Producător hibrid de motor pas cu pas în China - BESFOC

Introducerea motorului pas cu pas

Ce este un motor pas cu pas？

O Motorul pas cu pas este un tip de motor electric care se deplasează în trepte precise și fixe, mai degrabă decât să se rotească continuu ca un motor obișnuit. Este utilizat în mod obișnuit în aplicațiile în care este necesar un control precis al poziției, cum ar fi imprimante 3D, mașini CNC, robotică și platforme de 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 o rotație continuă, motoarele pas cu pas se transformă în trepte discrete, ceea ce le face ideale pentru aplicații care necesită o poziționare exactă.

Fiecare puls de energie electrică trimis la un motor pas cu pas de la șoferul său are ca rezultat o mișcare precisă - pulsul Echit corespunde unui pas specific. Viteza cu care motorul se rotește direct se corelează cu frecvența acestor impulsuri: cu cât impulsurile sunt trimise mai repede, cu atât rotația este mai rapidă.

Unul dintre avantajele cheie ale Stepper Motor S este controlul lor ușor. Majoritatea șoferilor funcționează cu impulsuri de 5 volți, compatibile cu circuitele integrate comune. Puteți proiecta un circuit pentru a genera aceste impulsuri sau puteți utiliza un generator de puls de la companii precum BesFoc.

În ciuda inexactităților lor ocazionale - motoarele pas cu pas avansate au o precizie de aproximativ ± 3 minute de arc (0,05 °) - aceste erori nu se acumulează cu mai multe etape. De exemplu, dacă un motor pas cu pas standard face un pas, acesta va roti 1,8 ° ± 0,05 °. Chiar și după un milion de pași, abaterea totală este încă doar ± 0,05 °, ceea ce le face fiabile pentru mișcări precise pe distanțe lungi.

În plus, motoarele pas cu pas sunt cunoscute pentru răspunsul rapid și accelerația lor din cauza inerției lor reduse ale rotorului, permițându -le să obțină rapid viteze mari. Acest lucru le face în special potrivite pentru aplicațiile care necesită mișcări scurte și rapide.

Cum funcționează un motor pas cu pas?

O Motorul Stepper funcționează prin împărțirea unei rotații complete într -un număr de pași egali. Utilizează electromagnete pentru a crea mișcare în pași mici, controlate.

1. în interiorul motorului pas cu pas

Un motor pas cu pas are două părți principale:

• Stator - partea staționară cu bobine (electromagnete).

• Rotor - partea rotativă, adesea un magnet sau făcută din fier.

2. Mișcare prin câmpuri magnetice

• Când curentul electric curge prin bobinele statorului, acesta creează câmpuri magnetice.

• Aceste câmpuri atrag rotorul.

• Prin pornirea și oprirea bobinelor într -o secvență specifică, rotorul este tras pas cu pas într -o mișcare circulară.

3. Rotirea pas cu pas

• De fiecare dată când o bobină este alimentată, rotorul se mișcă printr -un unghi mic (numit pas).

• De exemplu, dacă un motor are 200 de pași pe revoluție, fiecare pas mișcă rotorul 1,8 °.

• Motorul se poate roti înainte sau înapoi, în funcție de ordinul impulsurilor trimise la bobine.

4. controlat de un șofer

• O Șoferul motorului pas cu pas trimite impulsuri electrice la bobinele motorului.

• Cu cât mai multe impulsuri, cu atât motorul se întoarce mai mult.

• Microcontrolerele (cum ar fi Arduino sau Raspberry PI) pot controla acești drivere pentru a muta motorul cu exactitate.

Sistem de motor pas cu pas

Ilustrația de mai jos prezintă un sistem de motor stepper standard, care constă din mai multe componente esențiale care lucrează împreună. Performanța fiecărui element influențează funcționalitatea generală a sistemului.

