Vizualizări: 0 Autor: Editor site Ora publicării: 2025-04-18 Origine: Site
O motorul pas cu pas este un tip de motor electric care se mișcă în trepte precise, fixe, mai degrabă decât să se rotească continuu ca un motor obișnuit. Este folosit în mod obișnuit în aplicații în care este necesar un control precis al poziției, cum ar fi imprimante 3D, mașini CNC, robotică și platforme pentru camere.
Motoarele pas cu pas sunt un tip de motor electric care transformă energia electrică în mișcare de rotație cu o precizie remarcabilă. Spre deosebire de motoarele electrice obișnuite, care asigură rotație continuă, motoarele pas cu pas se rotesc în pași discreti, făcându-le ideale pentru aplicațiile care necesită o poziționare precisă.
Fiecare impuls de electricitate trimis unui motor pas cu pas de la driverul său are ca rezultat o mișcare precisă - fiecare impuls corespunde unui pas specific. Viteza cu care se rotește motorul se corelează direct cu frecvența acestor impulsuri: cu cât impulsurile sunt trimise mai repede, cu atât rotația este mai rapidă.
Unul dintre avantajele cheie ale motorul pas cu pas este controlul lor ușor. Majoritatea driverelor funcționează cu impulsuri de 5 volți, compatibile cu circuitele integrate comune. Puteți fie să proiectați un circuit pentru a genera aceste impulsuri, fie să utilizați un generator de impulsuri de la companii precum BesFoc.
În ciuda inexactităților lor ocazionale - motoarele pas cu pas standard au o precizie de aproximativ ± 3 minute arc (0,05°) - aceste erori nu se acumulează cu mai mulți pași. De exemplu, dacă un motor pas cu pas standard face un pas, acesta se va roti cu 1,8° ± 0,05°. Chiar și după un milion de pași, abaterea totală este încă de doar ± 0,05°, ceea ce le face fiabile pentru mișcări precise pe distanțe lungi.
În plus, motoarele pas cu pas sunt cunoscute pentru răspunsul și accelerația lor rapidă datorită inerției reduse a rotorului, permițându-le să atingă rapid viteze mari. Acest lucru le face deosebit de potrivite pentru aplicații care necesită mișcări scurte și rapide.
O motorul pas cu pas funcționează prin împărțirea unei rotații complete în un număr de pași egali. Folosește electromagneți pentru a crea mișcare în trepte mici, controlate.
Un motor pas cu pas are două părți principale:
Stator – partea staționară cu bobine (electromagneți).
Rotor – partea rotativă, adesea un magnet sau din fier.
Când curentul electric trece prin bobinele statorului, acesta creează câmpuri magnetice.
Aceste câmpuri atrag rotorul.
Prin pornirea și oprirea bobinelor într-o anumită secvență, rotorul este tras pas cu pas într-o mișcare circulară.
De fiecare dată când o bobină este alimentată, rotorul se mișcă cu un unghi mic (numit pas).
De exemplu, dacă un motor are 200 de trepte pe rotație, fiecare treaptă mișcă rotorul cu 1,8°.
Motorul se poate roti înainte sau înapoi în funcție de ordinea impulsurilor trimise către bobine.
O driverul motorului pas cu pas trimite impulsuri electrice către bobinele motorului.
Cu cât sunt mai multe impulsuri, cu atât motorul se rotește mai mult.
Microcontrolerele (cum ar fi Arduino sau Raspberry Pi) pot controla aceste drivere pentru a muta motorul cu precizie.
Ilustrația de mai jos ilustrează un sistem standard de motor pas cu pas, care constă din mai multe componente esențiale care lucrează împreună. Performanța fiecărui element influențează funcționalitatea generală a sistemului.
În centrul sistemului se află computerul sau controlerul logic programabil (PLC). Această componentă acționează ca creier, controlând nu numai motorul pas cu pas, ci și întreaga mașină. Poate îndeplini diverse sarcini, cum ar fi ridicarea unui lift sau mutarea unei benzi transportoare. În funcție de complexitatea necesară, acest controler poate varia de la un PC sau PLC sofisticat la un simplu buton de apăsare a operatorului.
