Visninger: 0 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstidspunkt: 2025-04-18 Opprinnelse: nettsted
EN trinnmotor er en type elektrisk motor som beveger seg i presise, faste trinn i stedet for å rotere kontinuerlig som en vanlig motor. Det brukes ofte i applikasjoner der presis posisjonskontroll er nødvendig, for eksempel 3D-skrivere, CNC-maskiner, robotikk og kameraplattformer.
Trinnmotorer er en type elektrisk motor som konverterer elektrisk energi til rotasjonsbevegelse med bemerkelsesverdig presisjon. I motsetning til vanlige elektriske motorer, som gir kontinuerlig rotasjon, dreier trinnmotorer i diskrete trinn, noe som gjør dem ideelle for applikasjoner som krever nøyaktig posisjonering.
Hver puls av elektrisitet som sendes til en trinnmotor fra dens driver resulterer i en presis bevegelse - hver puls tilsvarer et spesifikt trinn. Hastigheten som motoren roterer med, korrelerer direkte med frekvensen til disse pulsene: jo raskere pulsene sendes, jo raskere er rotasjonen.
En av de viktigste fordelene med trinnmotor s er deres enkle kontroll. De fleste drivere opererer med 5-volts pulser, kompatible med vanlige integrerte kretser. Du kan enten designe en krets for å generere disse pulsene eller bruke en pulsgenerator fra selskaper som BesFoc.
Til tross for deres sporadiske unøyaktigheter – standard trinnmotorer har en nøyaktighet på omtrent ± 3 bueminutter (0,05°) – akkumuleres ikke disse feilene med flere trinn. For eksempel, hvis en standard trinnmotor gjør ett trinn, vil den rotere 1,8° ± 0,05°. Selv etter en million skritt er det totale avviket fortsatt bare ± 0,05°, noe som gjør dem pålitelige for presise bevegelser over lange avstander.
I tillegg er trinnmotorer kjent for sin raske respons og akselerasjon på grunn av deres lave rotor-treghet, som lar dem oppnå høye hastigheter raskt. Dette gjør dem spesielt egnet for bruksområder som krever korte, raske bevegelser.
EN trinnmotor fungerer ved å dele en full rotasjon i et antall like trinn. Den bruker elektromagneter for å skape bevegelse i små, kontrollerte trinn.
En trinnmotor har to hoveddeler:
Stator – den stasjonære delen med spoler (elektromagneter).
Rotor – den roterende delen, ofte en magnet eller laget av jern.
Når elektrisk strøm flyter gjennom statorspolene, skaper det magnetiske felt.
Disse feltene tiltrekker rotoren.
Ved å slå spolene av og på i en bestemt sekvens, trekkes rotoren trinnvis i en sirkulær bevegelse.
Hver gang en spole aktiveres, beveger rotoren seg med en liten vinkel (kalt et trinn).
For eksempel, hvis en motor har 200 trinn per omdreining, flytter hvert trinn rotoren 1,8°.
Motoren kan rotere forover eller bakover avhengig av rekkefølgen på pulsene som sendes til spolene.
EN trinnmotordriver sender elektriske pulser til motorspolene.
Jo flere pulser, jo mer dreier motoren.
Mikrokontrollere (som Arduino eller Raspberry Pi) kan kontrollere disse driverne for å bevege motoren nøyaktig.
Illustrasjonen nedenfor viser et standard trinnmotorsystem, som består av flere essensielle komponenter som fungerer sammen. Ytelsen til hvert element påvirker den generelle funksjonaliteten til systemet.
I hjertet av systemet er datamaskinen eller programmerbar logikkkontroller (PLC). Denne komponenten fungerer som hjernen, og kontrollerer ikke bare trinnmotoren, men også hele maskinen. Den kan utføre ulike oppgaver, som å heve en heis eller flytte et transportbånd. Avhengig av kompleksiteten som trengs, kan denne kontrolleren variere fra en sofistikert PC eller PLS til en enkel operatørtrykkknapp.
Neste er indekserings- eller PLS-kortet, som kommuniserer spesifikke instruksjoner til trinnmotor . Den genererer det nødvendige antallet 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 pulsgeneratorkort som kobles til en PLS. Uavhengig av form er denne komponenten avgjørende for motorens drift.