1. Computer sau PLC:

În centrul sistemului se află computerul sau controlerul logic programabil (PLC). Această componentă acționează ca creierul, controlând nu numai motorul pas cu pas, ci și întreaga mașină. Poate efectua diverse sarcini, cum ar fi creșterea 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.

2. Card indexer sau PLC:

Următorul este indexerul sau cardul PLC, care comunică instrucțiuni specifice Motor pas cu pas . Generează numărul necesar de impulsuri pentru mișcare și ajustează frecvența pulsului pentru a controla accelerația, viteza și decelerarea motorului. Indexerul poate fi fie o unitate autonomă, cum ar fi BESFOC, sau un card generator de puls care se conectează la un PLC. Indiferent de forma sa, această componentă este crucială pentru funcționarea motorului.

3. șoferul motorului:

Șoferul motorului este format din patru părți cheie:

• Logică pentru controlul fazei: Această unitate logică primește impulsuri de la indexor și determină ce fază a motorului trebuie activată. Energizarea fazelor trebuie să urmeze o secvență specifică pentru a asigura funcționarea corectă a motorului.

• Sursa de alimentare logică: aceasta este o alimentare de joasă tensiune care alimentează circuitele integrate (ICS) în cadrul șoferului, care funcționează de obicei în jur de 5 volți, pe baza setului de cipuri sau a designului.

• Sursa de alimentare cu motor: Această alimentare oferă 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 este formată din tranzistoare care permit curentul să curgă prin fazele motorului. Aceste tranzistoare sunt pornite și dezactivate în secvența corectă pentru a facilita mișcarea motorului.

4. Încărcare:

În cele din urmă, toate aceste componente lucrează împreună pentru a muta sarcina, care ar putea fi un șurub de plumb, un disc sau o bandă transportoare, în funcție de aplicația specifică.

Tipuri de motoare pas cu pas

Există trei tipuri primare de motoare pas cu pas:

Motoare cu pas cu reticență variabilă (VR)

Aceste motoare prezintă dinți pe rotor și stator, dar nu includ un magnet permanent. Drept urmare, le lipsește cuplul de reținere, ceea ce înseamnă că nu își dețin poziția atunci când nu sunt energizate.

Motoare cu pas cu magnet permanent (PM)

Motoarele cu pas PM au un magnet permanent pe rotor, dar nu au dinți. În timp ce, de obicei, prezintă mai puțină precizie în unghiurile de pas, acestea oferă cuplu de detectare, permițându -le să mențină poziția atunci când puterea este oprită.

Motoare cu pas cu pas hibrid

BESFOC este specializat exclusiv în hibrid Motor pas cu pas . Aceste motoare îmbină proprietățile magnetice ale magneților permanenți cu proiectarea dințată a motoarelor cu reticență variabilă. Rotorul este magnetizat axial, ceea ce înseamnă că, într -o configurație tipică, jumătatea superioară este un pol nord, iar jumătatea de jos este un pol sud.

Rotorul este format din două căni dințate, fiecare având 50 de dinți. Aceste căni sunt compensate cu 3,6 °, permițând o poziționare precisă. Când este privit de sus, puteți vedea că un dinte de pe Cupa Polului Nord se aliniază cu un dinte pe Cupa Polului Sud, creând un sistem de viteză eficient.

Motoarele pas cu pas hibrid funcționează pe o construcție în două faze, fiecare fază conținând patru poli distanțați la 90 °. Fiecare stâlp dintr -o fază este rănit astfel încât stâlpii la 180 ° între ele au aceeași polaritate, în timp ce polaritățile sunt opuse pentru cei 90 ° distanță. Prin inversarea curentului în orice fază, polaritatea polului stator corespunzător poate fi, de asemenea, inversată, permițând motorului să transforme orice stâlp 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 mod specific, acesta poate fi compensat cu trei sferturi de un pas de dinți, o jumătate de ton de dinți sau un sfert de ton de dinți. Când motorul trec, acesta ia în mod natural cea mai scurtă cale de a se realinia, ceea ce se traduce printr -o mișcare de 1,8 ° pe pas (deoarece 1/4 din 7,2 ° este egală cu 1,8 °).

