Hybrid Stepper Motor Produsent i Kina - BESFOC

Introduksjon av trinnmotor

Hva er en trinnmotor？

EN Trinnmotor er en type elektrisk motor som beveger seg i presise, faste trinn i stedet for kontinuerlig å rotere som en vanlig motor. Det brukes ofte i applikasjoner der det kreves presis posisjonskontroll, for eksempel 3D -skrivere, CNC -maskiner, robotikk og kameraplattformer.

Trinnmotorer er en type elektrisk motor som omdanner elektrisk energi til rotasjonsbevegelse med bemerkelsesverdig presisjon. I motsetning til vanlige elektriske motorer, som gir kontinuerlig rotasjon, svinger trinnmotorer inn diskrete trinn, noe som gjør dem ideelle for applikasjoner som krever nøyaktig posisjonering.

Hver puls av elektrisitet sendt til en trinnmotor fra sjåføren resulterer i en presis bevegelse - hver puls tilsvarer et spesifikt trinn. Hastigheten som motoren roterer direkte korrelerer med frekvensen av disse pulser: jo raskere pulser blir sendt, jo raskere rotasjonen.

En av de viktigste fordelene med Stepper Motor S er deres enkle kontroll. De fleste drivere opererer med 5-volts pulser, kompatible med vanlige integrerte kretsløp. Du kan enten designe en krets for å generere disse pulser eller bruke en pulsgenerator fra selskaper som BESFOC.

Til tross for deres sporadiske unøyaktigheter - standard trinnmotorer har en nøyaktighet på omtrent ± 3 bue minutter (0,05 °) - samler ikke disse feilene seg med flere trinn. For eksempel, hvis en standard trinnmotor gjør ett trinn, vil den rotere 1,8 ° ± 0,05 °. Selv etter en million trinn er det totale avviket fremdeles bare ± 0,05 °, noe som gjør dem pålitelige for presise bevegelser over lange avstander.

I tillegg er steppermotorer kjent for sin raske respons og akselerasjon på grunn av deres lave rotor treghet, slik at de raskt kan oppnå høye hastigheter. Dette gjør dem spesielt egnet for applikasjoner som krever korte, raske bevegelser.

Hvordan fungerer en trinnmotor?

EN Steppermotor fungerer ved å dele en full rotasjon i en rekke like trinn. Den bruker elektromagneter for å skape bevegelse i små, kontrollerte trinn.

1. Inne i trinnmotoren

En trinnmotor har to hoveddeler:

• Stator - Den stasjonære delen med spoler (elektromagneter).

• Rotor - Den roterende delen, ofte en magnet eller laget av jern.

2. Bevegelse med magnetiske felt

• Når elektrisk strøm strømmer gjennom stator -spiralene, skaper den magnetfelt.

• Disse feltene tiltrekker rotoren.

• Ved å slå spolene av og på i en spesifikk sekvens, trekkes rotoren trinn for trinn i en sirkulær bevegelse.

3. Trinn-for-trinns rotasjon

• Hver gang en spole blir energisk, beveger rotoren seg med en liten vinkel (kalt et trinn).

• For eksempel, hvis en motor har 200 trinn per revolusjon, beveger hvert trinn rotoren 1,8 °.

• Motoren kan rotere fremover eller bakover avhengig av rekkefølgen på pulser som er sendt til spolene.

4. Kontrollert av en sjåfør

• EN Stepper motordriver sender elektriske pulser til motorspolene.

• Jo flere pulser, jo mer svinger motoren.

• Mikrokontrollere (som Arduino eller Raspberry Pi) kan kontrollere disse driverne for å bevege motoren nøyaktig.

Stepper Motor System

Illustrasjonen nedenfor viser et standard trinnmotorsystem, som består av flere viktige komponenter som fungerer sammen. Ytelsen til hvert element påvirker systemets generelle funksjonalitet.

1. Datamaskin eller PLC:

I hjertet av systemet er datamaskinen eller den programmerbare logiske kontrolleren (PLC). Denne komponenten fungerer som hjernen, og kontrollerer ikke bare trinnmotoren, men også hele maskinen. Den kan utføre forskjellige oppgaver, for eksempel å heve heisen eller flytte et transportbånd. Avhengig av kompleksiteten som trengs, kan denne kontrolleren variere fra en sofistikert PC eller PLC til en enkel operatør -trykknapp.

