping is een techniek die wordt gebruikt om kleinere stappen nog fijner te maken. Hoe kleiner de stappen, hoe hoger de resolutie en hoe beter de trillingskenmerken van de motor. Bij Microstepping is een fase noch volledig aan, noch volledig uit; In plaats daarvan is het gedeeltelijk bekrachtigd. Sinusgolven worden toegepast op zowel fase A als fase B, met een faseverschil van 90 ° (of 0,9 ° in een vijffase steppermotor ).
Wanneer het maximale vermogen wordt toegepast op fase A, bevindt fase B zich op nul, waardoor de rotor wordt uitgelijnd met fase A. Naarmate de stroom naar fase A afneemt, neemt de stroom naar fase B toe, waardoor de rotor kleine stappen in de richting van fase B kan nemen. Dit proces gaat door naarmate de stroomcycli tussen de twee fasen, resulterend in een gladde microstepping -beweging.
Microstepping vormt echter enkele uitdagingen, voornamelijk met betrekking tot nauwkeurigheid en koppel. Omdat de fasen slechts gedeeltelijk worden bekrachtigd, ervaart de motor typisch een koppelvermindering van ongeveer 30%. Bovendien, omdat het koppelverschil tussen stappen minimaal is, kan de motor moeite hebben om een belasting te overwinnen, wat kan leiden tot situaties waarin de motor wordt bevolen om verschillende stappen te verplaatsen voordat deze daadwerkelijk begint te bewegen. In veel gevallen is het opnemen van encoders nodig om een gesloten-loopsysteem te creëren, hoewel dit bijdraagt aan de totale kosten.
Open Loop Systems
gesloten lussystemen
servo -systemen
Stappermotoren zijn meestal ontworpen als open lussystemen. In deze configuratie stuurt een pulsgenerator pulsen naar het fasequencingcircuit. De fase -sequencer bepaalt welke fasen moeten worden ingeschakeld of uitgeschakeld, zoals eerder beschreven in de volledige stap- en halve stapmethoden. De sequencer regelt de krachtige FET's om de motor te activeren.
In een open lussysteem is er echter geen verificatie van de positie, wat betekent dat er geen manier is om te bevestigen of de motor de bevolen beweging heeft uitgevoerd.
Een van de meest voorkomende methoden voor het implementeren van een gesloten-lussysteem is door een encoder toe te voegen aan de achteras van een motor met dubbele geschakelde motor. De encoder bestaat uit een dunne schijf gemarkeerd met lijnen die roteert tussen een zender en een ontvanger. Elke keer dat een lijn tussen deze twee componenten gaat, genereert deze een puls op de signaallijnen.
Deze uitgangspulsen worden vervolgens teruggevoerd naar de controller, die er een telling van houdt. Meestal vergelijkt de controller aan het einde van een beweging het aantal pulsen dat het naar de bestuurder heeft gestuurd met het aantal pulsen dat van de encoder is ontvangen. Een specifieke routine wordt uitgevoerd waarbij, als de twee tellingen verschillen, het systeem aanpast om de discrepantie te corrigeren. Als de tellingen overeenkomen, geeft dit aan dat er geen fout is opgetreden en kan de beweging soepel doorgaan.
Het gesloten-lussysteem wordt geleverd met twee hoofd nadelen: kosten (en complexiteit) en responstijd. De opname van een encoder draagt bij aan de algehele kosten van het systeem, samen met de verhoogde verfijning van de controller, die bijdraagt aan de totale kosten. Omdat correcties alleen aan het einde van een beweging worden aangebracht, kan dit bovendien vertragingen in het systeem introduceren, waardoor de reactietijden mogelijk worden vertraagd.
Een alternatief voor Stepper-systemen met gesloten-loop is een servosysteem. Servo-systemen gebruiken meestal motoren met een lage pooltelling, waardoor hogesnelheidsprestaties mogelijk zijn maar inherente positioneringsmogelijkheden ontbreken. Om een servo om te zetten in een positioneel apparaat, zijn feedbackmechanismen nodig, vaak met behulp van een encoder of resolver samen met controlelussen.
In een servosysteem wordt de motor geactiveerd en gedeactiveerd totdat de resolver aangeeft dat een gespecificeerde positie is bereikt. Als de servo bijvoorbeeld wordt geïnstrueerd om 100 revoluties te verplaatsen, begint deze met het aantal resolver op nul. De motor loopt totdat het aantal resolver 100 revoluties bereikt, op welk punt hij wordt uitgeschakeld. Als er een positionele verschuiving is, wordt de motor opnieuw geactiveerd om de positie te corrigeren.