Cuplu și precizie în Motorul pas cu pas este influențat de numărul de poli (dinți). În general, un număr mai mare de poli duce la îmbunătățirea cuplului și a preciziei. BESFOC oferă motoare cu pas pas cu rezoluție „de înaltă rezoluție”, care au jumătate din tonul dinților din modelele lor standard. Aceste rotori de înaltă rezoluție au 100 de dinți, rezultând un unghi de 3,6 ° între fiecare dinte. Cu această configurație, o mișcare de 1/4 dintr -un ton de dinți corespunde unei etape mai mici de 0,9 °.

Drept urmare, modelele „rezoluție înaltă ” oferă dublă rezoluția motoarelor standard, obținând 400 de pași pe revoluție, comparativ cu 200 de pași pe revoluție în modelele standard. Unghiurile de pas mai mici duc, de asemenea, la vibrații mai mici, deoarece fiecare etapă este mai puțin pronunțată și mai treptată.

Structura

Diagrama de mai jos ilustrează o secțiune transversală a unui motor pas cu 5 faze. Acest motor este format în principal din două părți principale: statorul și rotorul. Rotorul în sine este alcătuit din trei componente: rotor Cup 1, rotor Cup 2 și un magnet permanent. Rotorul este magnetizat în direcția axială; De exemplu, dacă rotorul Cup 1 este desemnat ca Polul Nord, Rotor Cup 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 conectat la înfășurarea polului său opus. Când curentul curge printr -o pereche de înfășurări, stâlpii se conectează la magnetiza în aceeași direcție - fie spre nord, nici spre 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 ceașcă de rotor are 50 de dinți de -a lungul perimetrului lor exterior. Dintii de pe rotorul Cup 1 și rotorul 2 sunt compensate mecanic unul de la altul cu o jumătate de ton al dinților, permițând alinierea și mișcarea precisă în timpul funcționării.

Viteză-torque

Înțelegerea modului de a citi o curbă cu viteză-torque este crucială, deoarece oferă informații despre ceea ce un motor este capabil să obțină. Aceste curbe reprezintă caracteristicile de performanță ale unui motor specific atunci când sunt asociate cu un anumit driver. Odată ce motorul este operațional, producția sa de cuplu este influențată de tipul de acționare și de tensiunea aplicată. Drept urmare, același motor poate prezenta curbe de viteză de viteză semnificativ diferite, în funcție de șoferul utilizat.

BESFOC oferă aceste curbe de viteză-torque ca referință. Dacă utilizați un motor cu un driver care are tensiune similară și evaluări de curent, vă puteți aștepta la performanțe comparabile. Pentru o experiență interactivă, vă rugăm să consultați curba de viteză-torque oferită mai jos:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pentru a funcționa în regiunea dintre cuplul de extragere și extragere, motorul trebuie să pornească inițial în regiunea de pornire/oprire. Pe măsură ce motorul începe să funcționeze, rata pulsului este crescută treptat până la obținerea vitezei dorite. Pentru a opri motorul, viteza este apoi scăzută până când se încadrează sub curba cuplului de tragere.

Cuplul este direct proporțional cu curentul și numărul de sârmă se transformă în motor. Pentru a crește cuplul cu 20%, curentul ar trebui să crească și cu aproximativ 20%. În schimb, pentru a scădea cuplul cu 50%, curentul trebuie redus cu 50%.

Cu toate acestea, din cauza saturației magnetice, nu există niciun beneficiu în creșterea curentului dincolo de două ori mai mult decât curentul nominal, întrucât dincolo de acest punct, creșteri suplimentare nu vor spori cuplul. Funcționând de aproximativ zece ori curentul nominal prezintă riscul de demagnetizarea rotorului.