2. Indekser eller PLS -kort:

Neste er indekser eller PLS -kort, som formidler spesifikke instruksjoner til trinnmotor . Det genererer det nødvendige antall pulser for bevegelse og justerer pulsfrekvensen for å kontrollere akselerasjon, hastighet og retardasjon av motoren. Indekseren kan enten være en frittstående enhet, som BESFOC, eller et pulskort som kobles til en PLC. Uansett form, er denne komponenten avgjørende for motorens drift.

3. Motordriver:

Motorsjåføren består av fire viktige deler:

• Logikk for fasekontroll: Denne logikkenheten mottar pulser fra indeksen og bestemmer hvilken fase av motoren som skal aktiveres. Energisering av fasene må følge en spesifikk sekvens for å sikre riktig motorisk drift.

• Logisk strømforsyning: Dette er en lavspentforsyning som driver de integrerte kretsløpene (ICS) i driveren, som vanligvis opererer rundt 5 volt, basert på brikkesettet eller designen.

• Motorisk strømforsyning: Denne forsyningen gir nødvendig spenning for å drive motoren, vanligvis rundt 24 VDC, selv om den kan være høyere avhengig av påføring.

• Strømforsterker: Denne komponenten består av transistorer som gjør at strømmen kan strømme gjennom motoriske faser. Disse transistorene er slått av og på i riktig sekvens for å lette motorens bevegelse.

4. Last:

Til slutt fungerer alle disse komponentene sammen for å bevege lasten, som kan være en ledeskrue, en disk eller en transportbånd, avhengig av den spesifikke applikasjonen.

Typer trinnmotorer

Det er tre primære typer trinnmotorer:

Variabel motvilje (VR) Stepper Motors

Disse motorene har tenner på rotoren og statoren, men inneholder ikke en permanent magnet. Som et resultat mangler de detentmoment, noe som betyr at de ikke holder sin posisjon når de ikke er energisk.

Permanent magnet (PM) Stepper Motors

PM Stepper Motors har en permanent magnet på rotoren, men har ikke tenner. Mens de vanligvis viser mindre presisjon i trinnvinkler, gir de detentmoment, slik at de kan opprettholde posisjon når strømmen er slått av.

Hybrid steppermotorer

BESFOC spesialiserer seg utelukkende i hybrid trinnmotor s. Disse motorene smelter sammen de magnetiske egenskapene til permanente magneter med den tannede utformingen av variable motvilkemotorer. Rotoren er aksialt magnetisert, noe som betyr at i en typisk konfigurasjon er den øverste halvdelen en nordpol og den nederste halvdelen er en sørpol.

Rotoren består av to tannkopper, som hver har 50 tenner. Disse koppene blir utlignet med 3,6 °, noe som gir presis posisjonering. Når du blir sett ovenfra, kan du se at en tann på Nordpolekoppen stemmer overens med en tann på Sydpolekoppen, og skaper et effektivt girsystem.

Hybrid trinnmotorer opererer på en to-fase konstruksjon, med hver fase som inneholder fire staver som er avstand fra 90 ° fra hverandre. Hver pol i en fase er såret slik at poler med 180 ° fra hverandre har samme polaritet, mens polariteter er motsatt for de 90 ° fra hverandre. Ved å reversere strømmen i en hvilken som helst fase, kan polariteten til den tilsvarende statorstangen også reverseres, slik at motoren kan konvertere enhver statorstang til en nord- eller sørpol.

Rotoren til trinnmotoren har 50 tenner, med en stigning på 7,2 ° mellom hver tann. Når motoren fungerer, kan justeringen av rotortennene med statortennene variere-spesielt kan den oppveies med tre fjerdedel av en tannstigning, en halv tannhøyde eller en fjerdedel av en tannbane. Når motorens trinn, tar den naturlig nok den korteste veien til å tilpasse seg selv, noe som betyr en bevegelse på 1,8 ° per trinn (siden 1/4 av 7,2 ° tilsvarer 1,8 °).

