Zobrazenia: 0 Autor: Editor stránky Čas zverejnenia: 2025-04-18 Pôvod: stránky
A krokový motor je typ elektromotora, ktorý sa pohybuje v presných, pevných krokoch, namiesto toho, aby sa nepretržite otáčal ako bežný motor. Bežne sa používa v aplikáciách, kde sa vyžaduje presné riadenie polohy, ako sú 3D tlačiarne, CNC stroje, robotika a platformy kamier.
Krokové motory sú typ elektromotora, ktorý premieňa elektrickú energiu na rotačný pohyb s pozoruhodnou presnosťou. Na rozdiel od bežných elektromotorov, ktoré poskytujú nepretržitú rotáciu, sa krokové motory otáčajú v diskrétnych krokoch, vďaka čomu sú ideálne pre aplikácie vyžadujúce presné polohovanie.
Každý impulz elektriny odoslaný do krokového motora z jeho pohonu má za následok presný pohyb – každý impulz zodpovedá konkrétnemu kroku. Rýchlosť, ktorou sa motor otáča, priamo koreluje s frekvenciou týchto impulzov: čím rýchlejšie sú impulzy vysielané, tým rýchlejšie je otáčanie.
Jednou z kľúčových výhod krokový motor s je ich jednoduché ovládanie. Väčšina ovládačov pracuje s 5-voltovými impulzmi, kompatibilnými s bežnými integrovanými obvodmi. Môžete navrhnúť obvod na generovanie týchto impulzov alebo použiť generátor impulzov od spoločností ako BesFoc.
Napriek ich občasným nepresnostiam – štandardné krokové motory majú presnosť približne ± 3 oblúkové minúty (0,05°) – sa tieto chyby nehromadia pri viacerých krokoch. Napríklad, ak štandardný krokový motor urobí jeden krok, otočí sa o 1,8° ± 0,05°. Dokonca aj po milióne krokov je celková odchýlka stále len ± 0,05°, vďaka čomu sú spoľahlivé pre presné pohyby na veľké vzdialenosti.
Okrem toho sú krokové motory známe svojou rýchlou odozvou a zrýchlením vďaka nízkej zotrvačnosti rotora, čo im umožňuje rýchlo dosiahnuť vysoké rýchlosti. Vďaka tomu sú obzvlášť vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú krátke a rýchle pohyby.
A krokový motor funguje tak, že rozdeľuje plnú rotáciu na niekoľko rovnakých krokov. Používa elektromagnety na vytváranie pohybu v malých, kontrolovaných prírastkoch.
Krokový motor má dve hlavné časti:
Stator – stacionárna časť s cievkami (elektromagnetmi).
Rotor – rotujúca časť, často magnet alebo vyrobená zo železa.
Keď elektrický prúd preteká cievkami statora, vytvára magnetické polia.
Tieto polia priťahujú rotor.
Zapínaním a vypínaním cievok v určitom poradí sa rotor ťahá krok za krokom krúživým pohybom.
Zakaždým, keď je cievka nabudená, rotor sa pohne o malý uhol (nazývaný krok).
Napríklad, ak má motor 200 krokov na otáčku, každý krok posunie rotor o 1,8°.
Motor sa môže otáčať dopredu alebo dozadu v závislosti od poradia impulzov vysielaných do cievok.
A ovládač krokového motora vysiela elektrické impulzy do cievok motora.
Čím viac impulzov, tým viac sa motor otáča.
Mikrokontroléry (ako Arduino alebo Raspberry Pi) môžu ovládať tieto ovládače, aby presne pohybovali motorom.
Na obrázku nižšie je znázornený štandardný systém krokového motora, ktorý pozostáva z niekoľkých základných komponentov, ktoré spolupracujú. Výkon každého prvku ovplyvňuje celkovú funkčnosť systému.