Toate motoarele noastre sunt echipate cu izolație de clasa B, care poate rezista la temperaturi de până la 130 ° C înainte ca izolația să înceapă să se degradeze. Pentru a asigura longevitatea, vă recomandăm menținerea unui diferențial de temperatură de 30 ° C de la interior la exterior, ceea ce înseamnă că temperatura carcasei exterioare 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 de cuplu la nesfârșit. 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 câteva secunde). De data aceasta constantă indică cât timp durează ca bobina să ajungă la 63% din curentul său nominal. De exemplu, dacă motorul este evaluat pentru 1 amperi, după o dată constantă, bobina va ajunge la aproximativ 0,63 amperi. De obicei, durează aproximativ patru până la cinci constante de timp pentru ca bobina să ajungă la curent complet (1 amperi). Deoarece cuplul este proporțional cu curentul, dacă curentul atinge doar 63%, motorul va produce aproximativ 63% din cuplul său maxim după o constantă de o dată.

La viteze mici, această întârziere a acumulării curente nu este o problemă, deoarece curentul poate intra și ieși eficient din bobine, permițând motorului să -și livreze cuplul nominal. Cu toate acestea, la viteze mari, curentul nu poate crește suficient de repede înainte de comutarea următoarei faze, ceea ce duce la reducerea cuplului.

Impactul tensiunii șoferului

Tensiunea șoferului afectează semnificativ performanța de mare viteză a unui Motor pas cu pas . Un raport mai mare dintre tensiunea de acționare și tensiunea motorului duce la capacități îmbunătățite de mare viteză. Acest lucru se datorează faptului că tensiunile ridicate permit curentul să curgă în înfășurări mai rapid decât pragul de 63% discutat anterior.

Vibrații

Când un motor pas cu pas trece de la un pas la altul, rotorul nu se oprește instantaneu în poziția țintă. În schimb, trece pe lângă poziția finală, apoi este atrasă, depășind în direcția opusă și continuă să oscileze înainte și înapoi până când în cele din urmă se oprește. Acest fenomen, denumit 'sună, ' apare cu fiecare pas pe care îl face motorul (vezi diagrama interactivă de mai jos). La fel ca un cordon de bungee, impulsul rotorului îl transportă dincolo de punctul său de oprire, determinându -l să -l „sară” înainte de a se așeza în repaus. Cu toate acestea, în multe cazuri, motorul este instruit să treacă la următorul pas înainte de a se opri complet.

Graficele de mai jos ilustrează comportamentul de apel al unui motor pas cu pas în diferite condiții de încărcare. Când motorul este descărcat, acesta prezintă un apel semnificativ, ceea ce se traduce prin vibrații crescute. Această vibrație excesivă poate duce la blocarea motorului atunci când este descărcat sau încărcat ușor, deoarece poate pierde sincronizarea. Prin urmare, este esențial să testați întotdeauna un Motor pas cu o sarcină corespunzătoare.

Celelalte două grafice prezintă performanța motorului atunci când sunt încărcate. 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 producția maximă a cuplului motorului. În plus, raportul de inerție al sarcinii și rotorului ar trebui să se încadreze 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.

Asistență de la BESFOC

Specialiștii și inginerii din aplicații BESFOC sunt disponibili pentru a ajuta la dimensionarea corectă a motorului.

Rezonanță și vibrații

O Motorul Stepper va experimenta vibrații semnificativ crescute atunci când frecvența pulsului de intrare coincide cu frecvența sa naturală, fenomen cunoscut sub numele de rezonanță. Acest lucru apare adesea în jur de 200 Hz. La rezonanță, depășirea și deplasarea rotorului sunt foarte amplificate, crescând probabilitatea pașilor lipsă. În timp ce frecvența rezonantă specifică poate varia cu inerția de încărcare, de obicei se ridică în jur de 200 Hz.

