WIDZIA: 0 Autor: Edytor witryny Publikuj Czas: 2025-04-18 Pochodzenie: Strona
A Silnik krokowy to rodzaj silnika elektrycznego, który porusza się precyzyjnie, ustalonymi krokami, a nie stale obracając się jak zwykły silnik. Jest powszechnie stosowany w aplikacjach, w których wymagana jest precyzyjna kontrola pozycji, takie jak drukarki 3D, maszyny CNC, robotyka i platformy kamer.
Silniki krokowe to rodzaj silnika elektrycznego, który z niezwykłą precyzją przekształcając energię elektryczną na ruch obrotowy. W przeciwieństwie do zwykłych silników elektrycznych, które zapewniają ciągłą rotację, silniki krokowe zmieniają się w dyskretne kroki, dzięki czemu są idealne do zastosowań wymagających dokładnego pozycjonowania.
Każdy impuls energii elektrycznej wysłany do silnika krokowego z jego kierowcy powoduje precyzyjny ruch - każdy impuls odpowiada określonego etapu. Prędkość, z jaką silnik obraca się bezpośrednio z częstotliwością tych impulsów: im szybciej wysyłane są impulsy, tym szybszy obrót.
Jedna z kluczowych zalet Silnik krokowy S to ich łatwa kontrola. Większość sterowników działa z 5-woltowymi impulsami, kompatybilnymi ze wspólnymi obwodami zintegrowanymi. Możesz zaprojektować obwód do wygenerowania tych impulsów lub użyć generatora impulsów od firm takich jak BESFOC.
Pomimo okazjonalnych nieścisłości - stałe silniki krokowe mają dokładność około ± 3 minut łuku (0,05 °) - te błędy nie gromadzą się z wieloma krokami. Na przykład, jeśli standardowy silnik krokowy zrobi jeden krok, obróci 1,8 ° ± 0,05 °. Nawet po milionie kroków całkowite odchylenie wynosi nadal tylko ± 0,05 °, co czyni je niezawodnymi dla precyzyjnych ruchów na duże odległości.
Ponadto silniki krokowe są znane z szybkiej reakcji i przyspieszenia ze względu na ich niską bezwładność wirnika, co pozwala im szybko osiągnąć duże prędkości. To sprawia, że szczególnie nadają się do zastosowań wymagających krótkich, szybkich ruchów.
A Silnik krokowy działa, dzieląc pełny obrót na wiele równych kroków. Wykorzystuje elektromagnety do tworzenia ruchu w małych, kontrolowanych przyrostach.
Silnik stepowy ma dwie główne części:
STATOR - Część stacjonarna z cewkami (elektromagnety).
Wirnik - część obrotowa, często magnes lub wykonany z żelaza.
Gdy prąd elektryczny przepływa przez cewki stojana, tworzy pola magnetyczne.
Te pola przyciągają wirnik.
Włączając i wyłączając cewki w określonej sekwencji, wirnik jest ciągnięty krok po kroku ruchem okrągłym.
Za każdym razem, gdy cewka jest energetyzowana, wirnik porusza się małym kątem (zwanym krokiem).
Na przykład, jeśli silnik ma 200 kroków na rewolucję, każdy krok porusza wirnik 1,8 °.
Silnik może obracać się do przodu lub do tyłu w zależności od kolejności impulsów wysłanych do cewek.
A Kierowca silnikowego wysyła impulsy elektryczne do cewek silnikowych.
Im więcej impulsów, tym bardziej obraca się silnik.
Mikrokontrolery (takie jak Arduino lub Raspberry Pi) mogą kontrolować te sterowniki w celu dokładnego przesunięcia silnika.
Poniższa ilustracja przedstawia standardowy system silnika krokowego, który składa się z kilku niezbędnych elementów, które współpracują. Wydajność każdego elementu wpływa na ogólną funkcjonalność systemu.
Sercem systemu znajduje się komputer lub programowalny kontroler logiczny (PLC). Ten komponent działa jak mózg, kontrolując nie tylko silnik krokowy, ale także całą maszynę. Może wykonywać różne zadania, takie jak podniesienie windy lub przeniesienie paska przenośnika. W zależności od potrzebnej złożoności ten kontroler może wahać się od wyrafinowanego komputera lub PLC do prostego przycisku operatora.
Dalej jest karta indeksera lub PLC, która przekazuje konkretne instrukcje do Silnik krokowy . Generuje wymaganą liczbę impulsów do ruchu i dostosowuje częstotliwość impulsu do kontrolowania przyspieszenia, prędkości i zwalniania silnika. Indekser może być samodzielną jednostką, taką jak BESFOC lub karta generatora impulsów, która podłącza się do PLC. Niezależnie od jego formy komponent ten ma kluczowe znaczenie dla działania silnika.