Srdcom systému je počítač alebo programovateľný logický radič (PLC). Tento komponent funguje ako mozog, ovládajúci nielen krokový motor, ale aj celý stroj. Môže vykonávať rôzne úlohy, ako je zdvíhanie výťahu alebo pohyb dopravného pásu. V závislosti od potrebnej zložitosti môže tento ovládač siahať od sofistikovaného PC alebo PLC až po jednoduché ovládacie tlačidlo.
Ďalej je indexer alebo PLC karta, ktorá poskytuje špecifické pokyny krokový motor . Generuje požadovaný počet impulzov pre pohyb a upravuje frekvenciu impulzov na ovládanie zrýchlenia, rýchlosti a spomalenia motora. Indexer môže byť buď samostatná jednotka, ako napríklad BesFoc, alebo karta generátora impulzov, ktorá sa pripája k PLC. Bez ohľadu na jeho tvar je tento komponent rozhodujúci pre chod motora.
Pohon motora pozostáva zo štyroch kľúčových častí:
Logika pre fázovú kontrolu: Táto logická jednotka prijíma impulzy z indexátora a určuje, ktorá fáza motora sa má aktivovať. Napájanie fáz musí prebiehať podľa špecifickej sekvencie, aby sa zabezpečila správna prevádzka motora.
Logický zdroj napájania: Toto je nízkonapäťový zdroj, ktorý napája integrované obvody (IC) v ovládači, zvyčajne pracujúce okolo 5 voltov, na základe čipovej sady alebo dizajnu.
Napájanie motora: Tento zdroj poskytuje potrebné napätie na napájanie motora, zvyčajne okolo 24 V jednosmerného prúdu, aj keď môže byť vyššie v závislosti od aplikácie.
Výkonový zosilňovač: Tento komponent pozostáva z tranzistorov, ktoré umožňujú prúdenie prúdu cez fázy motora. Tieto tranzistory sa zapínajú a vypínajú v správnom poradí, aby sa uľahčil pohyb motora.
Nakoniec, všetky tieto komponenty spolupracujú pri presúvaní nákladu, ktorým môže byť vodiaca skrutka, disk alebo dopravný pás, v závislosti od konkrétnej aplikácie.
Existujú tri hlavné typy krokových motorov:
Tieto motory majú zuby na rotore a statore, ale neobsahujú permanentný magnet. V dôsledku toho im chýba aretačný moment, čo znamená, že nedržia svoju polohu, keď nie sú pod napätím.
Krokové motory PM majú na rotore permanentný magnet, ale nemajú zuby. Aj keď zvyčajne vykazujú menšiu presnosť v uhloch kroku, poskytujú aretačný krútiaci moment, ktorý im umožňuje udržať polohu, keď je napájanie vypnuté.
BesFoc sa špecializuje výlučne na hybrid krokový motor s. Tieto motory spájajú magnetické vlastnosti permanentných magnetov s ozubenou konštrukciou motorov s premenlivou reluktanciou. Rotor je axiálne magnetizovaný, čo znamená, že v typickej konfigurácii je horná polovica severný pól a spodná polovica južný pól.
Rotor pozostáva z dvoch ozubených misky, z ktorých každá má 50 zubov. Tieto misky sú posunuté o 3,6°, čo umožňuje presné umiestnenie. Pri pohľade zhora môžete vidieť, že zub na miske severného pólu je zarovnaný so zubom na miske južného pólu, čím vytvára efektívny systém ozubenia.
Hybridné krokové motory pracujú na dvojfázovej konštrukcii, pričom každá fáza obsahuje štyri póly vzdialené od seba 90°. Každý pól vo fáze je navinutý tak, že póly 180° od seba majú rovnakú polaritu, zatiaľ čo polarity sú opačné pre tie 90° od seba. Obrátením prúdu v ktorejkoľvek fáze je možné obrátiť aj polaritu príslušného pólu statora, čo umožňuje motoru premeniť akýkoľvek pól statora na severný alebo južný pól.