Pierderea pasului în motoarele cu 2 faze

Motoarele pas cu 2 faze pot lipsi doar pași în grupuri de patru. Dacă observați pierderi de trepte care apar în multipli de patru, indică faptul că vibrațiile determină pierderea sincronizării motorului sau că sarcina poate fi excesivă. În schimb, dacă etapele ratate nu sunt în multipli de patru, există un indiciu puternic că fie numărul pulsului este incorect, fie zgomotul electric influențează performanța.

Rezonanța atenuantă

Mai multe strategii pot ajuta la atenuarea efectelor prin rezonanță. Cea mai simplă abordare este de a evita să funcționeze cu totul la viteza rezonantă. Deoarece 200 Hz corespunde la aproximativ 60 rpm pentru un motor cu 2 faze, nu este o viteză extrem de mare. Cele mai multe Motorul Stepper au o viteză de pornire maximă de aproximativ 1000 de impulsuri pe secundă (PPS). Prin urmare, în multe cazuri, puteți iniția operația motorului cu o viteză mai mare decât frecvența rezonantă.

Dacă aveți nevoie să porniți motorul cu o viteză sub frecvența rezonantă, este important să accelerați rapid prin intervalul rezonant pentru a minimiza efectele vibrațiilor.

Reducerea unghiului de pas

O altă soluție eficientă este utilizarea unui unghi de pas mai mic. Unghiurile de pas mai mari tind să conducă la o depășire mai mare și la subliniere. 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 un motiv pentru care tehnicile cu jumătate de avizare și microstepping sunt atât de eficiente în reducerea vibrațiilor.

Asigurați -vă că selectați motorul pe baza cerințelor de încărcare. Dimensiunea corectă a motorului poate duce la o performanță generală mai bună.

Folosind amortizoare

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, contribuind la netezirea funcționării unui motor vibrant într-o manieră rentabilă.

Motoare cu 5 faze

Un avans relativ nou în Tehnologia Motor Stepper  este motorul pas cu 5 faze. Cea mai vizibilă diferență între motoarele cu 2 faze și cu 5 faze (vezi diagrama interactivă de mai jos) este numărul de poli statorici: motoarele cu 2 faze au 8 poli (4 pe fază), în timp ce motoarele cu 5 faze prezintă 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 mută rotorul cu 1/4 ton de dinți, în timp ce într-un motor cu 5 faze, rotorul se deplasează 1/10 dintr-un pas din dinți datorită proiectării sale. Cu un pas de dinte de 7,2 °, unghiul de pas pentru motorul cu 5 faze devine 0,72 °. Această construcție permite motorului cu 5 faze să obțină 500 de pași pe revoluție, în comparație cu 200 de etape ale motorului cu 2 faze pe revoluție, oferind o rezoluție care este 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, care 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, se confruntă cu un apel și vibrații mult mai mici. În ambele tipuri de motor, rotorul trebuie să depășească sau să se deplaseze cu mai mult de 3,6 ° pentru a rata treptele. Cu unghiul de pas al motorului cu 5 faze de doar 0,72 °, devine aproape imposibil ca motorul să depășească sau să se deplaseze de o astfel de marjă, rezultând o probabilitate foarte mică de a pierde sincronizarea.

Metode de conducere

Există patru metode de unitate primară pentru Motor Stepper S:

1. Unitatea de undă (pas complet)

2. 2 faze pe (pas complet)

3. 1-2 faze pe (jumătate de pas)

4. Microstep

Drive Wave

În diagrama de mai jos, metoda de unitate a valurilor este simplificată pentru a ilustra principiile sale. Fiecare rând de 90 ° descris în ilustrație reprezintă 1,8 ° de rotație a rotorului într -un motor real.