Motordriveren består av fire nøkkeldeler:
Logikk for fasekontroll: Denne logiske enheten mottar pulser fra indekseren og bestemmer hvilken fase av motoren som skal aktiveres. Aktivering av fasene må følge en bestemt sekvens for å sikre riktig motordrift.
Logisk strømforsyning: Dette er en lavspenningsforsyning som driver de integrerte kretsene (IC-ene) i driveren, og opererer vanligvis rundt 5 volt, basert på brikkesettet eller designen.
Motorstrømforsyning: Denne forsyningen gir den nødvendige spenningen for å drive motoren, vanligvis rundt 24 VDC, selv om den kan være høyere avhengig av applikasjonen.
Effektforsterker: Denne komponenten består av transistorer som gjør at strøm kan flyte gjennom motorfasene. Disse transistorene slås på og av i riktig rekkefølge for å lette motorens bevegelse.
Til slutt jobber alle disse komponentene sammen for å flytte lasten, som kan være en blyskrue, en skive eller et transportbånd, avhengig av den spesifikke applikasjonen.
Det er tre primære typer trinnmotorer:
Disse motorene har tenner på rotoren og statoren, men inkluderer ikke en permanent magnet. Som et resultat mangler de sperremoment, noe som betyr at de ikke holder posisjonen når de ikke er aktivert.
PM trinnmotorer har en permanent magnet på rotoren, men har ikke tenner. Selv om de vanligvis viser mindre presisjon i trinnvinkler, gir de sperremoment, slik at de kan opprettholde posisjonen når strømmen er slått av.
BesFoc spesialiserer seg utelukkende på Hybrid trinnmotor s. Disse motorene kombinerer de magnetiske egenskapene til permanente magneter med den tannede designen til motorer med variabel reluktans. Rotoren er aksialt magnetisert, noe som betyr at i en typisk konfigurasjon er den øvre halvdelen en nordpol og den nederste halvdelen er en sørpol.
Rotoren består av to tannkopper som hver har 50 tenner. Disse koppene er forskjøvet med 3,6°, noe som muliggjør presis posisjonering. Sett ovenfra kan du se at en tann på nordpolskålen er på linje med en tann på sørpolkoppen, og skaper et effektivt girsystem.
Hybride trinnmotorer opererer på en to-fase konstruksjon, der hver fase inneholder fire poler med en avstand på 90° fra hverandre. Hver pol i en fase er viklet slik at poler 180° fra hverandre har samme polaritet, mens polaritetene er motsatte for de 90° fra hverandre. Ved å reversere strømmen i en hvilken som helst fase, kan polariteten til den tilsvarende statorpolen også reverseres, slik at motoren kan konvertere enhver statorpol til en nord- eller sørpol.
Rotoren til trinnmotoren har 50 tenner, med en stigning på 7,2° mellom hver tann. Når motoren fungerer, kan innrettingen av rotortennene med statortennene variere - spesifikt kan den forskyves med tre fjerdedeler av en tannstigning, en halv tannstigning eller en fjerdedel av en tannstigning. Når motoren tråkker, tar den naturligvis den korteste veien for å justere 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 trinnmotorer påvirkes av antall poler (tenner). Generelt fører et høyere poltall til forbedret dreiemoment og nøyaktighet. BesFoc tilbyr steppermotorer med «høy oppløsning», som har halvparten av tannstigningen til 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 'Høyoppløsnings'-modellene dobbel oppløsning av standardmotorer, og oppnår 400 trinn per omdreining sammenlignet med 200 trinn per omdreining i standardmodellene. Mindre trinnvinkler fører også til lavere vibrasjoner, siden hvert trinn er mindre uttalt og mer gradvis.
Diagrammet nedenfor illustrerer et tverrsnitt av en 5-faset trinnmotor. Denne motoren består primært av to hoveddeler: statoren og rotoren. Selve rotoren består av tre komponenter: rotorkopp 1, rotorkopp 2 og en permanent magnet. Rotoren er magnetisert i aksial retning; for eksempel, hvis rotorkopp 1 er utpekt som nordpolen, vil rotorkopp 2 være sørpolen.
Statoren har 10 magnetiske poler, hver utstyrt med små tenner og tilsvarende viklinger. Disse viklingene er utformet slik at hver enkelt er koblet til viklingen på sin motsatte pol. Når strømmen flyter gjennom et par viklinger, magnetiserer polene de forbinder i samme retning - enten nord eller sør.