Rotor krokového motora má 50 zubov s rozstupom 7,2° medzi každým zubom. Ako motor pracuje, zarovnanie zubov rotora so zubami statora sa môže meniť – konkrétne môže byť posunuté o tri štvrtiny rozstupu zubov, polovicu rozstupu zubov alebo štvrtinu rozstupu zubov. Keď motor šliape, prirodzene prechádza najkratšou cestou, aby sa znovu zarovnal, čo sa premieta do pohybu 1,8° na krok (keďže 1/4 zo 7,2° sa rovná 1,8°).
Krútiaci moment a presnosť v krokové motory sú ovplyvnené počtom pólov (zubov). Vo všeobecnosti vyšší počet pólov vedie k zlepšenému krútiacemu momentu a presnosti. BesFoc ponúka krokové motory s 'vysokým rozlíšením', ktoré majú polovičný rozstup zubov ako ich štandardné modely. Tieto rotory s vysokým rozlíšením majú 100 zubov, výsledkom čoho je uhol 3,6° medzi každým zubom. Pri tomto nastavení zodpovedá pohyb o 1/4 rozstupu zubov menšiemu kroku 0,9°.
Výsledkom je, že modely s 'vysokým rozlíšením' poskytujú dvojnásobné rozlíšenie ako štandardné motory a dosahujú 400 krokov na otáčku v porovnaní s 200 krokmi na otáčku v štandardných modeloch. Menšie uhly kroku tiež vedú k nižším vibráciám, pretože každý krok je menej výrazný a pozvoľnejší.
Nižšie uvedený diagram znázorňuje prierez 5-fázového krokového motora. Tento motor pozostáva predovšetkým z dvoch hlavných častí: statora a rotora. Samotný rotor sa skladá z troch komponentov: miska rotora 1, miska rotora 2 a permanentný magnet. Rotor je magnetizovaný v axiálnom smere; ak je napríklad miska 1 rotora označená ako severný pól, miska 2 rotora bude južný pól.
Stator obsahuje 10 magnetických pólov, z ktorých každý je vybavený malými zubami a zodpovedajúcimi vinutiami. Tieto vinutia sú navrhnuté tak, že každé je spojené s vinutím svojho opačného pólu. Keď prúd preteká dvojicou vinutí, póly, ktoré spájajú, magnetizujú v rovnakom smere - buď na sever alebo na juh.
Každý protiľahlý pár pólov tvorí jednu fázu motora. Vzhľadom na to, že existuje celkovo 10 magnetických pólov, výsledkom je päť rôznych fáz v rámci tejto 5-fázy krokový motor.
Dôležité je, že každá miska rotora má po svojom vonkajšom obvode 50 zubov. Zuby na miske 1 rotora a miske 2 rotora sú od seba mechanicky posunuté o polovicu rozstupu zubov, čo umožňuje presné zarovnanie a pohyb počas prevádzky.
Pochopenie, ako čítať krivku rýchlosti a krútiaceho momentu, je kľúčové, pretože poskytuje prehľad o tom, čo je motor schopný dosiahnuť. Tieto krivky predstavujú výkonové charakteristiky konkrétneho motora pri spárovaní s konkrétnym ovládačom. Keď je motor v prevádzke, jeho krútiaci moment je ovplyvnený typom pohonu a použitým napätím. Výsledkom je, že ten istý motor môže vykazovať výrazne odlišné krivky otáčok a krútiaceho momentu v závislosti od použitého pohonu.
BesFoc poskytuje tieto krivky rýchlosti a krútiaceho momentu ako referenciu. Ak použijete motor s meničom, ktorý má podobné menovité napätie a prúd, môžete očakávať porovnateľný výkon. Ak chcete získať interaktívny zážitok, pozrite si nižšie uvedenú krivku rýchlosti a krútiaceho momentu:
Prídržný krútiaci moment
Toto je množstvo krútiaceho momentu produkovaného motorom, keď je v pokoji, pričom jeho vinutím preteká menovitý prúd.
Oblasť štart/stop
Táto časť uvádza hodnoty krútiaceho momentu a rýchlosti, pri ktorých sa motor môže okamžite spustiť, zastaviť alebo vrátiť späť.