În metoda de acționare a valurilor, cunoscută și sub denumirea de 1 fază pe metodă, o singură fază este alimentate simultan. Când faza A este activată, creează un pol sud care atrage polul nord al rotorului. Apoi, faza A este oprită și faza B este pornită, ceea ce face ca rotorul să se rotească 90 ° (1,8 °), iar acest proces continuă cu fiecare fază energizată individual.

Unitatea de undă funcționează cu o secvență electrică în patru etape pentru a roti motorul.

 

2 faze pe

În metoda de acționare '2 faze de pe ', ambele faze ale motorului sunt energizate continuu.

După cum este ilustrat mai jos, fiecare rotație de 90 ° corespunde unei rotații de rotor de 1,8 °. Atunci când atât fazele A și B sunt alimentate ca poli de sud, polul nord al rotorului este atras în mod egal la ambii poli, ceea ce face ca acesta 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 energizați.

Metoda '2 faze pe ' funcționează folosind o secvență electrică în patru etape pentru a roti motorul.

Motoarele de tip M standard și 2 faze M de tip M utilizează această metodă de unitate '2 faze pe '.

Principalul avantaj al metodei '2 faze pe ' de pe metoda '1 pe ' este cuplul. În metoda '1 pe faza ', o singură fază este activată simultan, rezultând o singură unitate de cuplu care acționează asupra rotorului. În schimb, metoda '2 faze pe ' energizează ambele faze simultan, producând două unități de cuplu. Un vector de cuplu acționează la poziția ora 12, iar celălalt la poziția de la ora 3. Când acești doi vectori de cuplu sunt combinați, ele creează un vector rezultat la un unghi de 45 °, cu o mărime care este cu 41,4% mai mare decât cea a unui singur vector. Aceasta înseamnă că utilizarea metodei '2 faze pe ' ne permite să obținem același unghi de pas ca metoda '1 pe ', în timp ce livrăm 41% mai mult cuplu.

Cu toate acestea, motoarele cu cinci faze funcționează oarecum diferit. În loc să folosească metoda '2 faze pe ', folosesc metoda '4 pe '. În această abordare, patru dintre faze sunt activate simultan de fiecare dată când motorul face un pas.

Drept urmare, motorul cu cinci faze urmează o secvență electrică de 10 etape în timpul funcționării.

1-2 faze pe (jumătate de pas)

Metoda '1-2 faze pe ', cunoscută și sub denumirea de jumătate de pas, combină principiile celor două metode anterioare. În această abordare, energizăm mai întâi faza A, determinând alinierea rotorului. În timp ce menținem faza A energizată, activăm apoi faza B. În acest moment, rotorul este atras în egală măsură atât de poli și de aliniere la mijloc, ceea ce duce la o rotație de 45 ° (sau 0,9 °). În continuare, oprim faza A în timp ce continuăm să energizăm faza B, permițând motorului să facă un alt pas. Acest proces continuă, alternând între energizarea unei faze și două faze. Făcând acest lucru, reducem efectiv unghiul de pas în jumătate, ceea ce ajută la reducerea vibrațiilor.

Pentru un motor în 5 faze, folosim o strategie similară prin alternarea între 4 faze pe și 5 faze pe.

Modul la jumătate de etapă constă dintr-o secvență electrică în opt etape. În cazul unui motor cu cinci faze folosind metoda '4-5 pe ', motorul trece printr-o secvență electrică în 20 de etape.

Microstep

(Se pot adăuga mai multe informații despre microstepping, dacă este necesar.)

Microstepping

Microstepping este o tehnică folosită pentru a face pași mai mici și mai fine. Cu cât sunt mai mici treptele, cu atât rezoluția este mai mare și cu atât caracteristicile de vibrație ale motorului sunt mai bune. În microstepping, o fază nu este nici pe deplin, nici complet oprită; În schimb, este parțial energizat. Undele sinusoidale sunt aplicate atât în ​​faza A, cât și la faza 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 în faza A, faza B este la zero, ceea ce face ca rotorul să se alinieze cu faza A. Pe măsură ce curentul la faza A scade, curentul până la faza B crește, permițând rotorului să facă pași minusculi spre faza B. Acest proces continuă ca cicluri de curent între cele două faze, ceea ce duce la o mișcare netedă a microsteppingului.