Hvert motstående polpar danner en fase av motoren. Gitt at det er 10 magnetiske poler totalt, resulterer dette i fem distinkte faser innenfor denne 5-fasen trinnmotor.
Det er viktig at hver rotorkopp har 50 tenner langs sin ytre omkrets. Tennene på rotorskålen 1 og rotorskålen 2 er mekanisk forskjøvet fra hverandre med en halv tannstigning, noe som muliggjør nøyaktig innretting og bevegelse under drift.
Å forstå hvordan man leser en turtall-momentkurve er avgjørende, siden det gir innsikt i hva en motor er i stand til å oppnå. Disse kurvene representerer ytelsesegenskapene til en bestemt motor når den er paret med en bestemt driver. Når motoren er i drift, påvirkes dens dreiemoment av typen drivenhet og den påførte spenningen. Som et resultat kan den samme motoren vise betydelig forskjellige hastighet-momentkurver avhengig av driveren som brukes.
BesFoc gir disse turtall-momentkurvene som referanse. Hvis du bruker en motor med en driver som har lignende spennings- og strømverdier, kan du forvente sammenlignbar ytelse. For en interaktiv opplevelse, se turtall-momentkurven nedenfor:
Holdemoment
Dette er mengden dreiemoment som produseres av motoren når den er i ro, med merkestrømmen som flyter gjennom viklingene.
Start/stopp-region
Denne delen angir dreiemoment- og hastighetsverdiene som motoren kan starte, stoppe eller reversere øyeblikkelig ved.
Pull-In Torque
Dette er dreiemoment- og hastighetsverdiene som lar motoren starte, stoppe eller reversere mens den forblir synkronisert med inngangspulsene.
Trekkmoment
Dette refererer til dreiemoment- og hastighetsverdiene som motoren kan fungere ved uten å stoppe, og opprettholde synkronisering med inngangsfasene. Den representerer det maksimale dreiemomentet motoren kan levere under drift.
Maksimal starthastighet
Dette er den høyeste hastigheten som motoren kan starte med når det ikke er noen belastning.
Maksimal kjørehastighet
Dette indikerer den raskeste hastigheten motoren kan oppnå mens den går uten belastning.
For å operere innenfor området mellom inn- og uttrekksmoment, må motoren starte i start/stopp-området. Når motoren begynner å gå, økes pulsfrekvensen gradvis til ønsket hastighet er oppnådd. For å stoppe motoren reduseres deretter hastigheten til den faller under inntrekksmomentkurven.
Dreiemomentet er direkte proporsjonalt med strømmen og antall wireomdreininger i motoren. For å øke dreiemomentet med 20 %, bør strømmen også økes med ca. 20 %. Omvendt, for å redusere dreiemomentet med 50 %, bør strømmen reduseres med 50 %.
På grunn av magnetisk metning er det imidlertid ingen fordel å øke strømmen utover det dobbelte av merkestrømmen, siden utover dette punktet vil ytterligere økninger ikke øke dreiemomentet. Drift med rundt ti ganger merkestrømmen utgjør en risiko for avmagnetisering av rotoren.
Alle våre motorer er utstyrt med Klasse B-isolasjon, som tåler temperaturer opp til 130°C før isolasjonen begynner å bli forringet. For å sikre lang levetid, anbefaler vi å opprettholde en temperaturforskjell på 30°C fra innsiden til utsiden, noe som betyr at den utvendige temperaturen ikke bør overstige 100°C.
Induktans spiller en betydelig rolle i høyhastighets dreiemomentytelse. Det forklarer hvorfor motorer ikke viser uendelig høye dreiemomentnivåer. Hver vikling av motoren har distinkte verdier for 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 for spolen å nå 63 % av nominell strøm. For eksempel, hvis motoren er vurdert til 1 ampere, etter én 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 strømmen, hvis strømmen bare når 63 %, vil motoren produsere omtrent 63 % av sitt maksimale dreiemoment etter én tidskonstant.
Ved lave hastigheter er denne forsinkelsen i strømoppbygging ikke et problem siden strømmen effektivt kan komme inn og ut av spolene raskt, slik at motoren kan levere sitt nominelle dreiemoment. Men ved høye hastigheter kan ikke strømmen øke raskt nok før neste fase skifter, noe som resulterer i redusert dreiemoment.