Dreiemoment og nøyaktighet i Trinnmotor er påvirket av antall stolper (tenner). Generelt fører en høyere polstall til forbedret dreiemoment og nøyaktighet. BESFOC tilbyr 'høyoppløselig' trinnmotorer, som har halve tannstigningen på standardmodellene. Disse høyoppløselige rotorene har 100 tenner, noe som resulterer i en vinkel på 3,6 ° mellom hver tann. Med dette oppsettet tilsvarer en bevegelse på 1/4 av en tannstigning et mindre trinn på 0,9 °.

Som et resultat gir '' høyoppløselige '-modellene dobbelt oppløsningen av standardmotorer, og oppnår 400 trinn per revolusjon sammenlignet med 200 trinn per revolusjon i standardmodellene. Mindre trinnvinkler fører også til lavere vibrasjoner, siden hvert trinn er mindre uttalt og mer gradvis.

Struktur

Diagrammet nedenfor illustrerer et tverrsnitt av en 5-fase trinnmotor. Denne motoren består først og fremst av to hoveddeler: statoren og rotoren. Selve rotoren består av tre komponenter: Rotor Cup 1, Rotor Cup 2, og en permanent magnet. Rotoren magnetiseres i aksial retning; For eksempel, hvis rotor kopp 1 er betegnet som nordpolen, vil rotor kopp 2 være sørpolen.

Statoren har 10 magnetiske stolper, hver utstyrt med små tenner og tilsvarende viklinger. Disse viklingene er designet slik at hver er koblet til viklingen av den motsatte polen. Når strømmen strømmer gjennom et par viklinger, kobler polene de magnetiserer i samme retning - enten nord eller sør.

Hvert motstridende polstolper danner en fase av motoren. Gitt at det er 10 magnetiske stolper totalt, resulterer dette i fem forskjellige faser innen denne 5-fasen trinnmotor.

Det er viktig at hver rotorkopp har 50 tenner langs deres ytre omkrets. Tennene på rotor kopp 1 og rotor kopp 2 er mekanisk forskjøvet fra hverandre med en halv tannhøyde, noe som muliggjør presis innretting og bevegelse under drift.

Speed-Torque

Det er avgjørende å forstå hvordan man kan lese en hastighet-dreiekurve, ettersom den gir innsikt i hva en motor er i stand til å oppnå. Disse kurvene representerer ytelsesegenskapene til en spesifikk motor når de er sammenkoblet med en bestemt driver. Når motoren er i drift, påvirkes dreiemomentutgangen av stasjonstypen og den påførte spenningen. Som et resultat kan den samme motoren utvise betydelig forskjellige hastighets-dreiemessige kurver avhengig av føreren som brukes.

BESFOC gir disse hurtig-dreiemessige kurvene som referanse. Hvis du bruker en motor med en driver som har lignende spenning og strømvurderinger, kan du forvente sammenlignbar ytelse. For en interaktiv opplevelse, vennligst se hurtig-dreiekurven nedenfor:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

For å operere i regionen mellom pull-in og pullout-dreiemoment, må motoren i utgangspunktet starte i start/stoppregionen. Når motoren begynner å løpe, økes pulsfrekvensen gradvis til ønsket hastighet er oppnådd. For å stoppe motoren, reduseres hastigheten deretter til den faller under hurtigmomentkurven.

Moment er direkte proporsjonalt med strømmen og antall ledninger svinger i motoren. For å øke dreiemomentet med 20%, bør strømmen også økes med omtrent 20%. Motsatt, for å redusere dreiemomentet med 50%, bør strømmen reduseres med 50%.

På grunn av magnetisk metning er det imidlertid ingen fordel i å øke strømmen utover det dobbelte av den nominelle strømmen, ettersom utover dette punktet, vil ytterligere økninger ikke øke dreiemomentet. Å operere rundt ti ganger den nominelle strømmen utgjør risikoen for å demagnetisere rotoren.

Alle motorene våre er utstyrt med isolasjon av klasse B, som tåler temperaturer opp til 130 ° C før isolasjonen begynner å nedbryte. For å sikre lang levetid, anbefaler vi å opprettholde en temperaturdifferensial på 30 ° C fra innsiden til utsiden, noe som betyr at den utvendige kassetemperaturen ikke skal overstige 100 ° C.