Urmează cardul de indexare sau PLC, care comunică instrucțiuni specifice către motor pas cu pas . Acesta generează numărul necesar de impulsuri pentru mișcare și ajustează frecvența impulsurilor pentru a controla accelerația, viteza și decelerația motorului. Indexerul poate fi fie o unitate autonomă, cum ar fi BesFoc, fie un card generator de impulsuri care se conectează la un PLC. Indiferent de forma sa, această componentă este crucială pentru funcționarea motorului.
Driverul motorului este format din patru părți cheie:
Logica pentru controlul fazei: Această unitate logică primește impulsuri de la indexor și determină ce fază a motorului trebuie activată. Alimentarea fazelor trebuie să urmeze o secvență specifică pentru a asigura funcționarea corectă a motorului.
Sursă de alimentare logică: Aceasta este o sursă de joasă tensiune care alimentează circuitele integrate (IC) din driver, funcționând de obicei în jurul valorii de 5 volți, pe baza setului de cipuri sau a designului.
Sursa de alimentare a motorului: Această sursă asigură tensiunea necesară pentru alimentarea motorului, de obicei în jur de 24 VDC, deși poate fi mai mare în funcție de aplicație.
Amplificator de putere: Această componentă constă din tranzistori care permit curentului să circule prin fazele motorului. Acești tranzistori sunt porniți și opriți în ordinea corectă pentru a facilita mișcarea motorului.
În cele din urmă, toate aceste componente lucrează împreună pentru a muta sarcina, care poate fi un șurub, un disc sau o bandă transportoare, în funcție de aplicația specifică.
Există trei tipuri principale de motoare pas cu pas:
Aceste motoare au dinți pe rotor și pe stator, dar nu includ un magnet permanent. Ca urmare, le lipsește cuplul de blocare, ceea ce înseamnă că nu își mențin poziția atunci când nu sunt sub tensiune.
Motoarele pas cu pas PM au un magnet permanent pe rotor, dar nu au dinți. Deși de obicei prezintă mai puțină precizie în unghiurile de pas, ele oferă un cuplu de blocare, permițându-le să mențină poziția atunci când alimentarea este oprită.
BesFoc este specializată exclusiv în Hybrid motor pas cu pas s. Aceste motoare îmbină proprietățile magnetice ale magneților permanenți cu designul dințat al motoarelor cu reluctanță variabilă. Rotorul este magnetizat axial, ceea ce înseamnă că, într-o configurație tipică, jumătatea superioară este un pol nord, iar jumătatea inferioară este un pol sud.
Rotorul este format din două cupe dintate, fiecare având 50 de dinți. Aceste cupe sunt decalate cu 3,6°, permițând o poziționare precisă. Privit de sus, puteți vedea că un dinte de pe cupa polului nord se aliniază cu un dinte de pe cupa polului sud, creând un sistem de angrenaj eficient.
Motoarele hibride pas cu pas funcționează pe o construcție în două faze, fiecare fază conținând patru poli distanțați la 90°. Fiecare pol dintr-o fază este înfășurat astfel încât polii aflați la distanță de 180° să aibă aceeași polaritate, în timp ce polaritățile sunt opuse pentru cei aflați la distanță de 90°. Prin inversarea curentului în orice fază, polaritatea polului statorului corespunzător poate fi, de asemenea, inversată, permițând motorului să transforme orice pol stator într-un pol nord sau sud.
Rotorul motorului pas cu pas are 50 de dinți, cu un pas de 7,2° între fiecare dinte. Pe măsură ce motorul funcționează, alinierea dinților rotorului cu dinții statorului poate varia - în special, poate fi compensată cu un pas de trei sferturi de dinte, o jumătate de pas de dinte sau un sfert de pas de dinte. Când motorul pășește, în mod natural ia calea cea mai scurtă pentru a se realini, ceea ce se traduce printr-o mișcare de 1,8 ° pe pas (deoarece 1/4 din 7,2 ° este egal cu 1,8 °).
Cuplu și precizie în motoarele pas cu pas sunt influențate de numărul de poli (dinți). În general, un număr mai mare de poli duce la un cuplu și o precizie îmbunătățite. BesFoc oferă motoare pas cu „înaltă rezoluție”, care au jumătate din pasul dinților față de modelele lor standard. Aceste rotoare de înaltă rezoluție au 100 de dinți, rezultând un unghi de 3,6° între fiecare dinte. Cu această setare, o mișcare de 1/4 din pasul unui dinte corespunde unui pas mai mic de 0,9°.