Silnik składa się z czterech kluczowych części:
Logika kontroli faz: Ta jednostka logiczna odbiera impulsy z indeksera i określa, która faza silnika powinna zostać aktywowana. Energia fazy musi być zgodna z określoną sekwencją, aby zapewnić prawidłowe działanie silnika.
Zasilacz logiczny: Jest to zasilanie niskiego napięcia, które zasila zintegrowane obwody (ICS) w sterowniku, zwykle działające około 5 woltów, w oparciu o zestaw lub konstrukcję układów.
Zasilanie silnika: Zasilanie to zapewnia niezbędne napięcie do zasilania silnika, zwykle około 24 VDC, chociaż może być wyższe w zależności od zastosowania.
Wzmacniacz mocy: Ten komponent składa się z tranzystorów, które umożliwiają przepływ prądu przez fazy silnika. Tranzystory te są włączone i wyłączane we właściwej sekwencji, aby ułatwić ruch silnika.
Wreszcie, wszystkie te elementy współpracują, aby przesunąć obciążenie, które mogą być śrubą ołowiową, dyskiem lub paskiem przenośnym, w zależności od konkretnej aplikacji.
Istnieją trzy podstawowe typy silników krokowych:
Silniki te mają zęby na wirniku i stojanie, ale nie zawierają magnesu stałego. W rezultacie brakuje im obrotu obrotowego, co oznacza, że nie utrzymują swojej pozycji, gdy nie są energiczne.
Silniki Stepper PM mają stały magnes na wirnik, ale nie mają zębów. Chociaż zazwyczaj wykazują mniej precyzji pod kątem kroku, zapewniają obrotowe obrotowe, pozwalając im utrzymać pozycję, gdy moc zostanie wyłączona.
BESFOC specjalizuje się wyłącznie w hybrydzie silnik krokowy s. Silniki te łączą właściwości magnetyczne magnesów stałych z zębami o zmiennej niechęci. Rotor jest magnetyzowany osiowo, co oznacza, że w typowej konfiguracji górna połowa to biegun północny, a dolna połowa to biegun południowy.
Rotor składa się z dwóch zębów, z których każdy ma 50 zębów. Te kubki są kompensowane o 3,6 °, co pozwala na precyzyjne pozycjonowanie. Patrząc z góry, widać, że ząb na północnej kubku wyrównuje się z zębem na kubku z bieguna południowego, tworząc skuteczny system przekładni.
Hybrydowe silniki krokowe działają na konstrukcji dwufazowej, z każdą fazą zawierającą cztery bieguny rozmieszczone w odległości 90 °. Każdy biegun w fazie jest ranowany tak, aby biegunki o 180 ° mają tę samą polaryzację, podczas gdy polaryzacje są przeciwne dla tych 90 ° od siebie. Odwracając prąd w dowolnej fazie, można również odwrócić biegunowość odpowiedniego bieguna stojana, umożliwiając silnik przekształcenie dowolnego bieguna stojana na biegun północny lub południowy.
Rotor silnika krokowego ma 50 zębów o wysokości 7,2 ° między każdym zębem. Gdy silnik działa, wyrównanie zębów wirnika do zębów stojana może się różnić-w szczególności, można go zrównoważyć o trzy czwarte wysokości zęba, pół skoku zęba lub ćwierć wysokości zęba. Gdy silnik sięguje, naturalnie zajmuje najkrótszą ścieżkę do wyrównania, co przekłada się na ruch 1,8 ° na krok (ponieważ 1/4 z 7,2 ° równa się 1,8 °).
Moment obrotowy i dokładność Na silniki krokowe wpływa liczba biegunów (zębów). Zasadniczo wyższa liczba biegunów prowadzi do lepszego momentu obrotowego i dokładności. BESFOC oferuje silniki krokowe „wysokiej rozdzielczości ”, które mają połowę wysokości zębów swoich standardowych modeli. Te wirniki o wysokiej rozdzielczości mają 100 zębów, co skutkuje kątem 3,6 ° między każdym zębem. Z tą konfiguracją ruch 1/4 skoku zęba odpowiada mniejszym etapowi 0,9 °.
W rezultacie modele „wysokiej rozdzielczości ” zapewniają podwójną rozdzielczość standardowych silników, osiągając 400 kroków na rewolucję w porównaniu z 200 krokami na rewolucję w modelach standardowych. Mniejsze kąty kroków prowadzą również do niższych wibracji, ponieważ każdy krok jest mniej wyraźny i bardziej stopniowy.