Driverspenning påvirker i betydelig grad høyhastighetsytelsen til en trinnmotor . Et høyere forhold mellom drivspenning og motorspenning fører til forbedrede høyhastighetsegenskaper. Dette er fordi forhøyede spenninger tillater strøm å flyte inn i viklingene raskere enn terskelen på 63 % som er diskutert tidligere.
Når en trinnmotor går over fra ett trinn til det neste, stopper ikke rotoren øyeblikkelig ved målposisjonen. I stedet beveger den seg forbi den endelige posisjonen, trekkes deretter tilbake, overskyter i motsatt retning, og fortsetter å svinge frem og tilbake til den 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 strikksnor, fører rotorens momentum den utover stopppunktet, noe som får den til å «sprette» før den legger seg i ro. I mange tilfeller blir imidlertid motoren bedt om å gå til neste trinn før den har stoppet helt.
Grafene nedenfor illustrerer ringeoppførselen til en trinnmotor under ulike belastningsforhold. Når motoren er avlastet, viser den betydelig ringing, noe som betyr økt vibrasjon. Denne overdrevne vibrasjonen kan føre til at motoren stopper når den enten er ubelastet eller lett belastet, da den kan miste synkroniseringen. Derfor er det viktig å alltid teste a trinnmotor med passende belastning.
De to andre grafene viser motorens ytelse når den er belastet. Riktig belastning av motoren bidrar til å stabilisere driften og redusere vibrasjoner. Ideelt sett bør belastningen kreve mellom 30 % til 70 % av motorens maksimale dreiemoment. I tillegg bør treghetsforholdet mellom belastningen og rotoren falle mellom 1:1 og 10:1. For kortere og raskere bevegelser er det å foretrekke at dette forholdet er nærmere 1:1 til 3:1.
BesFocs applikasjonsspesialister og ingeniører er tilgjengelige for å hjelpe med riktig motordimensjonering.
EN trinnmotor vil oppleve betydelig økte vibrasjoner når inngangspulsfrekvensen faller sammen med dens naturlige frekvens, et fenomen kjent som resonans. Dette skjer ofte rundt 200 Hz. Ved resonans forsterkes over- og underskytingen av rotoren kraftig, noe som øker sannsynligheten for manglende trinn. Mens den spesifikke resonansfrekvensen kan variere med belastningstreghet, svever den vanligvis rundt 200 Hz.
2-fase trinnmotorer kan bare gå glipp av trinn i grupper på fire. Hvis du merker trinntap som forekommer i multipler av fire, indikerer det at vibrasjoner får motoren til å miste synkronisering eller at belastningen kan være for stor. Omvendt, hvis tapte trinn ikke er i multipler av fire, er det en sterk indikasjon på at enten pulstellingen er feil eller elektrisk støy påvirker ytelsen.
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 RPM for en 2-fase motor, er det ikke en ekstremt høy hastighet. De fleste trinnmotorer har en maksimal starthastighet på rundt 1000 pulser per sekund (pps). Derfor kan du i mange tilfeller starte motordriften med en hastighet 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 vibrasjoner.
En annen effektiv løsning er å bruke en mindre trinnvinkel. Større trinnvinkler har en tendens til å resultere i større over- og underskyting. Hvis motoren har kort avstand å kjøre, vil den ikke generere nok kraft (moment) til å overskride betydelig. Ved å redusere trinnvinkelen opplever motoren mindre vibrasjoner. Dette er en grunn til at halvtrinns- og mikrosteppingsteknikker er så effektive for å redusere vibrasjoner.
Pass på å velge motor basert på belastningskravene. Riktig motordimensjonering kan føre til bedre total ytelse.
Dempere er et annet alternativ å vurdere. Disse enhetene kan monteres på motorens bakaksel for å absorbere noe av vibrasjonsenergien, og hjelper til med å jevne ut driften til en vibrerende motor på en kostnadseffektiv måte.