Ca urmare, modelele 'High Resolution' oferă o rezoluție dublă față de motoarele standard, realizând 400 de pași pe rotație față de 200 de pași pe rotație la modelele standard. Unghiurile de pas mai mici conduc, de asemenea, la vibrații mai mici, deoarece fiecare pas este mai puțin pronunțat și mai gradual.
Diagrama de mai jos ilustrează o secțiune transversală a unui motor pas cu pas cu 5 faze. Acest motor constă în principal din două părți principale: statorul și rotorul. Rotorul în sine este alcătuit din trei componente: cupa rotorului 1, cupa rotorului 2 și un magnet permanent. Rotorul este magnetizat pe direcția axială; de exemplu, dacă cupa rotorului 1 este desemnată ca pol nord, cupa rotorului 2 va fi polul sud.
Statorul are 10 poli magnetici, fiecare echipat cu dinți mici și înfășurări corespunzătoare. Aceste înfășurări sunt proiectate astfel încât fiecare să fie conectată la înfășurarea polului său opus. Când curentul trece printr-o pereche de înfășurări, polii pe care îi conectează se magnetizează în aceeași direcție, fie la nord, fie la sud.
Fiecare pereche opusă de poli formează o fază a motorului. Având în vedere că există 10 poli magnetici în total, acest lucru are ca rezultat cinci faze distincte în cadrul acestei 5 faze. motor pas cu pas.
Important este că fiecare cupă rotor are 50 de dinți de-a lungul perimetrului lor exterior. Dinții de pe cupa rotorului 1 și cupa rotorului 2 sunt decalați mecanic unul față de celălalt cu o jumătate de pas al dintelui, permițând alinierea și mișcarea precisă în timpul funcționării.
Înțelegerea modului de a citi o curbă viteză-cuplu este esențială, deoarece oferă informații despre ceea ce un motor este capabil să realizeze. Aceste curbe reprezintă caracteristicile de performanță ale unui anumit motor atunci când sunt asociate cu un anumit driver. Odată ce motorul este în funcțiune, cuplul său de ieșire este influențat de tipul de acționare și de tensiunea aplicată. Ca rezultat, același motor poate prezenta curbe viteză-cuplu semnificativ diferite, în funcție de driverul utilizat.
BesFoc oferă aceste curbe viteză-cuplu drept referință. Dacă utilizați un motor cu un driver care are valori nominale de tensiune și curent similare, vă puteți aștepta la performanțe comparabile. Pentru o experiență interactivă, vă rugăm să consultați curba viteză-cuplu furnizată mai jos:
Cuplul de menținere
Aceasta este cantitatea de cuplu produsă de motor atunci când este în repaus, cu curentul nominal care curge prin înfășurările sale.
Regiunea Pornire/Oprire
Această secțiune indică valorile cuplului și al vitezei la care motorul poate porni, opri sau inversa instantaneu.
Cuplul de tragere
Acestea sunt valorile cuplului și vitezei care permit motorului să pornească, să oprească sau să se inverseze, rămânând în sincronism cu impulsurile de intrare.
Cuplul de tragere
Se referă la valorile cuplului și turației la care motorul poate funcționa fără blocare, menținând sincronizarea cu fazele de intrare. Reprezintă cuplul maxim pe care motorul îl poate furniza în timpul funcționării.
Viteza maximă de pornire
Aceasta este cea mai mare viteză la care motorul poate începe să funcționeze atunci când nu este aplicată sarcină.
Viteza maximă de funcționare
Aceasta indică cea mai rapidă viteză pe care o poate atinge motorul atunci când funcționează fără sarcină.
Pentru a funcționa în zona dintre cuplul de tragere și tragere, motorul trebuie să pornească inițial în regiunea de pornire/oprire. Pe măsură ce motorul începe să funcționeze, frecvența pulsului crește treptat până la atingerea vitezei dorite. Pentru a opri motorul, viteza este apoi redusă până când scade sub curba cuplului de tragere.
Cuplul este direct proporțional cu curentul și numărul de spire din motor. Pentru a crește cuplul cu 20%, curentul ar trebui să crească și cu aproximativ 20%. În schimb, pentru a reduce cuplul cu 50%, curentul ar trebui redus cu 50%.