Poniższy schemat ilustruje przekrój 5-fazowego silnika krokowego. Ten silnik składa się przede wszystkim z dwóch głównych części: stojana i wirnika. Sam wirnik składa się z trzech komponentów: kubka wirnika 1, kubka wirnika 2 i magnesu stałego. Wirnik jest magnetyzowany w kierunku osiowym; Na przykład, jeśli Rotor Cup 1 zostanie oznaczony jako biegun północny, Rotor Cup 2 będzie biegunem południowym.
Stojan ma 10 bieguna magnetycznego, każdy wyposażony w małe zęby i odpowiednie uzwojenia. Uzwojenia te są zaprojektowane tak, aby każde z nich było podłączone do uzwojenia jego przeciwnego bieguna. Gdy prąd przepływa przez parę uzwojeń, słupy łączą magnesują w tym samym kierunku - albo na północ lub południe.
Każda przeciwna para biegunów tworzy jedną fazę silnika. Biorąc pod uwagę, że w sumie istnieje 10 bieguna magnetyczne, powoduje to pięć odrębnych faz w tej 5-fazie Silnik krokowy.
Co ważne, każdy kubek wirnika ma 50 zębów wzdłuż zewnętrznego obwodu. Zęby na kubku wirnika 1 i kubku wirnika 2 są mechanicznie przesunięte od siebie o połowę wysokości zęba, umożliwiając precyzyjne wyrównanie i ruch podczas pracy.
Kluczowe jest zrozumienie, jak odczytać krzywą prędkości konikową, ponieważ zapewnia wgląd w to, co silnik może osiągnąć. Krzywe te reprezentują charakterystykę wydajności określonego silnika po sparowaniu z konkretnym sterownikiem. Po uruchomieniu silnika na jego moc momentu obrotowego wpływa rodzaj napędu i zastosowane napięcie. W rezultacie ten sam silnik może wykazywać znacząco różne krzywe prędkości czujnika w zależności od zastosowanego sterownika.
BESFOC zapewnia te krzywe prędkości kontuzji jako odniesienie. Jeśli używasz silnika z sterownikiem, który ma podobne oceny napięcia i prądu, możesz oczekiwać porównywalnej wydajności. Aby uzyskać interaktywne wrażenia, zapoznaj się z krzywą prędkości podaną poniżej:
Trzymanie momentu
jest to ilość momentu obrotowego wytwarzanego przez silnik, gdy jest w spoczynku, z znamionowym prądem przepływającym przez jego uzwojenia.
Region Start/Stop
Ten sekcja wskazuje wartości momentu obrotowego i prędkości, przy których silnik może uruchamiać, zatrzymać lub odwrócić natychmiastowe.
Moment obrotowy
są to wartości momentu obrotowego i prędkości, które umożliwiają silnik uruchamianie, zatrzymanie lub odwrócenie, pozostając w synchronizmie z impulsami wejściowymi.
Moment wyciągający
odnosi się do wartości momentu obrotowego i prędkości, przy których silnik może działać bez przeciągania, utrzymując synchronizację z fazami wejściowymi. Reprezentuje maksymalny moment obrotowy, jaki silnik może dostarczyć podczas pracy.
Maksymalna prędkość początkowa
Jest to najwyższa prędkość, z jaką silnik może zacząć działać, gdy nie ma obciążenia.
Maksymalna prędkość biegania
Wskazuje to na najszybszą prędkość, jaką może osiągnąć silnik podczas pracy bez obciążenia.
Aby działać w obszarze między momentem ściągania i momentu wyciągania, silnik musi początkowo uruchomić w regionie Start/Stop. Gdy silnik zaczyna działać, szybkość tętna jest stopniowo zwiększana do osiągnięcia pożądanej prędkości. Aby zatrzymać silnik, prędkość jest następnie zmniejszana, aż spadnie poniżej krzywej momentu obrotowego.
Moment obrotowy jest wprost proporcjonalny do prądu, a liczba przewodów drutu w silniku. Aby zwiększyć moment obrotowy o 20%, prąd należy również zwiększyć o około 20%. I odwrotnie, aby zmniejszyć moment obrotowy o 50%, prąd należy zmniejszyć o 50%.
Jednak ze względu na nasycenie magnetyczne nie ma korzyści w zwiększeniu prądu ponad dwukrotnie więcej niż prąd znamionowy, ponieważ poza tym punktem dalsze wzrosty nie zwiększą momentu obrotowego. Działając około dziesięciokrotnie oceniany prąd stanowi ryzyko zdemagnetyzowania wirnika.