Et relativt nytt fremskritt innen trinnmotorteknologi er den 5-fasede trinnmotoren. Den mest merkbare forskjellen mellom 2-fase og 5-fase motorer (se det interaktive diagrammet nedenfor) er antall statorpoler: 2-fase motorer har 8 poler (4 per fase), mens 5-fase motorer har 10 poler (2 per fase). Rotordesignet ligner på 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-fasemotoren 0,72°. Denne konstruksjonen gjør at 5-fasemotoren kan oppnå 500 trinn per omdreining, sammenlignet med 2-fasemotorens 200 trinn per omdreining, og gir en oppløsning som er 2,5 ganger større enn den til 2-fasemotoren.
En høyere oppløsning fører til en mindre trinnvinkel, noe som reduserer vibrasjonen betydelig. Siden trinnvinkelen til 5-fasemotoren er 2,5 ganger mindre enn 2-fasemotoren, opplever den mye lavere ringing og vibrasjoner. I begge motortyper må rotoren over- eller underskride med mer enn 3,6° for å overse trinn. Med 5-fasemotorens trinnvinkel på bare 0,72°, blir det nesten umulig for motoren å overskride eller underskride med en slik margin, noe som resulterer i en svært lav sannsynlighet for å miste synkronisering.
Det er fire primære kjøremetoder for trinnmotor s:
Wave Drive (Full Step)
2 faser på (fullt trinn)
1-2 faser på (halvt trinn)
Microstep
I diagrammet nedenfor er bølgedrivmetoden forenklet for å illustrere prinsippene. Hver 90° omdreining avbildet i illustrasjonen representerer 1,8° rotorrotasjon i en ekte motor.
I bølgedrivmetoden, også kjent som 1-fase PÅ-metoden, aktiveres kun én fase om gangen. Når A-fasen er aktivert, skaper den en sørpol som tiltrekker seg 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 aktiveres individuelt.
Bølgedriften opererer med en fire-trinns elektrisk sekvens for å rotere motoren.
I drivmetoden '2 Phases On' blir begge fasene til motoren kontinuerlig aktivert.
Som illustrert nedenfor tilsvarer hver 90° omdreining en 1,8° rotorrotasjon. Når både A- og B-fasene er energisert som sørpoler, blir nordpolen til rotoren tiltrukket likt til begge polene, noe som får den til å justere direkte i midten. Etter hvert som sekvensen skrider frem og fasene aktiveres, vil rotoren rotere for å opprettholde innretting mellom de to strømførende polene.
'2 Phases On'-metoden bruker en fire-trinns elektrisk sekvens for å rotere motoren.
BesFocs standard 2-fase og 2-fase M-motorer bruker denne '2 Phases On'-drivmetoden.
Den største fordelen med '2 Phases On'-metoden fremfor '1 Phase On'-metoden er dreiemoment. I '1 Phase On'-metoden aktiveres kun én fase om gangen, noe som resulterer i at en enkelt dreiemomentenhet virker på rotoren. Derimot gir '2 Phases On'-metoden energi til begge fasene samtidig, og produserer to enheter med dreiemoment. En dreiemomentvektor virker ved 12-posisjonen og den andre ved 3-tiden-posisjonen. Når disse to dreiemomentvektorene kombineres, skaper de en resulterende vektor i en vinkel på 45° med en størrelse som er 41,4 % større enn den for en enkelt vektor. Dette betyr at bruk av '2 Phases On'-metoden lar oss oppnå samme trinnvinkel som '1 Phase On'-metoden samtidig som vi leverer 41 % mer dreiemoment.
Femfasemotorer fungerer imidlertid noe annerledes. I stedet for å bruke '2 Phases On'-metoden, bruker de '4 Phases On'-metoden. I denne tilnærmingen aktiveres fire av fasene samtidig hver gang motoren tar et steg.
Som et resultat følger femfasemotoren en 10-trinns elektrisk sekvens under drift.
'1-2 Phases On'-metoden, også kjent som half stepping, kombinerer prinsippene til de to foregående metodene. I denne tilnærmingen aktiverer vi først A-fasen, noe som får rotoren til å justere. Mens vi holder A-fasen aktivert, aktiverer vi deretter B-fasen. På dette tidspunktet er rotoren like tiltrukket av begge polene og retter seg inn i midten, noe som resulterer i en rotasjon på 45° (eller 0,9°). Deretter slår vi av A-fasen mens vi fortsetter å aktivere B-fasen, slik at motoren kan ta et nytt skritt. Denne prosessen fortsetter, vekslende mellom å aktivere en fase og to faser. Ved å gjøre det halverer vi effektivt trinnvinkelen, 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.