Induktans spiller en betydelig rolle i ytelsen med høy hastighet. Det forklarer hvorfor motorer ikke viser uendelige høye nivåer av dreiemoment. Hver vikling av motoren har tydelige verdier av induktans og motstand. Induktansen målt i Henrys, delt på motstanden i ohm, resulterer i en tidskonstant (i sekunder). Denne tidskonstanten indikerer hvor lang tid det tar før spolen når 63% av den nominelle strømmen. For eksempel, hvis motoren er vurdert til 1 amp, etter en tidskonstant, vil spolen nå omtrent 0,63 ampere. Det tar vanligvis omtrent fire til fem tidskonstanter for spolen å nå full strøm (1 amp). Siden dreiemomentet er proporsjonalt med strøm, hvis strømmen bare når 63%, vil motoren produsere omtrent 63% av sitt maksimale dreiemoment etter en tidskonstant.

Ved lave hastigheter er denne forsinkelsen i nåværende oppbygging ikke noe problem siden strømmen effektivt kan komme inn og gå ut av spolene raskt, slik at motoren kan levere det nominelle dreiemomentet. Imidlertid kan strømmen i høye hastigheter ikke øke raskt nok før neste fasebrytere, noe som resulterer i redusert dreiemoment.

Førerens spenningseffekt

Driverspenningen påvirker betydelig høyhastighetsytelsen til en trinnmotor . Et høyere forhold mellom drivspenning og motorspenning fører til forbedrede høyhastighetsfunksjoner. Dette er fordi forhøyede spenninger lar strømmen strømme inn i viklingene raskere enn 63% terskel tidligere omtalt.

Vibrasjon

Når en trinnmotor overgår fra det ene trinn til det neste, stopper ikke rotoren øyeblikkelig på målposisjonen. I stedet beveger den seg forbi den endelige posisjonen, blir deretter trukket tilbake, overskrider i motsatt retning og fortsetter å svinge frem og tilbake til det til slutt stopper. Dette fenomenet, referert til som 'ringing, ' oppstår med hvert trinn motoren tar (se det interaktive diagrammet nedenfor). På samme måte som en strikkesnor, bærer rotorens momentum den utover stopppunktet, noe som får den til å 'sprett ' før de legger seg i ro. I mange tilfeller blir imidlertid motoren instruert om å gå til neste trinn før den har stoppet fullt ut.

Grafene nedenfor illustrerer ringoppførselen til en trinnmotor under forskjellige belastningsforhold. Når motoren er losset, viser den betydelig ringing, noe som betyr økt vibrasjon. Denne overdreven vibrasjonen kan føre til at motoren stopper når den enten er losset eller lett lastet, da den kan miste synkroniseringen. Derfor er det viktig å alltid teste en trinnmotor med passende belastning.

De to andre grafene skildrer motorens ytelse når de lastes. Riktig å laste motoren hjelper til med å stabilisere driften og redusere vibrasjonen. Ideelt sett bør belastningen kreve mellom 30% til 70% av motorens maksimale dreiemomentutgang. I tillegg skal treghetsforholdet mellom belastningen og rotoren falle mellom 1: 1 og 10: 1. For kortere og raskere bevegelser er det å foretrekke at dette forholdet skal være nærmere 1: 1 til 3: 1.

Hjelp fra BESFOC

BESFOCs applikasjonsspesialister og ingeniører er tilgjengelige for å hjelpe med riktig motorstørrelse.

Resonans og vibrasjon

EN Trinnmotor vil oppleve betydelig økt vibrasjoner når inngangspulsfrekvensen sammenfaller med dens naturlige frekvens, et fenomen kjent som resonans. Dette forekommer ofte rundt 200 Hz. Ved resonans blir overskyting og underskyting av rotoren sterkt forsterket, noe som øker sannsynligheten for manglende trinn. Mens den spesifikke resonansfrekvensen kan variere med belastnings treghet, henger den vanligvis rundt 200 Hz.