Wszystkie nasze silniki są wyposażone w izolację klasy B, która może wytrzymać temperatury do 130 ° C, zanim izolacja zacznie się degradować. Aby zapewnić długowieczność, zalecamy utrzymanie różnic temperatury 30 ° C od wewnątrz na zewnątrz, co oznacza, że temperatura przypadków zewnętrznych nie powinna przekraczać 100 ° C.
Indukcyjność odgrywa znaczącą rolę w szybkiej wydajności momentu obrotowego. Wyjaśnia, dlaczego silniki nie wykazują bez końca wysokiego poziomu momentu obrotowego. Każde uzwojenie silnika ma wyraźne wartości indukcyjności i oporu. Indukcja mierzona w Henrysie, podzielona przez opór w omach, powoduje stałą czasową (w sekundach). Ta stała czasowa wskazuje, ile czasu zajmuje cewka osiągnąć 63% jej prądu znamionowego. Na przykład, jeśli silnik zostanie oceniony dla 1 amp, po jednorazowej stałej cewka osiągnie około 0,63 amp. Zazwyczaj zajmuje około czterech do pięciu stałych czasowych, aby cewka osiągnęła pełny prąd (1 wzmacniacz). Ponieważ moment obrotowy jest proporcjonalny do prądu, jeśli prąd osiągnie tylko 63%, silnik wytworzy około 63% maksymalnego momentu obrotowego po jednorazowej stałej.
Przy niskich prędkościach to opóźnienie obecnego nagromadzenia nie stanowi problemu, ponieważ prąd może skutecznie wejść i wychodzić z cewek, umożliwiając silnikowi dostarczenie jego ocenianego momentu obrotowego. Jednak przy dużych prędkościach prąd nie może szybko wzrosnąć przed kolejnymi przełączonymi fazami, co powoduje zmniejszenie momentu obrotowego.
Napięcie sterownika znacząco wpływa na szybką wydajność A Silnik krokowy . Wyższy stosunek napięcia napędowego do napięcia silnika prowadzi do poprawy szybkich możliwości. Wynika to z faktu, że podwyższone napięcia pozwalają prądowi płynąć do uzwojeń szybciej niż wcześniej omówiony próg 63%.
Gdy silnik krokowy przechodzi od jednego kroku do drugiego, wirnik nie zatrzymuje się natychmiast w pozycji docelowej. Zamiast tego przechodzi obok ostatniej pozycji, a następnie odciąga się, przekraczając w przeciwnym kierunku i nadal oscyluje tam iz powrotem, aż w końcu się zatrzyma. Zjawisko to, określane jako „dzwonienie, ” występuje z każdym krokiem, jaki podejmuje silnik (patrz interaktywny schemat poniżej). Podobnie jak przewód bungee, pęd wirnika przenosi go poza punkt zatrzymania, powodując, że „odbija się” przed osiedleniem się w spoczynku. Jednak w wielu przypadkach silnik zostaje poinstruowany, aby przejść do następnego kroku, zanim całkowicie się zatrzyma.
Poniższe wykresy ilustrują zachowanie dzwonienia silnika krokowego w różnych warunkach obciążenia. Po rozładowaniu silnika wykazuje znaczne dzwonienie, co przekłada się na zwiększone wibracje. Ta nadmierna wibracja może prowadzić do przeciągania silnika, gdy jest ono rozładowane lub lekko ładowane, ponieważ może stracić synchronizację. Dlatego konieczne jest zawsze testowanie Silnik krokowy z odpowiednim obciążeniem.
Pozostałe dwa wykresy przedstawiają wydajność silnika po załadowaniu. Prawidłowe ładowanie silnika pomaga ustabilizować jego działanie i zmniejszyć wibracje. Idealnie, obciążenie powinno wymagać od 30% do 70% maksymalnej mocy momentu obrotowego silnika. Dodatkowo stosunek bezwładności obciążenia do wirnika powinien spadać między 1: 1 a 10: 1. W przypadku krótszych i szybszych ruchów preferowane jest, aby ten stosunek był bliżej 1: 1 do 3: 1.
Specjaliści i inżynierowie aplikacji BESFOC są dostępni, aby pomóc w odpowiednim rozmiarze silnika.