Cu toate acestea, din cauza saturației magnetice, nu există niciun beneficiu în creșterea curentului dincolo de dublul curentului nominal, deoarece după acest punct, creșterile suplimentare nu vor spori cuplul. Funcționarea la aproximativ zece ori curentul nominal prezintă riscul demagnetizării rotorului.
Toate motoarele noastre sunt echipate cu izolație clasa B, care poate rezista la temperaturi de până la 130°C înainte ca izolația să înceapă să se degradeze. Pentru a asigura longevitatea, recomandăm menținerea unei diferențe de temperatură de 30°C de la interior spre exterior, ceea ce înseamnă că temperatura exterioară a carcasei nu trebuie să depășească 100°C.
Inductanța joacă un rol semnificativ în performanța cuplului de mare viteză. Acesta explică de ce motoarele nu prezintă niveluri nesfârșite de cuplu ridicate. Fiecare înfășurare a motorului are valori distincte de inductanță și rezistență. Inductanța măsurată în henrys, împărțită la rezistența în ohmi, are ca rezultat o constantă de timp (în secunde). Această constantă de timp indică cât timp durează bobina să atingă 63% din curentul său nominal. De exemplu, dacă motorul este evaluat pentru 1 amperi, după o constantă de timp, bobina va atinge aproximativ 0,63 amperi. De obicei, este nevoie de aproximativ patru până la cinci constante de timp pentru ca bobina să atingă curentul maxim (1 amperi). Deoarece cuplul este proporțional cu curentul, dacă curentul atinge doar 63%, motorul va produce aproximativ 63% din cuplul maxim după o constantă de timp.
La viteze mici, această întârziere în acumularea curentului nu este o problemă, deoarece curentul poate intra și ieși rapid din bobine, permițând motorului să-și livreze cuplul nominal. Cu toate acestea, la viteze mari, curentul nu poate crește suficient de repede înainte ca următoarea fază să comute, rezultând cuplul redus.
Tensiunea driverului afectează în mod semnificativ performanța de mare viteză a unui motor pas cu pas . Un raport mai mare dintre tensiunea de antrenare și tensiunea motorului duce la capacități îmbunătățite de viteză mare. Acest lucru se datorează faptului că tensiunile ridicate permit curentului să curgă în înfășurări mai rapid decât pragul de 63% discutat anterior.
Când un motor pas cu pas trece de la o treaptă la alta, rotorul nu se oprește instantaneu în poziția țintă. În schimb, trece dincolo de poziția finală, apoi este trasă înapoi, depășind în direcția opusă și continuă să oscileze înainte și înapoi până când în cele din urmă se oprește. Acest fenomen, denumit „sunet”, apare la fiecare pas pe care îl face motorul (vezi diagrama interactivă de mai jos). La fel ca un cablu bungee, impulsul rotorului îl duce dincolo de punctul său de oprire, făcându-l să „sare” înainte de a se stabili în repaus. În multe cazuri, totuși, motorul este instruit să treacă la pasul următor înainte de a se opri complet.
Graficele de mai jos ilustrează comportamentul sonor al unui motor pas cu pas în diferite condiții de încărcare. Când motorul este descărcat, prezintă un zgomot semnificativ, ceea ce se traduce printr-o vibrație crescută. Această vibrație excesivă poate duce la blocarea motorului atunci când este fie descărcat, fie încărcat ușor, deoarece poate pierde sincronizarea. Prin urmare, este esențial să testați întotdeauna a motor pas cu pas cu o sarcină adecvată.
Celelalte două grafice descriu performanța motorului când este încărcat. Încărcarea corectă a motorului ajută la stabilizarea funcționării acestuia și la reducerea vibrațiilor. În mod ideal, sarcina ar trebui să necesite între 30% și 70% din cuplul maxim de ieșire al motorului. În plus, raportul de inerție al sarcinii față de rotor ar trebui să scadă între 1:1 și 10:1. Pentru mișcări mai scurte și mai rapide, este de preferat ca acest raport să fie mai aproape de 1:1 până la 3:1.
Specialiștii în aplicații și inginerii BesFoc sunt disponibili pentru a vă ajuta cu dimensionarea corectă a motorului.