Pull-In Torque
Toto sú hodnoty krútiaceho momentu a rýchlosti, ktoré umožňujú spustenie, zastavenie alebo spätný chod motora, pričom zostávajú v synchronizácii so vstupnými impulzmi.
Pulout Torque
Vzťahuje sa na hodnoty krútiaceho momentu a otáčok, pri ktorých môže motor pracovať bez zastavenia, pričom sa zachováva synchronizácia so vstupnými fázami. Predstavuje maximálny krútiaci moment, ktorý môže motor dodať počas prevádzky.
Maximálna štartovacia rýchlosť
Toto je najvyššia rýchlosť, pri ktorej sa motor môže rozbehnúť, keď nie je aplikovaná žiadna záťaž.
Maximálna rýchlosť chodu
Označuje najvyššiu rýchlosť, ktorú môže motor dosiahnuť pri behu bez zaťaženia.
Aby motor fungoval v oblasti medzi vťahovacím a vyťahovacím momentom, musí sa najprv spustiť v oblasti štart/stop. Keď motor začne bežať, frekvencia impulzov sa postupne zvyšuje, kým sa nedosiahne požadovaná rýchlosť. Na zastavenie motora sa potom otáčky znížia, až kým neklesnú pod krivku záťahového momentu.
Krútiaci moment je priamo úmerný prúdu a počtu závitov drôtu v motore. Na zvýšenie krútiaceho momentu o 20 % by sa mal zvýšiť aj prúd približne o 20 %. Naopak, aby sa znížil krútiaci moment o 50 %, mal by sa prúd znížiť o 50 %.
Avšak kvôli magnetickej saturácii nie je prínosom zvýšenie prúdu nad dvojnásobok menovitého prúdu, pretože za týmto bodom ďalšie zvýšenie nezvýši krútiaci moment. Prevádzka pri približne desaťnásobku menovitého prúdu predstavuje riziko demagnetizácie rotora.
Všetky naše motory sú vybavené izoláciou triedy B, ktorá dokáže odolať teplotám až do 130 °C, kým izolácia začne degradovať. Na zabezpečenie dlhej životnosti odporúčame udržiavať teplotný rozdiel 30 °C zvnútra smerom von, čo znamená, že vonkajšia teplota krytu by nemala presiahnuť 100 °C.
Indukčnosť hrá významnú úlohu pri vysokorýchlostnom krútiacom momente. Vysvetľuje, prečo motory nevykazujú nekonečne vysoké úrovne krútiaceho momentu. Každé vinutie motora má odlišné hodnoty indukčnosti a odporu. Indukčnosť meraná v henry, delená odporom v ohmoch, vedie k časovej konštante (v sekundách). Táto časová konštanta udáva, ako dlho trvá, kým cievka dosiahne 63 % svojho menovitého prúdu. Napríklad, ak je motor dimenzovaný na 1 ampér, po jednej časovej konštante dosiahne cievka približne 0,63 ampéra. Zvyčajne trvá približne štyri až päť časových konštánt, kým cievka dosiahne plný prúd (1 ampér). Keďže krútiaci moment je úmerný prúdu, ak prúd dosiahne iba 63 %, motor po jednej časovej konštante vytvorí približne 63 % svojho maximálneho krútiaceho momentu.
Pri nízkych rýchlostiach nie je toto oneskorenie pri nahromadení prúdu problémom, pretože prúd môže účinne vstúpiť a rýchlo vystúpiť z cievok, čo umožňuje motoru dodať menovitý krútiaci moment. Pri vysokých rýchlostiach sa však prúd nemôže dostatočne rýchlo zvýšiť pred prepnutím ďalšej fázy, čo vedie k zníženiu krútiaceho momentu.
Napätie vodiča výrazne ovplyvňuje vysokorýchlostný výkon a krokový motor . Vyšší pomer hnacieho napätia k napätiu motora vedie k zlepšeniu vysokorýchlostných schopností. Je to preto, že zvýšené napätie umožňuje prúdenie prúdu do vinutia rýchlejšie ako 63% prahová hodnota, o ktorej sa hovorilo vyššie.