Trinntap i 2-fase motorer

2-fase steppermotorer kan bare gå glipp av trinn i grupper på fire. Hvis du merker trinntap som oppstår i multipler på fire, indikerer det at vibrasjoner får motoren til å miste synkronisering eller at belastningen kan være overdreven. Motsatt, hvis tapte trinn ikke er i multipler på fire, er det en sterk indikasjon på at enten pulstallet er feil eller elektrisk støy påvirker ytelsen.

Avbøtende resonans

Flere strategier kan bidra til å dempe resonanseffekter. Den enkleste tilnærmingen er å unngå å operere med resonanshastigheten helt. Siden 200 Hz tilsvarer omtrent 60 o / min for en 2-fase motor, er den ikke en ekstremt høy hastighet. De fleste Steppermotor har en maksimal starthastighet på rundt 1000 pulser per sekund (PPS). Derfor kan du i mange tilfeller starte motorisk drift med en hastighet som er høyere enn resonansfrekvensen.

Hvis du trenger å starte motoren med en hastighet som er under resonansfrekvensen, er det viktig å akselerere raskt gjennom resonansområdet for å minimere effekten av vibrasjon.

Redusere trinnvinkelen

En annen effektiv løsning er å bruke en mindre trinnvinkel. Større trinnvinkler har en tendens til å resultere i større overgang og undershooting. Hvis motoren har et lite stykke til å reise, vil den ikke generere nok kraft (dreiemoment) til å overskride betydelig. Ved å redusere trinnvinkelen opplever motoren mindre vibrasjoner. Dette er en av grunnene til at halvtrinning og mikrostetppeteknikker er så effektive for å redusere vibrasjoner.

Sørg for å velge motoren basert på belastningskravene. Riktig motorstørrelse kan føre til bedre generell ytelse.

Ved hjelp av dempere

Dempere er et annet alternativ å vurdere. Disse enhetene kan monteres på bakakselen på motoren for å absorbere noe av vibrasjonsenergien, og bidra til å jevne ut driften av en vibrerende motor på en kostnadseffektiv måte.

5-fase steppermotorer

Et relativt nytt fremskritt i Stepper Motor  Technology er 5-fase trinnmotor. Den mest merkbare forskjellen mellom 2-fase og 5-fase motorer (se det interaktive diagrammet nedenfor) er antallet stator-stolper: 2-fase motorer har 8 poler (4 per fase), mens 5-fase motorer har 10 poler (2 per fase). Rotordesignet er lik den for en 2-fase motor.

I en 2-fase motor beveger hver fase rotoren med 1/4 tannstigning, mens i en 5-fase motor beveger rotoren 1/10 av en tannstigning på grunn av utformingen. Med en tannstigning på 7,2 ° blir trinnvinkelen for 5-fase motoren 0,72 °. Denne konstruksjonen gjør at 5-fase motoren kan oppnå 500 trinn per revolusjon, sammenlignet med 2-fase motorens 200 trinn per revolusjon, og gir en oppløsning som er 2,5 ganger større enn den for 2-fase motoren.

En høyere oppløsning fører til en mindre trinnvinkel, noe som reduserer vibrasjonen betydelig. Siden trinnvinkelen til 5-fase motoren er 2,5 ganger mindre enn den for 2-fase motoren, opplever den mye lavere ringing og vibrasjoner. I begge motoriske typer må rotoren overskride eller underskytes med mer enn 3,6 ° for å savne trinn. Med 5-fase motorens trinnvinkel på bare 0,72 °, blir det nesten umulig for motoren å overskride eller underskyle med en slik margin, noe som resulterer i en veldig lav sannsynlighet for å miste synkronisering.

Kjøremetoder

Det er fire primære drivmetoder for trinnmotor s:

1. Wave Drive (fullt trinn)

2. 2 faser på (fullt trinn)

3. 1-2 faser på (halvt trinn)

4. Microstp

Bølgedrev

I diagrammet nedenfor er bølgedrevingsmetoden forenklet for å illustrere dens prinsipper. Hver 90 ° sving avbildet i illustrasjonen representerer 1,8 ° rotorrotasjon i en ekte motor.