O motorul pas cu pas va experimenta vibrații semnificativ crescute atunci când frecvența impulsului de intrare coincide cu frecvența sa naturală, un fenomen cunoscut sub numele de rezonanță. Acest lucru se întâmplă adesea în jurul valorii de 200 Hz. La rezonanță, depășirea și depășirea rotorului sunt mult amplificate, crescând probabilitatea de a lipsi pașii. În timp ce frecvența de rezonanță specifică poate varia în funcție de inerția sarcinii, ea se situează de obicei în jurul valorii de 200 Hz.
Motoarele pas cu 2 faze pot pierde pași doar în grupuri de patru. Dacă observați că pierderea în trepte are loc în multipli de patru, aceasta indică faptul că vibrațiile determină pierderea sincronizării motorului sau că sarcina poate fi excesivă. În schimb, dacă pașii ratați nu sunt în multipli de patru, există un indiciu puternic că fie numărul de puls este incorect, fie zgomotul electric influențează performanța.
Mai multe strategii pot ajuta la atenuarea efectelor de rezonanță. Cea mai simplă abordare este de a evita cu totul funcționarea la viteza de rezonanță. Deoarece 200 Hz corespunde la aproximativ 60 RPM pentru un motor cu 2 faze, nu este o viteză extrem de mare. Cele mai multe motoarele pas cu pas au o viteză maximă de pornire de aproximativ 1000 de impulsuri pe secundă (pps). Prin urmare, în multe cazuri, puteți iniția funcționarea motorului la o viteză mai mare decât frecvența de rezonanță.
Dacă trebuie să porniți motorul la o viteză care este sub frecvența de rezonanță, este important să accelerați rapid prin intervalul de rezonanță pentru a minimiza efectele vibrațiilor.
O altă soluție eficientă este utilizarea unui unghi de pas mai mic. Unghiurile de pas mai mari tind să aibă ca rezultat o depășire și o depășire mai mare. Dacă motorul are o distanță scurtă de parcurs, nu va genera suficientă forță (cuplu) pentru a depăși semnificativ. Prin reducerea unghiului de pas, motorul experimentează mai puține vibrații. Acesta este unul dintre motivele pentru care tehnicile de semi-pas și micropas sunt atât de eficiente în reducerea vibrațiilor.
Asigurați-vă că selectați motorul în funcție de cerințele de sarcină. Dimensionarea corectă a motorului poate duce la o performanță generală mai bună.
Amortizoarele sunt o altă opțiune de luat în considerare. Aceste dispozitive pot fi montate pe arborele din spate al motorului pentru a absorbi o parte din energia vibrațională, ajutând la netezirea funcționării unui motor vibrant într-un mod rentabil.
Un progres relativ nou în Tehnologia motorului pas cu pas este motorul pas cu 5 faze. Cea mai vizibilă diferență între motoarele cu 2 faze și cele cu 5 faze (vezi diagrama interactivă de mai jos) este numărul de poli statori: motoarele cu 2 faze au 8 poli (4 pe fază), în timp ce motoarele cu 5 faze au 10 poli (2 pe fază). Designul rotorului este similar cu cel al unui motor cu 2 faze.
Într-un motor cu 2 faze, fiecare fază mișcă rotorul cu 1/4 pas de dinte, în timp ce într-un motor cu 5 faze, rotorul se mișcă 1/10 din pasul dintelui datorită designului său. Cu un pas al dintelui de 7,2°, unghiul de pas pentru motorul cu 5 faze devine 0,72°. Această construcție permite motorului cu 5 faze să atingă 500 de pași pe rotație, în comparație cu cei 200 de pași pe rotație ale motorului cu 2 faze, oferind o rezoluție de 2,5 ori mai mare decât cea a motorului cu 2 faze.
O rezoluție mai mare duce la un unghi de pas mai mic, ceea ce reduce semnificativ vibrațiile. Deoarece unghiul de pas al motorului cu 5 faze este de 2,5 ori mai mic decât cel al motorului cu 2 faze, acesta suferă de sunete și vibrații mult mai mici. În ambele tipuri de motoare, rotorul trebuie să depășească sau sub depășire cu mai mult de 3,6° pentru a rata pași. Cu unghiul de pas al motorului cu 5 faze de numai 0,72°, devine aproape imposibil ca motorul să depășească sau să depășească o astfel de marjă, ceea ce duce la o probabilitate foarte scăzută de a pierde sincronizarea.