Halvtrinnsmodusen består av en åtte-trinns elektrisk sekvens. I tilfellet med en femfasemotor som bruker '4-5 Phases On'-metoden, går motoren gjennom en 20-trinns elektrisk sekvens.
(Mer informasjon kan legges til om mikrostepping om nødvendig.)
Microstepping er en teknikk som brukes til å gjøre mindre steg enda finere. Jo mindre trinn, jo høyere oppløsning og jo bedre vibrasjonsegenskaper til motoren. Ved mikrostepping er en fase verken helt på eller helt av; i stedet er den delvis aktivert. Sinusbølger påføres både fase A og fase B, med en faseforskjell på 90° (eller 0,9° i en femfase). trinnmotor ).
Når maksimal effekt tilføres fase A, er fase B på null, noe som får rotoren til å justere 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 mens strømmen går mellom de to fasene, noe som resulterer i jevn mikrostepping-bevegelse.
Mikrostepping byr imidlertid på noen utfordringer, hovedsakelig når det gjelder nøyaktighet og dreiemoment. Siden fasene bare er delvis energisert, opplever motoren typisk en dreiemomentreduksjon på ca. 30 %. I tillegg, fordi dreiemomentforskjellen mellom trinnene er minimal, kan motoren slite med å overvinne en belastning, noe som kan resultere i situasjoner der motoren blir beordret til å bevege seg flere trinn før den faktisk begynner å bevege seg. I mange tilfeller er det nødvendig å inkludere kodere for å lage et lukket sløyfesystem, selv om dette øker den totale kostnaden.
Open Loop Systems
Closed Loop Systems
Servo Systems
Trinnmotorer er vanligvis utformet som åpne sløyfesystemer. I denne konfigurasjonen sender en pulsgenerator pulser til fasesekvenskretsen. Fasesekvenseren bestemmer hvilke faser som skal slås på eller av, som tidligere beskrevet i metodene for fullt trinn og halvtrinn. Sekvenseren kontrollerer høyeffekt-FET-ene for å aktivere motoren.
I et system med åpen sløyfe er det imidlertid ingen verifisering av posisjon, noe som betyr at det ikke er noen måte å bekrefte om motoren har utført den beordrede bevegelsen.
En av de vanligste metodene for å implementere et lukket sløyfesystem er å legge til en koder på bakakselen til en dobbeltakslet motor. Enkoderen består av en tynn skive merket med linjer som roterer mellom en sender og en mottaker. Hver gang en linje passerer mellom disse to komponentene, genererer den en puls på signallinjene.
Disse utgangspulsene blir deretter matet tilbake til kontrolleren, som holder en telling av dem. Vanligvis, på slutten av en bevegelse, sammenligner kontrolleren antall pulser den sendte til driveren med antall pulser mottatt fra koderen. En spesifikk rutine utføres der, hvis de to tellingene er forskjellige, justerer systemet for å korrigere avviket. Hvis tellingene stemmer, indikerer det at ingen feil har oppstått, og bevegelsen kan fortsette jevnt.
Det lukkede sløyfesystemet har to hovedulemper: kostnad (og kompleksitet) og responstid. Inkluderingen av en koder øker den totale kostnaden for systemet, sammen med den økte sofistikeringen av kontrolleren, som bidrar til den totale kostnaden. I tillegg, fordi korrigeringer bare gjøres på slutten av en bevegelse, kan dette føre til forsinkelser i systemet, og potensielt redusere responstidene.
Et alternativ til steppersystemer med lukket sløyfe er et servosystem. Servosystemer bruker vanligvis motorer med lavt antall poler, noe som muliggjør høyhastighetsytelse, men mangler iboende posisjoneringsevne. For å konvertere en servo til en posisjonsenhet, trengs tilbakemeldingsmekanismer, ofte ved hjelp av en koder eller resolver sammen med kontrollsløyfer.
I et servosystem aktiveres og deaktiveres motoren til resolveren indikerer at en spesifisert posisjon er nådd. For eksempel, hvis servoen blir bedt om å bevege seg 100 omdreininger, begynner den med resolvertellingen på null. Motoren går til resolver-tellingen når 100 omdreininger, og deretter slås den av. Hvis det er noen posisjonsforskyvning, aktiveres motoren på nytt for å korrigere posisjonen.