I bølgedrevingsmetoden, også kjent som 1-fase på metoden, er bare en fase energisk om gangen. Når A -fasen er aktivert, skaper den en sørpol som tiltrekker nordpolen til rotoren. Deretter slås A -fasen av og B -fasen slås på, noe som får rotoren til å rotere 90 ° (1,8 °), og denne prosessen fortsetter med hver fase som blir energisk individuelt.

Bølgedrevet fungerer med en firetrinns elektrisk sekvens for å rotere motoren.

 

2 faser på

I '2 faser på ' stasjonsmetoden blir begge faser av motoren kontinuerlig energisk.

Som illustrert nedenfor, tilsvarer hver 90 ° sving en 1,8 ° rotorrotasjon. Når både A- og B -faser blir energisk som sørpoler, tiltrekkes nordpolen til rotoren likt til begge stolpene, noe som får den til å justere seg direkte i midten. Når sekvensen utvikler seg og fasene aktiveres, vil rotoren rotere for å opprettholde justering mellom de to energiske stolpene.

'2-fasene på ' -metoden fungerer ved bruk av en firetrinns elektrisk sekvens for å rotere motoren.

BESFOCs standard 2-fase og 2-fase M-type motorer bruker disse '2-fasene på ' stasjonsmetoden.

Den største fordelen med '2 -fasene på ' -metoden over '1 -fasen på ' -metoden er dreiemoment. I '1 -fasen på ' -metoden er bare en fase aktivert om gangen, noe som resulterer i at en enkelt enhet med dreiemoment virker på rotoren. I kontrast gir '2 faser på ' -metoden begge faser samtidig, og produserer to enheter med dreiemoment. Den ene dreiemomentvektoren virker i klokka 12 og den andre i klokka 3. Når disse to dreiemomentvektorene er kombinert, skaper de en resulterende vektor i en vinkel på 45 ° med en styrke som er 41,4% større enn for en enkelt vektor. Dette betyr at bruk av '2 -faser på ' -metoden lar oss oppnå samme trinnvinkel som '1 -fasen på ' -metoden mens vi leverer 41% mer dreiemoment.

Femfasemotorer fungerer imidlertid noe annerledes. I stedet for å bruke '2 faser på ' -metoden, bruker de '4 -fasene på ' -metoden. I denne tilnærmingen aktiveres fire av fasene samtidig hver gang motoren tar et skritt.

Som et resultat følger femfasemotoren en 10-trinns elektrisk sekvens under drift.

1-2 faser på (halvt trinn)

'1-2 faser på ' -metoden, også kjent som halvt stepping, kombinerer prinsippene for de to foregående metodene. I denne tilnærmingen gir vi først energi til A -fasen og får rotoren til å samkjøre. Mens vi holder A -fasen energisk, aktiverer vi deretter B -fasen. På dette tidspunktet er rotoren like tiltrukket av både stolper og justerer i midten, noe som resulterer i en rotasjon på 45 ° (eller 0,9 °). Deretter slår vi av A -fasen mens vi fortsetter å gi energi til B -fasen, slik at motoren kan ta et nytt skritt. Denne prosessen fortsetter, vekslende mellom energigivende en fase og to faser. Ved å gjøre det, kutter vi effektivt trinnvinkelen i to, noe som bidrar til å redusere vibrasjoner.

For en 5-fase motor bruker vi en lignende strategi ved å veksle mellom 4 faser på og 5 faser på.

Halvtrinnsmodus består av en åtte-trinns elektrisk sekvens. Når det gjelder en femfasemotor ved bruk av '4-5 faser på ' -metoden, går motoren gjennom en 20-trinns elektrisk sekvens.

Microstp

(Mer informasjon kan legges til om mikrostepping om nødvendig.)

Mikrostepping

Mikrostepping er en teknikk som brukes til å gjøre mindre trinn enda finere. Jo mindre trinn, jo høyere oppløsning og bedre motorens vibrasjonsegenskaper. I mikrostepping er en fase verken helt på eller helt av; I stedet er den delvis energisk. Sinusbølger påføres både fase A og fase B, med en faseforskjell på 90 ° (eller 0,9 ° i en fem-fase trinnmotor ).