Există patru metode principale de acționare pentru motor pas cu pas :
Wave Drive (pas complet)
2 faze pornite (pas complet)
1-2 faze activate (jumatate de pas)
Microstep
În diagrama de mai jos, metoda wave drive este simplificată pentru a-i ilustra principiile. Fiecare rotire de 90° ilustrată în ilustrație reprezintă 1,8° de rotație a rotorului într-un motor real.
În metoda de antrenare a valului, cunoscută și sub numele de metoda ON-1-phase ON, doar o fază este alimentată la un moment dat. Când faza A este activată, se creează un pol sudic care atrage polul nord al rotorului. Apoi, faza A este oprită și faza B este pornită, determinând rotorul să se rotească cu 90° (1,8°), iar acest proces continuă cu fiecare fază fiind alimentată individual.
Unitatea de antrenare funcționează cu o secvență electrică în patru pași pentru a roti motorul.
În metoda de antrenare „2 faze pornite”, ambele faze ale motorului sunt alimentate continuu.
După cum este ilustrat mai jos, fiecare rotire de 90° corespunde unei rotații a rotorului de 1,8°. Când ambele faze A și B sunt alimentate ca poli sudici, polul nord al rotorului este atras în mod egal de ambii poli, făcându-l să se alinieze direct la mijloc. Pe măsură ce secvența progresează și fazele sunt activate, rotorul se va roti pentru a menține alinierea între cei doi poli sub tensiune.
Metoda „2 faze pornite” funcționează folosind o secvență electrică în patru pași pentru a roti motorul.
Motoarele standard de tip M cu 2 faze și 2 faze ale BesFoc utilizează această metodă de acționare „2 faze pornite”.
Principalul avantaj al metodei „2 faze pornite” față de metoda „1 fază pornit” este cuplul. În metoda „1 Phase On”, este activată o singură fază la un moment dat, rezultând o singură unitate de cuplu care acționează asupra rotorului. În schimb, metoda „2 faze pornite” activează ambele faze simultan, producând două unități de cuplu. Un vector de cuplu acţionează în poziţia ora 12, iar celălalt în poziţia ora 3. Când acești doi vectori de cuplu sunt combinați, ei creează un vector rezultat la un unghi de 45° cu o magnitudine cu 41,4% mai mare decât cea a unui singur vector. Aceasta înseamnă că folosirea metodei „2 faze pornite” ne permite să obținem același unghi de pas ca metoda „1 fază activată” în timp ce oferim cu 41% mai mult cuplu.
Motoarele cu cinci faze, totuși, funcționează oarecum diferit. În loc să folosească metoda „2 faze pornite”, ei folosesc metoda „4 faze pornite”. În această abordare, patru dintre faze sunt activate simultan de fiecare dată când motorul face un pas.
Ca rezultat, motorul cu cinci faze urmează o secvență electrică în 10 pași în timpul funcționării.
Metoda '1-2 Phases On', cunoscută și sub denumirea de half step, combină principiile celor două metode anterioare. În această abordare, mai întâi activăm faza A, determinând alinierea rotorului. În timp ce menținem faza A energizată, activăm apoi faza B. În acest moment, rotorul este atras în mod egal de ambii poli și se aliniază la mijloc, rezultând o rotație de 45° (sau 0,9°). Apoi, oprim faza A în timp ce continuăm să alimentăm faza B, permițând motorului să facă un alt pas. Acest proces continuă, alternând între energizarea unei faze și a două faze. Procedând astfel, tăiem efectiv unghiul de pas la jumătate, ceea ce ajută la reducerea vibrațiilor.
Pentru un motor cu 5 faze, folosim o strategie similară prin alternarea între 4 faze pornite și 5 faze pornite.
Modul în jumătate de pas constă dintr-o secvență electrică în opt pași. În cazul unui motor cu cinci faze care utilizează metoda „4-5 faze pornite”, motorul trece printr-o secvență electrică în 20 de pași.
(Se pot adăuga mai multe informații despre microstepping dacă este necesar.)