De reactie van de servo op positionele fouten wordt beïnvloed door een versterkingsinstelling. Met een instelling met hoge versterking kan de motor snel reageren op foutenveranderingen, terwijl een instelling met een lage versterking resulteert in een langzamere respons. Het aanpassen van versterkingsinstellingen kunnen echter tijdsvertragingen in het bewegingscontrolesysteem introduceren, wat de algehele prestaties beïnvloedt.
Alphastep is de innovatieve van Besfoc Stepper Motor Solution, met een geïntegreerde resolver die realtime positiefeedback biedt. Dit ontwerp zorgt ervoor dat de exacte positie van de rotor te allen tijde bekend is, waardoor de precisie en betrouwbaarheid van het systeem wordt verbeterd.
De Alphastep -driver heeft een invoerrecht die alle pulsen naar de schijf volgt. Tegelijkertijd wordt feedback van de resolver gericht op een teller van de rotorpositie, waardoor de positie van de rotor continu mogelijk is. Eventuele verschillen worden vastgelegd in een afwijking.
Meestal werkt de motor in de open -lusmodus en genereert het koppelvectoren voor de motor om te volgen. Als de afwijkingsteller echter een discrepantie groter dan ± 1,8 ° aangeeft, activeert de fase -sequencer de koppelvector in de bovenste sectie van de koppelverplaatsingscurve. Dit genereert maximale koppel om de rotor opnieuw uit te lijnen en terug te brengen in synchronisme. Als de motor met verschillende stappen is uitgeschakeld, geeft de sequencer meerdere koppelvectoren van de hoogste uiteinde van de koppelverplaatsingscurve. De bestuurder kan overbelastingscondities tot 5 seconden verwerken; Als het niet binnen dit tijdsbestek de synchronisme herstelt, wordt een fout geactiveerd en wordt er een alarm uitgegeven.
Een opmerkelijk kenmerk van het Alphastep-systeem is het vermogen om realtime correcties aan te brengen voor eventuele gemiste stappen. In tegenstelling tot traditionele systemen die wachten tot het einde van een beweging om eventuele fouten te corrigeren, neemt de alfastep -driver corrigerende actie zodra de rotor buiten het bereik van 1,8 ° valt. Zodra de rotor weer binnen deze limiet is, keert de bestuurder terug om de lusmodus te openen en hervat de juiste fase -energie.
De bijbehorende grafiek illustreert de koppelverplaatsingscurve, die de operationele modi van het systeem benadrukt - Open Loop en een gesloten lus. De koppelverplaatsingscurve vertegenwoordigt het koppel dat wordt gegenereerd door een enkele fase, waardoor het maximale koppel wordt bereikt wanneer de rotorpositie met 1,8 ° afwijkt. Een stap kan alleen worden gemist als de rotor met meer dan 3,6 ° overschrijdt. Omdat de bestuurder de controle over de koppelvector neemt wanneer de afwijking groter is dan 1,8 °, is het onwaarschijnlijk dat de motor stappen mist, tenzij hij een overbelasting ervaart die meer dan 5 seconden duurt.
Veel mensen geloven ten onrechte dat de stap nauwkeurigheid van de alfastep -motor ± 1,8 ° is. In werkelijkheid heeft de alfastep een stap nauwkeurigheid van 5 boogminuten (0,083 °). De bestuurder beheert de koppelvectoren wanneer de rotor zich buiten het bereik van 1,8 ° bevindt. Zodra de rotor binnen dit bereik valt, worden de rotortanden precies uitgelijnd met de gegenereerde koppelvector. De alfastep zorgt ervoor dat de juiste tand uitsluit met de actieve koppelvector.
De Alphastep -serie wordt geleverd in verschillende versies. BESFOC biedt zowel ronde as- als versnelde modellen met meerdere overbrengingsverhoudingen om de resolutie en koppel te verbeteren of om gereflecteerde inertie te minimaliseren. De meeste versies kunnen worden uitgerust met een faalveilige magnetische rem. Bovendien biedt BESFOC een 24 VDC -versie genaamd de ASC -serie.
Concluderend zijn stappenmotoren zeer geschikt voor het positioneren van toepassingen. Ze zorgen voor een precieze regeling van zowel afstand als snelheid, simpelweg door het aantal puls en de frequentie te variëren. Hun hoge palentelling maakt nauwkeurigheid mogelijk, zelfs wanneer ze in de open -lusmodus werken. Bij de juiste maat voor een specifieke toepassing, a Stappermotor mist geen stappen. Omdat ze geen positionele feedback vereisen, zijn stappenmotoren een kosteneffectieve oplossing.