Når den maksimale effekten blir brukt på fase A, er fase B på null, noe som får rotoren til å samkjøre med fase A. Når strømmen til fase A avtar, øker strømmen til fase B, slik at rotoren kan ta små skritt mot fase B. Denne prosessen fortsetter som dagens syklus mellom de to fasene, noe som resulterer i jevn mikrosteknapp.

Imidlertid gir mikrostepping noen utfordringer, hovedsakelig angående nøyaktighet og dreiemoment. Siden fasene bare er delvis energisk, opplever motoren typisk en dreiemomentreduksjon på omtrent 30%. I tillegg, fordi momentdifferensialet mellom trinnene er minimal, kan motoren slite med å overvinne en belastning, noe som kan føre til situasjoner der motoren blir bedt om å bevege seg flere trinn før den faktisk begynner å bevege seg. I mange tilfeller er det nødvendig å innlemme kodere for å lage et lukket sløyfesystem, selv om dette øker den totale kostnaden.

Trinnmotorsystemer

Åpne sløyfesystemer
lukkede sløyfesystemer
servosystemer

Åpen sløyfe

Trinnmotor er vanligvis designet som åpne sløyfesystemer. I denne konfigurasjonen sender en pulsgenerator pulser til fasesekvenseringskretsen. Fasesekvenseren bestemmer hvilke faser som skal slås av eller på, som tidligere beskrevet i hele trinn- og halvtrinnsmetodene. Sekvenseren kontrollerer FET-er for høy effekt for å aktivere motoren.

I et åpent sløyfesystem er det imidlertid ingen bekreftelse av posisjon, noe som betyr at det ikke er noen måte å bekrefte om motoren har utført den kommanderte bevegelsen.

Lukket sløyfe

En av de vanligste metodene for implementering av et lukket sløyfesystem er ved å legge en koder til bakakselen til en dobbel beskjæret motor. Koderen består av en tynn plate merket med linjer som roterer mellom en sender og en mottaker. Hver gang en linje går mellom disse to komponentene, genererer den en puls på signallinjene.

Disse utgangspulsene blir deretter matet tilbake til kontrolleren, som holder en telling av dem. På slutten av en bevegelse sammenligner kontrolleren antall pulser den sendte til sjåføren med antall pulser mottatt fra koderen. En spesifikk rutine utføres der de to tellene er forskjellige, justerer systemet for å korrigere avviket. Hvis tellingene stemmer overens, indikerer det at ingen feil har oppstått, og bevegelse kan fortsette jevnt.

Ulemper med lukkede sløyfesystemer

Det lukkede sløyfesystemet kommer med to viktigste ulemper: kostnad (og kompleksitet) og responstid. Inkluderingen av en kodere gir den samlede kostnaden for systemet, sammen med økt sofistikering av kontrolleren, noe som bidrar til den totale kostnaden. I tillegg, fordi korreksjoner bare gjøres på slutten av en bevegelse, kan dette innføre forsinkelser i systemet, og potensielt bremse responstidene.

Servosystem

Et alternativ til trinnsystemer med lukket sløyfe er et servosystem. Servosystemer bruker typisk motorer med lav pol, noe som muliggjør høyhastighetsytelse, men mangler iboende posisjoneringsevne. For å konvertere en servo til en posisjonsenhet, er tilbakemeldingsmekanismer nødvendig, ofte ved hjelp av en koder eller oppløsning sammen med kontrollløkker.

I et servosystem aktiveres og deaktiveres motoren til resolveren indikerer at en spesifisert stilling er nådd. For eksempel, hvis servoen blir instruert om å flytte 100 revolusjoner, begynner den med resolverantallet på null. Motoren går til resolvertallet når 100 revolusjoner, på hvilket tidspunkt den slås av. Hvis det er noe posisjonsskifte, blir motoren aktivert på nytt for å rette opp posisjonen.

Servoens respons på posisjonsfeil påvirkes av en gevinstinnstilling. En innstilling med høy forsterkning gjør at motoren raskt kan reagere på feil, mens en lav forsterkningsinnstilling resulterer i en lavere respons. Imidlertid kan justere forsterkningsinnstillinger innføre tidsforsinkelser i bevegelseskontrollsystemet, noe som påvirker den generelle ytelsen.