Keď krokový motor prechádza z jedného kroku na druhý, rotor sa nezastaví okamžite v cieľovej polohe. Namiesto toho sa pohybuje za konečnou pozíciou, potom sa ťahá späť, pretáča v opačnom smere a pokračuje v oscilácii tam a späť, až kým sa nakoniec nezastaví. Tento jav, označovaný ako 'zvonenie', sa vyskytuje pri každom kroku, ktorý motor vykoná (pozrite si interaktívny diagram nižšie). Podobne ako bungee lano, hybnosť rotora ho prenáša za bod zastavenia, čo spôsobuje, že sa 'odskočí' predtým, ako sa usadí v pokoji. V mnohých prípadoch je však motor poučený, aby prešiel na ďalší krok skôr, ako sa úplne zastaví.
Nižšie uvedené grafy znázorňujú zvonenie krokového motora pri rôznych podmienkach zaťaženia. Keď je motor nezaťažený, vykazuje výrazné zvonenie, čo sa premieta do zvýšených vibrácií. Tieto nadmerné vibrácie môžu viesť k zastaveniu motora, keď je nezaťažený alebo mierne zaťažený, pretože môže stratiť synchronizáciu. Preto je nevyhnutné vždy testovať a krokový motor s primeranou záťažou.
Ďalšie dva grafy zobrazujú výkon motora pri zaťažení. Správne zaťaženie motora pomáha stabilizovať jeho prevádzku a znižovať vibrácie. V ideálnom prípade by záťaž mala vyžadovať 30 % až 70 % maximálneho krútiaceho momentu motora. Okrem toho by pomer zotrvačnosti záťaže k rotoru mal klesnúť medzi 1:1 a 10:1. Pre kratšie a rýchlejšie pohyby je vhodnejšie, aby bol tento pomer bližšie k 1:1 až 3:1.
Aplikační špecialisti a inžinieri BesFoc sú k dispozícii, aby vám pomohli so správnym dimenzovaním motora.
A krokový motor zažije výrazne zvýšené vibrácie, keď sa frekvencia vstupného impulzu zhoduje s jeho vlastnou frekvenciou, jav známy ako rezonancia. Toto sa často vyskytuje okolo 200 Hz. Pri rezonancii sú prekmity a podkmity rotora značne zosilnené, čím sa zvyšuje pravdepodobnosť chýbajúcich krokov. Zatiaľ čo špecifická rezonančná frekvencia sa môže meniť so zotrvačnosťou zaťaženia, zvyčajne sa pohybuje okolo 200 Hz.
2-fázové krokové motory môžu vynechať kroky iba v skupinách po štyroch. Ak spozorujete stratu kroku v násobkoch štyroch, znamená to, že vibrácie spôsobujú, že motor stráca synchronizáciu alebo že zaťaženie môže byť nadmerné. Naopak, ak vynechané kroky nie sú v násobkoch štyroch, existuje silný náznak toho, že počet impulzov je nesprávny alebo výkon ovplyvňuje elektrický šum.
Niekoľko stratégií môže pomôcť zmierniť účinky rezonancie. Najjednoduchším prístupom je úplne sa vyhnúť prevádzke pri rezonančnej rýchlosti. Keďže 200 Hz zodpovedá približne 60 ot./min pre 2-fázový motor, nejde o extrémne vysoké otáčky. Väčšina krokové motory majú maximálnu štartovaciu rýchlosť okolo 1000 impulzov za sekundu (pps). Preto v mnohých prípadoch môžete spustiť chod motora pri rýchlosti vyššej ako je rezonančná frekvencia.
Ak potrebujete naštartovať motor pri rýchlosti, ktorá je pod rezonančnou frekvenciou, je dôležité rýchlo zrýchliť cez rezonančný rozsah, aby sa minimalizovali účinky vibrácií.