Servoens respons på posisjonsfeil påvirkes av en forsterkningsinnstilling. En høy forsterkningsinnstilling lar motoren reagere raskt på endringer i feil, mens en lav forsterkningsinnstilling resulterer i en langsommere respons. Imidlertid kan justering av forsterkningsinnstillinger introdusere tidsforsinkelser i bevegelseskontrollsystemet, noe som påvirker den generelle ytelsen.
AlphaStep er BesFocs innovative trinnmotorløsning , med en integrert resolver som gir tilbakemelding om posisjon i sanntid. Denne designen sikrer at den nøyaktige posisjonen til rotoren er kjent til enhver tid, noe som øker presisjonen og påliteligheten til systemet.
AlphaStep-driveren har en inngangsteller som sporer alle pulser som sendes til stasjonen. Samtidig blir tilbakemelding fra resolveren rettet til en rotorposisjonsteller, noe som muliggjør kontinuerlig overvåking av rotorens posisjon. Eventuelle avvik registreres i en avviksteller.
Vanligvis opererer motoren i åpen sløyfe-modus, og genererer dreiemomentvektorer som motoren kan følge. Imidlertid, hvis avvikstelleren indikerer en avvik større enn ±1,8°, aktiverer fasesekvenseren dreiemomentvektoren i den øvre delen av dreiemomentforskyvningskurven. Dette genererer maksimalt dreiemoment for å justere rotoren og bringe den tilbake til synkronisme. Hvis motoren er slått av i flere trinn, aktiverer sekvenseren flere dreiemomentvektorer 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 utløses.
Et bemerkelsesverdig trekk ved AlphaStep-systemet er dets evne til å foreta sanntidskorrigeringer for eventuelle tapte trinn. I motsetning til tradisjonelle systemer som venter til slutten av et trekk for å rette eventuelle feil, tar AlphaStep-driveren korrigerende tiltak så snart rotoren faller utenfor 1,8°-området. Når rotoren er tilbake innenfor denne grensen, går driveren tilbake til åpen sløyfe-modus og gjenopptar den riktige faseaktiveringen.
Den medfølgende grafen illustrerer dreiemomentforskyvningskurven, og fremhever driftsmodusene til systemet – åpen sløyfe og lukket sløyfe. Dreiemomentforskyvningskurven representerer dreiemomentet generert av en enkelt fase, og oppnår maksimalt dreiemoment når rotorposisjonen avviker med 1,8°. Et trinn kan bare overses hvis rotoren overskrider med mer enn 3,6°. Fordi sjåføren tar kontroll over dreiemomentvektoren hver gang avviket overstiger 1,8°, vil motoren neppe gå glipp av trinn med mindre den opplever en overbelastning som varer i mer enn 5 sekunder.
Mange tror feilaktig at trinnnøyaktigheten til AlphaStep-motoren er ±1,8°. I virkeligheten har AlphaStep en trinnnøyaktighet på 5 bueminutter (0,083°). Driveren styrer momentvektorene når rotoren er utenfor 1,8°-området. Når rotoren faller innenfor dette området, justeres rotortennene nøyaktig med dreiemomentvektoren som genereres. AlphaStep sørger for at riktig tann er på linje med den aktive momentvektoren.
AlphaStep-serien kommer i ulike versjoner. BesFoc tilbyr både rundaksel og girmodeller med flere girforhold for enten å forbedre oppløsning og dreiemoment eller for å minimere reflektert treghet. De fleste versjoner kan utstyres med en feilsikker magnetbrems. I tillegg tilbyr BesFoc en 24 VDC-versjon kalt ASC-serien.
Avslutningsvis er trinnmotorer svært egnet for posisjoneringsapplikasjoner. De tillater presis kontroll av både avstand og hastighet ganske enkelt ved å variere pulstallet og frekvensen. Deres høye poltall muliggjør nøyaktighet, selv når de opererer i åpen sløyfe-modus. Når riktig dimensjonert for en spesifikk applikasjon, a trinnmotor vil ikke gå glipp av trinn. Dessuten, fordi de ikke krever posisjonsmessig tilbakemelding, er trinnmotorer en kostnadseffektiv løsning.