A Silnik krokowy doświadczy znacznie zwiększonych wibracji, gdy częstotliwość impulsu wejściowego pokrywa się z jego naturalną częstotliwością, zjawiskiem znanym jako rezonans. Często dzieje się to około 200 Hz. W rezonansie przekroczenie i podsumowanie wirnika są znacznie wzmocnione, zwiększając prawdopodobieństwo braku kroków. Podczas gdy specyficzna częstotliwość rezonansowa może się różnić w zależności od obciążenia, zwykle unosi się około 200 Hz.
Silniki krokowe 2-fazowe mogą pominąć tylko kroki w czteroosobowych grupach. Jeśli zauważysz utratę kroku występującą w wielokrotnościach czterech, wskazuje, że wibracje powodują utratę synchronizacji lub że obciążenie może być nadmierne. I odwrotnie, jeśli pominięte kroki nie są w wielokrotnościach czterech, istnieje silna wskazówka, że albo liczba impulsów jest nieprawidłowa, albo szum elektryczny wpływa na wydajność.
Kilka strategii może pomóc w łagodzeniu efektów rezonansowych. Najprostszym podejściem jest całkowite uniknięcie pracy z prędkością rezonansową. Ponieważ 200 Hz odpowiada około 60 rpm dla silnika 2-fazowego, nie jest to wyjątkowo duża prędkość. Bardzo Silnik krokowy ma maksymalną prędkość początkową około 1000 impulsów na sekundę (PPS). Dlatego w wielu przypadkach możesz zainicjować operację silnika z prędkością wyższą niż częstotliwość rezonansu.
Jeśli chcesz uruchomić silnik z prędkością poniżej częstotliwości rezonansowej, ważne jest szybkie przyspieszenie przez zakres rezonansowy, aby zminimalizować skutki wibracji.
Innym skutecznym rozwiązaniem jest użycie mniejszego kąta kroku. Większe kąty krokowe powodują większe przekroczenie i podsumowanie. Jeśli silnik ma niewielką odległość do podróży, nie wygeneruje wystarczającej siły (momentu obrotowego), aby znacznie przekroczyć. Zmniejszając kąt kroku, silnik doświadcza mniej wibracji. Jest to jeden z powodów, dla których techniki półpoziomowe i mikrostepowania są tak skuteczne w zmniejszaniu wibracji.
Pamiętaj, aby wybrać silnik na podstawie wymagań obciążenia. Właściwe rozmiary silnika może prowadzić do lepszej ogólnej wydajności.
Tłumiki to kolejna opcja do rozważenia. Urządzenia te mogą być zamontowane na tylnym wale silnika, aby wchłonąć część energii wibracyjnej, pomagając wygładzić działanie silnika wibracyjnego w opłacalny sposób.
Stosunkowo nowy postęp w Technologia silnika krokowego to 5-fazowy silnik krokowy. Najbardziej zauważalną różnicą między silnikami 2-fazowymi i 5-fazowymi (patrz interaktywny schemat poniżej) jest liczba słupów stojana: silniki 2-fazowe mają 8 biegunów (4 na fazę), podczas gdy silniki 5-fazowe mają 10 biegunów (2 na fazę). Konstrukcja wirnika jest podobna do projektu silnika 2-fazowego.
W 2-fazowym silniku każda faza przesuwa wirnik o 1/4 zęba, podczas gdy w 5-fazowym silniku wirnik porusza 1/10 skoku zęba z powodu jego konstrukcji. Z wysokim poziomem 7,2 ° kąt kroku dla silnika 5-fazowego wynosi 0,72 °. Ta konstrukcja pozwala silnikowi 5-fazowe osiągnąć 500 kroków na rewolucję, w porównaniu z 2-fazowym silnikiem 200 kroków na rewolucję, zapewniając rozdzielczość 2,5 razy większą niż rozdzielczość silnika 2-fazowego.
Wyższa rozdzielczość prowadzi do mniejszego kąta kroku, co znacznie zmniejsza wibracje. Ponieważ kąt kroku silnika 5-fazowego jest 2,5 razy mniejszy niż silnik 2-fazowy, doświadcza znacznie niższych dzwonków i wibracji. W obu typach silników wirnik musi przekroczyć lub podsumować o więcej niż 3,6 °, aby pominąć kroki. Z 5-fazowym kątem kroku silnika wynoszącym zaledwie 0,72 °, silnik staje się prawie niemożliwe, aby silnik przeleciał lub podsumował taki margines, co powoduje bardzo niskie prawdopodobieństwo utraty synchronizacji.
Istnieją cztery podstawowe metody napędu Silnik krokowy S:
Wave Drive (pełny krok)
2 fazy na (pełny krok)
1-2 fazy na (pół etapu)
Microstep
Na poniższym schemacie metoda napędu fali jest uproszczona w celu zilustrowania jej zasad. Każdy obrót 90 ° przedstawiony na ilustracji reprezentuje 1,8 ° obrotu wirnika w rzeczywistym silniku.