Cu toate acestea, microsteppingul prezintă unele provocări, în principal în ceea ce privește precizia și cuplul. Deoarece fazele sunt doar parțial energizate, motorul experimentează de obicei o reducere a cuplului de aproximativ 30%. În plus, deoarece diferențialul de cuplu între pași este minim, motorul s -ar putea lupta să depășească o sarcină, ceea ce poate duce la situații în care motorul este poruncit să se deplaseze cu mai mulți pași înainte de a începe să se miște. În multe cazuri, încorporarea codificatoarelor este necesară pentru a crea un sistem cu buclă închisă, deși acest lucru se adaugă la costul general.

Sisteme de motor pas cu pas

Sisteme de bucle deschise
cu buclă închisă sisteme
servo -sisteme

Buclă deschisă

Motorul Stepper este de obicei proiectat ca sisteme cu buclă deschisă. În această configurație, un generator de impulsuri trimite impulsuri către circuitul de secvențiere a fazelor. Sequencerul de fază determină ce faze trebuie pornite sau dezactivate, așa cum s -a descris anterior în metodele complete de pas și jumătate de etapă. 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.

Buclă închisă

Una dintre cele mai frecvente metode pentru implementarea unui sistem cu buclă închisă este adăugarea unui codificator la arborele din spate al unui motor cu ax dublu. Codificatorul este format dintr -un disc subțire marcat cu linii care se rotește între un emițător și un receptor. De fiecare dată când o linie trece între aceste două componente, generează un impuls pe liniile de semnal.

Aceste impulsuri de ieșire sunt apoi readuse la controler, ceea ce păstrează un număr dintre ele. De obicei, la sfârșitul unei mișcări, controlerul compară numărul de impulsuri pe care le -a trimis șoferului cu numărul de impulsuri primite de la codificator. O rutină specifică este executată prin care, dacă cele două numărări diferă, sistemul se adaptează pentru a corecta discrepanța. Dacă numărul se potrivește, indică faptul că nu a apărut nicio eroare, iar mișcarea poate continua fără probleme.

Dezavantajele sistemelor cu buclă închisă

Sistemul cu buclă închisă vine cu două dezavantaje principale: cost (și complexitate) și timp de răspuns. Includerea unui codificator se adaugă la cheltuielile generale ale sistemului, împreună cu sofisticarea crescută a controlerului, care contribuie la costul total. În plus, deoarece corecțiile se fac doar la sfârșitul unei mișcări, aceasta poate introduce întârzieri în sistem, potențial încetinind timpii de răspuns.

Sistem servo

O alternativă la sistemele de pas cu buclă închisă este un sistem servo. Sistemele servo folosesc de obicei motoare cu un număr scăzut de stâlpi, permițând performanțe de mare viteză, dar lipsită de capacitate de poziționare inerentă. Pentru a converti un servo într -un dispozitiv pozițional, sunt necesare mecanisme de feedback, adesea folosind un codificator sau rezolvator împreună cu bucle de control.

Într -un sistem servo, motorul este activat și dezactivat până când rezolvatorul indică faptul că a fost atinsă o poziție specificată. De exemplu, dacă servo -ul este instruit să mute 100 de revoluții, acesta începe cu numărul de rezolvare la zero. Motorul rulează până când numărul de rezolvare ajunge la 100 de rotații, moment în care se oprește. Dacă există vreo schimbare de poziție, motorul este reactivat pentru a corecta poziția.

Răspunsul servo la erori de poziție este influențat de o setare de câștig. O setare de câștig mare permite motorului să reacționeze rapid la modificări de eroare, în timp ce o setare de câștig scăzută are ca rezultat un răspuns mai lent. Cu toate acestea, ajustarea setărilor de câștig poate introduce întârzieri în timp în sistemul de control al mișcării, afectând performanța generală.