Microstepping-ul este o tehnică folosită pentru a face pași mai mici și mai fine. Cu cât pașii sunt mai mici, cu atât rezoluția este mai mare și caracteristicile de vibrație ale motorului sunt mai bune. În microstepping, o fază nu este nici complet activată, nici complet oprită; în schimb, este parțial energizat. Undele sinusoidale sunt aplicate atât fazei A, cât și fazei B, cu o diferență de fază de 90° (sau 0,9° într-o fază cu cinci faze). motor pas cu pas ).
Atunci când puterea maximă este aplicată fazei A, faza B este la zero, determinând alinierea rotorului cu faza A. Pe măsură ce curentul către faza A scade, curentul către faza B crește, permițând rotorului să facă pași mici către faza B. Acest proces continuă pe măsură ce curentul circulă între cele două faze, rezultând o mișcare lină în micropasi.
Cu toate acestea, micropasul prezintă unele provocări, în principal în ceea ce privește precizia și cuplul. Deoarece fazele sunt doar parțial alimentate, motorul experimentează de obicei o reducere a cuplului de aproximativ 30%. În plus, deoarece diferența de cuplu între pași este minimă, motorul ar putea avea dificultăți să depășească o sarcină, ceea ce poate duce la situații în care motorului i se comandă să miște mai mulți pași înainte de a începe efectiv să se miște. În multe cazuri, încorporarea codificatoarelor este necesară pentru a crea un sistem în buclă închisă, deși acest lucru se adaugă la costul total.
Sisteme cu buclă deschisă
Sisteme cu buclă închisă
Sisteme servo
motoarele pas cu pas sunt de obicei proiectate ca sisteme în buclă deschisă. În această configurație, un generator de impulsuri trimite impulsuri către circuitul de secvențiere a fazelor. Secvențatorul de fază determină ce faze ar trebui pornite sau oprite, așa cum s-a descris anterior în metodele pasului complet și a jumătății de pas. Sequencerul controlează FET-urile de mare putere pentru a activa motorul.
Cu toate acestea, într-un sistem cu buclă deschisă, nu există nicio verificare a poziției, ceea ce înseamnă că nu există nicio modalitate de a confirma dacă motorul a executat mișcarea comandată.
Una dintre cele mai comune metode de implementare a unui sistem cu buclă închisă este adăugarea unui encoder la arborele din spate al unui motor cu dublu arbore. Codificatorul constă dintr-un disc subțire marcat cu linii care se rotește între un emițător și un receptor. De fiecare dată când trece o linie între aceste două componente, aceasta generează un impuls pe liniile de semnal.
Aceste impulsuri de ieșire sunt apoi transmise controlerului, care păstrează un număr al acestora. De obicei, la sfârșitul unei mișcări, controlerul compară numărul de impulsuri pe care le-a trimis șoferului cu numărul de impulsuri primite de la encoder. Se execută o rutină specifică prin care, dacă cele două numărări diferă, sistemul se ajustează pentru a corecta discrepanța. Dacă numărul se potrivește, indică faptul că nu a apărut nicio eroare, iar mișcarea poate continua fără probleme.
Sistemul în buclă închisă are două dezavantaje principale: costul (și complexitatea) și timpul de răspuns. Includerea unui encoder se adaugă la cheltuiala totală a sistemului, împreună cu sofisticarea sporită a controlerului, care contribuie la costul total. În plus, deoarece corecțiile se fac doar la sfârșitul unei mișcări, acest lucru poate introduce întârzieri în sistem, potențial încetinind timpii de răspuns.
O alternativă la sistemele pas cu buclă închisă este un sistem servo. Sistemele servo folosesc de obicei motoare cu un număr redus de poli, permițând performanțe de mare viteză, dar fără capacitatea inerentă de poziționare. Pentru a converti un servo într-un dispozitiv pozițional, sunt necesare mecanisme de feedback, deseori folosind un encoder sau un resolver împreună cu bucle de control.
Într-un sistem servo, motorul este activat și dezactivat până când resolverul indică faptul că a fost atinsă o poziție specificată. De exemplu, dacă servo-ul este instruit să se miște cu 100 de rotații, acesta începe cu numărarea rezolutorului la zero. Motorul funcționează până când numărul rezolutorului atinge 100 de rotații, moment în care se oprește. Dacă există vreo schimbare de poziție, motorul este reactivat pentru a corecta poziția.