W metodzie napędu falowego, znanego również jako metoda 1-fazowa, tylko jedna faza jest pobierana jednocześnie. Po aktywowaniu fazy A tworzy biegun południowy, który przyciąga biegun północny wirnika. Następnie faza A jest wyłączona, a faza B jest włączona, powodując obrót wirnika o 90 ° (1,8 °), a proces ten trwa, a każda faza jest energetyzowana indywidualnie.
Napęd fali działa z czterostopniową sekwencją elektryczną w celu obracania silnika.
W metodzie napędu '2 na ' obie fazy silnika są stale energetyzowane.
Jak pokazano poniżej, każdy obrót 90 ° odpowiada obrotowi wirnika 1,8 °. Gdy zarówno fazy A, jak i B są energetyzowane jako bieguny południowe, biegun północny wirnika jest w równym stopniu przyciągany do obu biegunów, powodując wyrównanie bezpośrednio pośrodku. W miarę postępu sekwencji i fazy są aktywowane, wirnik obróci się w celu utrzymania wyrównania między dwoma napięciem.
Metoda „2 fazy ” działa przy użyciu czterostopniowej sekwencji elektrycznej w celu obracania silnika.
Standardowe 2-fazowe i 2-fazowe silniki typu M BESFOC wykorzystują tę metodę napędu '2 fazy.
Główną zaletą metody '2 na metodzie ' w metodzie 1 fazy na 'jest moment obrotowy. W metodzie „1 na ” tylko jedna faza jest aktywowana jednocześnie, co powoduje, że pojedyncza jednostka momentu obrotowego działa na wirnik. Natomiast metoda „2 fazy na ” energetyzuje obie fazy jednocześnie, wytwarzając dwie jednostki momentu obrotowego. Jeden wektor momentu obrotowego działa w pozycji 12, a drugi w pozycji 3. Gdy te dwa wektory momentu obrotowego są łączone, tworzą wynikowy wektor pod kątem 45 ° o 41,4% większej niż w przypadku jednego wektora. Oznacza to, że użycie metody „2 fazy na ” pozwala nam osiągnąć ten sam kąt krok jak metoda „1 faza na ”, zapewniając jednocześnie 41% więcej momentu obrotowego.
Silniki pięciokazowe działają jednak nieco inaczej. Zamiast stosować metodę „2 fazy na ”, wykorzystują one metodę ”4 fazy na ”. W tym podejściu cztery fazy są aktywowane jednocześnie za każdym razem, gdy silnik robi krok.
W rezultacie silnik pięciofazowy podąża za 10-etapową sekwencją elektryczną podczas pracy.
Metoda „1-2 fazy na ”, znaną również jako półkopiąca, łączy zasady poprzednich dwóch metod. W tym podejściu najpierw zasłaniamy fazę A, powodując wyrównanie wirnika. Utrzymując energetyzowanie fazy A, następnie aktywujemy fazę B. W tym momencie wirnik jest równo przyciągany zarówno do biegunów, jak i wyrównanych na środku, co powoduje obrót 45 ° (lub 0,9 °). Następnie wyłączamy fazę A, kontynuując energetyzowanie fazy B, pozwalając silnikowi zrobić kolejny krok. Proces ten trwa, naprzemiennie między energetyzującą jedną fazą a dwiema fazami. W ten sposób skutecznie przecinamy kąt kroku na pół, co pomaga zmniejszyć wibracje.
W przypadku silnika 5-fazowego stosujemy podobną strategię, naprzemiennie między 4 fazami do 5 faz.
Tryb pół etapu składa się z ośmioetapowej sekwencji elektrycznej. W przypadku pięciokazowego silnika przy użyciu metody „4-5 na ” silnik przechodzi 20-etapową sekwencję elektryczną.
(W razie potrzeby można dodać więcej informacji na temat mikrostepowania.)
Microstepping to technika stosowana do czynienia mniejszych kroków jeszcze bardziej. Im mniejsze stopnie, tym wyższa rozdzielczość i im lepsze charakterystyka wibracji silnika. W mikrostepowaniu faza nie jest ani w pełni, ani w pełni wyłączona; Zamiast tego jest częściowo energetyzowany. Fale sinusoidalne stosuje się zarówno do fazy A, jak i fazy B, z różnicą fazową 90 ° (lub 0,9 ° w pięciokazowej fazie silnik krokowy ).