Sisteme de motor Stepper cu buclă închisă alphastep

Alphastep este inovatorul lui BesFoc Soluție Motor Stepper  , care prezintă un rezolvator integrat care oferă feedback în timp real. Acest design asigură că poziția exactă a rotorului este cunoscută în orice moment, sporind precizia și fiabilitatea sistemului.

Sisteme de motor Stepper cu buclă închisă alphastep

Driverul Alphastep dispune de un contor de intrare care urmărește toate impulsurile trimise la unitate. Simultan, feedback -ul de la rezolvare este direcționat către un contor de poziție a rotorului, permițând monitorizarea continuă a poziției rotorului. Orice discrepanțe sunt înregistrate într -un contor de abatere.

În mod obișnuit, motorul funcționează în modul buclă deschisă, generând vectori de cuplu pentru ca motorul să urmeze. Cu toate acestea, dacă contorul de abatere indică o discrepanță mai mare de ± 1,8 °, secvențiatorul de fază activează vectorul de cuplu în secțiunea superioară a curbei de deplasare a cuplului. Acest lucru generează un cuplu maxim pentru a realinia rotorul și a -l readuce în sincronism. Dacă motorul este oprit cu mai mulți pași, secvențiatorul energizează mai mulți vectori de cuplu la capătul înalt al curbei de deplasare a cuplului. Șoferul poate gestiona condițiile de suprasarcină până la 5 secunde; Dacă nu reușește să restabilească sincronismul în acest interval de timp, se declanșează o defecțiune 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 imediat ce rotorul se încadrează în intervalul de 1,8 °. Odată ce rotorul este din nou în această limită, șoferul revine la modul de buclă deschisă și reia energizările de fază corespunzătoare.

Graficul însoțitor ilustrează curba de deplasare a cuplului, subliniind modurile operaționale ale sistemului - buclă deschisă și buclă închisă. Curba de deplasare a cuplului reprezintă cuplul generat de o singură fază, obținând cuplul maxim atunci când poziția rotorului se abate cu 1,8 °. Un pas poate fi ratat numai 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 pașii, cu excepția cazului în care se confruntă cu o suprasarcină care durează mai mult de 5 secunde.

Precizia pasului alfastep

Mulți oameni cred în mod greșit că precizia pasului motorului Alphastep este de ± 1,8 °. În realitate, Alphaspep are o precizie în pas de 5 minute de arc (0,083 °). Șoferul gestionează vectorii de cuplu atunci când rotorul este în afara intervalului de 1,8 °. Odată ce rotorul se încadrează în acest interval, dinții rotorului se aliniază precis cu vectorul de cuplu generat. Alphastep se asigură că dintele corect se aliniază cu vectorul de cuplu activ.

Seria Alphastep vine în diverse versiuni. BESFOC oferă atât arbore rotund, cât și modele angrenate, cu mai multe raporturi de viteze pentru a îmbunătăți rezoluția și cuplul sau pentru a minimiza inerția reflectată. Majoritatea versiunilor pot fi echipate cu o frână magnetică sigură. În plus, BESFOC oferă o versiune de 24 VDC numită seria ASC.

Concluzie

În concluzie, motoarele pas cu pas sunt foarte potrivite pentru poziționarea aplicațiilor. Ele permit un control precis atât al distanței, cât și al vitezei, pur și simplu prin variația numărului de impulsuri și a frecvenței. Numărul lor ridicat de stâlpi permite precizia, chiar și atunci când operează în modul buclă deschisă. Când este dimensionat corespunzător pentru o anumită aplicație, a Motorul Stepper nu va lipsi pașii. Mai mult, pentru că nu necesită feedback pozițional, motoarele cu pas cu pas sunt o soluție rentabilă.