Alphastep lukket sløyfe trinnmotorsystemer

Alphastep er BESFOCs innovative Stepper Motor  Solution, med en integrert oppløsning som tilbyr tilbakemeldinger fra sanntid. Denne utformingen sikrer at den nøyaktige plasseringen av rotoren til enhver tid er kjent, og forbedrer systemets presisjon og pålitelighet.

Alphastep lukket sløyfe trinnmotorsystemer

Alphastep -sjåføren har en inngangsteller som sporer alle pulser som er sendt til stasjonen. Samtidig blir tilbakemeldinger fra resolver rettet til en rotorposisjonsteller, noe som gir mulighet for kontinuerlig overvåking av rotorens posisjon. Eventuelle avvik blir registrert i en avviksteller.

Vanligvis fungerer motoren i åpen sløyfemodus, og genererer dreiemomentvektorer for at motoren skal følge. Imidlertid, hvis avvikstelleren indikerer et avvik som er større enn ± 1,8 °, aktiverer fasesekvenseren momentvektoren ved den øvre delen av dreiemomentforskyvningskurven. Dette genererer maksimalt dreiemoment for å justere rotoren og bringe den tilbake i synkronisme. Hvis motoren er av flere trinn, gir sequencer flere momentvektorer i den høye enden av dreiemomentforskyvningskurven. Sjåføren kan håndtere overbelastningsforhold i opptil 5 sekunder; Hvis den ikke klarer å gjenopprette synkronisme innen denne tidsrammen, utløses en feil, og en alarm utstedes.

Et bemerkelsesverdig trekk ved Alphastep-systemet er dens evne til å gjøre sanntidskorrigeringer for eventuelle tapte trinn. I motsetning til tradisjonelle systemer som venter til slutten av et trekk for å rette opp eventuelle feil, tar alfastep -sjåføren korrigerende tiltak så snart rotoren faller utenfor 1,8 ° -området. Når rotoren er tilbake innenfor denne grensen, vender sjåføren tilbake til å åpne sløyfemodus og gjenopptar passende fase -energizations.

Den medfølgende grafen illustrerer dreiemomentforskyvningskurven, og fremhever de operasjonelle modusene til systemet - åpen sløyfe og lukket sløyfe. Momentforskyvningskurven representerer dreiemomentet som genereres av en enkelt fase, og oppnår maksimalt dreiemoment når rotorposisjonen avviker med 1,8 °. Et trinn kan bare gå glipp av hvis rotoren overskrider mer enn 3,6 °. Fordi sjåføren tar kontroll over momentvektoren når avviket overstiger 1,8 °, er det lite sannsynlig at motoren vil gå glipp av trinn med mindre den opplever en overbelastning som varer mer enn 5 sekunder.

Trinn nøyaktighet av alfastep

Mange mennesker tror feilaktig at trinnets nøyaktighet av alfastep -motoren er ± 1,8 °. I virkeligheten har alfastep en trinnnøyaktighet på 5 bue minutter (0,083 °). Føreren administrerer dreiemomentvektorene når rotoren er utenfor 1,8 ° -området. Når rotoren faller innenfor dette området, justeres rotoren -tennene nettopp med momentvektoren som genereres. Alphastep sikrer at riktig tann stemmer overens med den aktive dreiemomentvektoren.

Alphastep -serien kommer i forskjellige versjoner. BESFOC tilbyr både runde aksel- og girede modeller med flere girforhold til enten å forbedre oppløsningen og dreiemomentet eller for å minimere reflektert treghet. De fleste versjoner kan være utstyrt med en feilsikker magnetisk brems. I tillegg gir BESFOC en 24 VDC -versjon kalt ASC -serien.

Konklusjon

Avslutningsvis er steppermotorer svært egnet for posisjoneringsapplikasjoner. De gir mulighet for presis kontroll av både avstand og hastighet bare ved å variere pulstall og frekvens. Deres høye stangantall muliggjør nøyaktighet, selv når du opererer i åpen sløyfemodus. Når den er riktig størrelse for en bestemt applikasjon, en Trinnmotor vil ikke gå glipp av trinn. Fordi de ikke trenger tilbakemelding, er trinnmotorer en kostnadseffektiv løsning.