Gdy maksymalna moc jest stosowana do fazy A, faza B wynosi zero, powodując wyrównanie wirnika z fazą A. W miarę spadku prądu do fazy A, prąd do fazy B wzrasta, umożliwiając wirnik podjęcie niewielkich kroków w kierunku fazy B. Proces ten trwa w miarę cykli prądu między dwiema fazami, co powoduje płynne ruchy mikrostepingowe.
Jednak mikrostepowanie stanowi pewne wyzwania, głównie dotyczące dokładności i momentu obrotowego. Ponieważ fazy są tylko częściowo energetyzowane, silnik zazwyczaj doświadcza zmniejszenia momentu obrotowego o około 30%. Ponadto, ponieważ różnica momentu obrotowego między krokami jest minimalna, silnik może walczyć o pokonanie obciążenia, co może powodować w sytuacjach, w których silnik jest nakazany do poruszania kilku kroków, zanim faktycznie zacznie się poruszać. W wielu przypadkach włączenie enkoderów jest konieczne do stworzenia systemu zamkniętej pętli, choć zwiększa to całkowity koszt.
Systemy
zamkniętej pętli otwartej pętli
systemy serwomechanizmu
Silniki krokowe są zwykle projektowane jako systemy otwartej pętli. W tej konfiguracji generator impulsów wysyła impulsy do obwodu sekwencjonowania fazowego. Sekwencer fazowy określa, które fazy należy włączyć lub wyłączać, jak opisano wcześniej metodami pełnego etapu i pół etapu. Sekwencer kontroluje FET o dużej mocy w celu aktywowania silnika.
Jednak w systemie otwartej pętli nie ma weryfikacji pozycji, co oznacza, że nie ma sposobu na potwierdzenie, czy silnik wykonał ruch dowodzony.
Jedną z najczęstszych metod wdrażania systemu pętli zamkniętej jest dodanie enkodera do tylnego wału silnika podwójnego wału. Encoder składa się z cienkiej dysku oznaczonej liniami obracającymi się między nadajnikiem a odbiornikiem. Za każdym razem, gdy linia przechodzi między tymi dwoma komponentami, generuje impuls na liniach sygnału.
Te impulsy wyjściowe są następnie podawane z powrotem do kontrolera, co utrzymuje ich liczbę. Zazwyczaj na końcu ruchu kontroler porównuje liczbę impulsów wysłanych do kierowcy z liczbą impulsów otrzymanych z enkodera. Wykonana jest konkretna procedura, w której, jeśli dwie liczby się różnią, system dostosowuje się do korygowania rozbieżności. Jeśli liczba liczby pasuje, wskazuje, że nie wystąpił żaden błąd, a ruch może być płynny.
System zamkniętej pętli ma dwie główne wady: koszt (i złożoność) i czas reakcji. Włączenie enkodera zwiększa ogólny koszt systemu, a także zwiększone wyrafinowanie kontrolera, co przyczynia się do całkowitego kosztu. Ponadto, ponieważ poprawki są dokonywane dopiero na końcu ruchu, może to wprowadzić opóźnienia w systemie, potencjalnie spowalniając czasy reakcji.
Alternatywą dla systemów krokowych w pętli zamkniętej jest system serwo. Systemy serwomechanizmu zwykle wykorzystują silniki o niskiej liczbie biegunów, umożliwiając wydajność szybkiej, ale bez nieodłącznej możliwości pozycjonowania. Aby przekonwertować serwo w urządzenie pozycyjne, potrzebne są mechanizmy sprzężenia zwrotnego, często przy użyciu enkodera lub rozdzielczości wraz z pętlami sterującymi.
W systemie serwo silnik jest aktywowany i dezaktywowany, dopóki rozdzielcz nie wskazuje, że określona pozycja została osiągnięta. Na przykład, jeśli serwo zostanie poinstruowane, aby przenieść 100 obrotów, zaczyna się od liczby rozdzielczości od zera. Silnik działa, aż liczba rozdzielczości osiągnie 100 obrotów, w którym to momencie się wyłącza. Jeśli istnieje jakakolwiek przesunięcie pozycji, silnik jest reaktywowany w celu skorygowania pozycji.
Na odpowiedź serwomechanizmu na błędy pozycyjne ma wpływ ustawienie wzmocnienia. Ustawienie wysokiego wzmocnienia pozwala silnikowi szybko reagować na zmiany, podczas gdy ustawienie niskiego wzmocnienia powoduje wolniejszą odpowiedź. Jednak dostosowanie ustawień wzmocnienia może wprowadzić opóźnienia w systemie kontroli ruchu, wpływając na ogólną wydajność.