Răspunsul servo la erorile de poziție este influențat de o setare a câștigului. O setare de amplificare ridicată permite motorului să reacționeze rapid la modificările din eroare, în timp ce o setare de câștig scăzut are ca rezultat un răspuns mai lent. Cu toate acestea, ajustarea setărilor de câștig poate introduce întârzieri în sistemul de control al mișcării, afectând performanța generală.
AlphaStep este inovatorul BesFoc soluție de motor pas cu pas , cu un resolver integrat care oferă feedback în timp real asupra poziției. Acest design asigură că poziția exactă a rotorului este cunoscută în orice moment, sporind precizia și fiabilitatea sistemului.
Driverul AlphaStep are un contor de intrare care urmărește toate impulsurile trimise către unitate. Simultan, feedback-ul de la resolver este direcționat către un contor de poziție a rotorului, permițând monitorizarea continuă a poziției rotorului. Orice discrepanțe sunt înregistrate într-un contor de abateri.
În mod obișnuit, motorul funcționează în modul buclă deschisă, generând vectori de cuplu pe care să îi urmeze motorul. Totuși, dacă contorul de abateri indică o discrepanță mai mare de ±1,8°, secvențiatorul de fază activează vectorul cuplului în secțiunea superioară a curbei de deplasare a cuplului. Acest lucru generează un cuplu maxim pentru realiniarea rotorului și pentru a-l readuce în sincronism. Dacă motorul este oprit cu mai multe trepte, secvențatorul activează mai mulți vectori de cuplu la capătul superior al curbei de deplasare a cuplului. Șoferul poate gestiona condițiile de suprasarcină timp de până la 5 secunde; dacă nu reușește să restabilească sincronismul în acest interval de timp, se declanșează o eroare și se emite o alarmă.
O caracteristică remarcabilă a sistemului AlphaStep este capacitatea sa de a face corecții în timp real pentru orice pași ratați. Spre deosebire de sistemele tradiționale care așteaptă până la sfârșitul unei mișcări pentru a corecta orice erori, driverul AlphaStep ia măsuri corective de îndată ce rotorul scade în afara intervalului de 1,8°. Odată ce rotorul revine în această limită, șoferul revine în modul buclă deschisă și reia alimentările de fază corespunzătoare.
Graficul însoțitor ilustrează curba deplasării cuplului, evidențiind modurile de funcționare ale sistemului - buclă deschisă și buclă închisă. Curba de deplasare a cuplului reprezintă cuplul generat de o singură fază, realizând cuplul maxim atunci când poziția rotorului deviază cu 1,8°. Un pas poate fi ratat doar dacă rotorul depășește cu mai mult de 3,6°. Deoarece șoferul preia controlul vectorului de cuplu ori de câte ori abaterea depășește 1,8°, este puțin probabil ca motorul să rateze pași decât dacă suferă o suprasarcină care durează mai mult de 5 secunde.
Mulți oameni cred în mod eronat că precizia pasului motorului AlphaStep este de ±1,8°. În realitate, AlphaStep are o precizie de pas de 5 minute arc (0,083°). Șoferul gestionează vectorii de cuplu atunci când rotorul se află în afara intervalului de 1,8°. Odată ce rotorul se încadrează în acest interval, dinții rotorului se aliniază exact cu vectorul cuplului generat. AlphaStep asigură că dintele corect se aliniază cu vectorul de cuplu activ.
Seria AlphaStep vine în diferite versiuni. BesFoc oferă atât modele cu arbore rotund, cât și cu angrenaje, cu rapoarte multiple de transmisie, fie pentru a îmbunătăți rezoluția și cuplul, fie pentru a minimiza inerția reflectată. Majoritatea versiunilor pot fi echipate cu o frână magnetică de siguranță. În plus, BesFoc oferă o versiune de 24 VDC numită seria ASC.
În concluzie, motoarele pas cu pas sunt foarte potrivite pentru aplicații de poziționare. Acestea permit controlul precis atât al distanței, cât și al vitezei prin simpla modificare a numărului de puls și a frecvenței. Numărul lor mare de poli permite precizie, chiar și atunci când funcționează în modul buclă deschisă. Când este dimensionat corespunzător pentru o anumită aplicație, a motorul pas cu pas nu va rata pași. În plus, deoarece nu necesită feedback pozițional, motoarele pas cu pas sunt o soluție rentabilă.