Alphastep jest innowacyjnym Roztwór silnika krokowego , zawierający zintegrowany rozdzielczy, który oferuje sprzężenie zwrotne w czasie rzeczywistym. Ta konstrukcja zapewnia, że dokładna położenie wirnika jest znana przez cały czas, zwiększając precyzję i niezawodność systemu.
Sterownik Alphastep ma licznik wejściowy, który śledzi wszystkie impulsy wysłane na napęd. Jednocześnie sprzężenie zwrotne z rozdzielonego jest skierowane do licznika pozycji wirnika, umożliwiając ciągłe monitorowanie pozycji wirnika. Wszelkie rozbieżności są rejestrowane w liczniku odchyleń.
Zazwyczaj silnik działa w trybie otwartej pętli, generując wektory momentu obrotowego dla silnika. Jeśli jednak licznik odchylenia wskazuje na rozbieżność większą niż ± 1,8 °, sekwencer fazowy aktywuje wektor momentu obrotowego w górnej części krzywej przemieszczenia momentu obrotowego. To generuje maksymalny moment obrotowy, aby wyrównać wirnik i przywrócić go do synchronizmu. Jeśli silnik jest wyłączony o kilka kroków, sekwencer zasłania wiele wektorów momentu obrotowego na wysokim końcu krzywej przemieszczenia momentu obrotowego. Kierowca może obsługiwać warunki przeciążenia do 5 sekund; Jeśli nie przywróci synchronizmu w tym czasie, uruchamiana jest usterka i wydano alarm.
Niezwykłą cechą systemu Alphastep jest jego zdolność do dokonywania poprawek w czasie rzeczywistym dla wszelkich pominiętych kroków. W przeciwieństwie do tradycyjnych systemów, które czekają do końca ruchu, aby poprawić wszelkie błędy, sterownik Alphastep podejmuje działanie naprawcze, gdy tylko wirnik pochodzi z zakresu 1,8 °. Gdy wirnik wróci w tym limicie, kierowca powraca do otwartego trybu pętli i wznawia odpowiednie energię fazowe.
Towarzyszący wykres ilustruje krzywą przemieszczenia momentu obrotowego, podkreślając tryby operacyjne systemu - otwartą pętlę i zamkniętą pętlę. Krzywa przemieszczenia momentu obrotowego reprezentuje moment obrotowy generowany przez pojedynczy fazę, osiągając maksymalny moment obrotowy, gdy pozycja wirnika odbiega o 1,8 °. Krok można pominąć tylko wtedy, gdy wirnik przekroczy więcej niż 3,6 °. Ponieważ kierowca przejmuje kontrolę nad wektorem momentu obrotowego, ilekroć odchylenie przekracza 1,8 °, silnik raczej nie przegapi kroków, chyba że doświadczy przeciążenia trwającego dłużej niż 5 sekund.
Wiele osób błędnie uważa, że dokładność kroku silnika Alphastep wynosi ± 1,8 °. W rzeczywistości Alphastep ma dokładność krokową wynoszącą 5 minut (0,083 °). Kierowca zarządza wektorami momentu obrotowego, gdy wirnik znajduje się poza zasięgiem 1,8 °. Gdy wirnik mierzy się w tym zakresie, zęby wirnika wyrównują się dokładnie z generowanym wektorem momentu obrotowego. Alphastep zapewnia, że prawidłowy ząb wyrównuje się do aktywnego wektora momentu obrotowego.
Seria Alphastep występuje w różnych wersjach. BESFOC oferuje zarówno modele okrągłego wału, jak i przekładni z wieloma współczynnikami przekładni w celu zwiększenia rozdzielczości i momentu obrotowego lub w celu zminimalizowania odzwierciedlonej bezwładności. Większość wersji może być wyposażona w bezpieczny hamulec magnetyczny. Ponadto BESFOC zapewnia 24 VDC w wersji o nazwie The ASC Series.
Podsumowując, silniki krokowe są bardzo odpowiednie do pozycjonowania zastosowań. Pozwalają na precyzyjną kontrolę zarówno odległości, jak i prędkości, po prostu poprzez zmianę liczby impulsów i częstotliwości. Ich wysoka liczba słupów umożliwia dokładność, nawet podczas pracy w trybie otwartej pętli. Po odpowiednich rozmiarach dla określonej aplikacji a Silnik krokowy nie przegapi kroków. Ponadto, ponieważ nie wymagają pozycyjnego sprzężenia zwrotnego, silniki krokowe są opłacalnym rozwiązaniem.