Ďalším efektívnym riešením je použiť menší uhol kroku. Väčšie uhly kroku majú za následok väčšie pretáčanie a podtáčanie. Ak má motor na prejdenie krátku vzdialenosť, nevyvinie dostatočnú silu (krútiaci moment) na výrazné prekmitanie. Znížením uhla kroku motor zažije menej vibrácií. To je jeden z dôvodov, prečo sú techniky polovičného a mikrokrokovania také účinné pri znižovaní vibrácií.
Nezabudnite vybrať motor na základe požiadaviek na zaťaženie. Správne dimenzovanie motora môže viesť k lepšiemu celkovému výkonu.
Tlmiče sú ďalšou možnosťou, ktorú treba zvážiť. Tieto zariadenia môžu byť namontované na zadnom hriadeli motora, aby absorbovali časť vibračnej energie, čím pomáhajú vyhladzovať prevádzku vibračného motora nákladovo efektívnym spôsobom.
Relatívne nový pokrok v Technológia krokového motora je 5-fázový krokový motor. Najvýraznejším rozdielom medzi 2-fázovými a 5-fázovými motormi (pozri interaktívny diagram nižšie) je počet pólov statora: 2-fázové motory majú 8 pólov (4 na fázu), zatiaľ čo 5-fázové motory majú 10 pólov (2 na fázu). Konštrukcia rotora je podobná konštrukcii 2-fázového motora.
V 2-fázovom motore každá fáza pohybuje rotorom o 1/4 rozstupu zubov, zatiaľ čo v 5-fázovom motore sa rotor vďaka svojej konštrukcii pohybuje o 1/10 rozstupu zubov. Pri rozstupe zubov 7,2° sa uhol kroku pre 5-fázový motor stane 0,72°. Táto konštrukcia umožňuje 5-fázovému motoru dosiahnuť 500 krokov na otáčku v porovnaní s 200 krokmi na otáčku 2-fázového motora, čo poskytuje rozlíšenie, ktoré je 2,5-krát väčšie ako rozlíšenie 2-fázového motora.
Vyššie rozlíšenie vedie k menšiemu uhlu kroku, čo výrazne znižuje vibrácie. Keďže uhol kroku 5-fázového motora je 2,5-krát menší ako u 2-fázového motora, dochádza u neho k oveľa menšiemu zvoneniu a vibráciám. Pri oboch typoch motorov musí rotor prekĺznuť alebo podbehnúť o viac ako 3,6°, aby vynechal kroky. S uhlom kroku 5-fázového motora iba 0,72° je takmer nemožné, aby motor prekmital alebo podkmital o takú rezervu, čo má za následok veľmi nízku pravdepodobnosť straty synchronizácie.
Existujú štyri hlavné spôsoby pohonu krokový motor s:
Wave Drive (úplný krok)
2 fázy zapnuté (úplný krok)
1-2 fázy zapnutia (polovica kroku)
Mikrokrok
V nižšie uvedenom diagrame je metóda vlnového pohonu zjednodušená na ilustráciu jej princípov. Každá otáčka o 90° znázornená na obrázku predstavuje 1,8° rotácie rotora v skutočnom motore.
Pri metóde vlnového pohonu, známej aj ako metóda 1-fázového zapnutia, je vždy napájaná iba jedna fáza. Keď je aktivovaná fáza A, vytvára južný pól, ktorý priťahuje severný pól rotora. Potom sa fáza A vypne a fáza B sa zapne, čo spôsobí otočenie rotora o 90° (1,8°) a tento proces pokračuje, pričom každá fáza je napájaná samostatne.
Vlnový pohon pracuje so štvorkrokovou elektrickou sekvenciou na otáčanie motora.
Pri metóde pohonu '2 fázy zapnuté' sú obe fázy motora nepretržite napájané.
Ako je znázornené nižšie, každé otočenie o 90° zodpovedá otočeniu rotora o 1,8°. Keď sú obe fázy A aj B napájané ako južné póly, severný pól rotora je priťahovaný rovnako k obom pólom, čo spôsobuje, že je zarovnaný priamo v strede. Ako sekvencia postupuje a fázy sú aktivované, rotor sa bude otáčať, aby udržal zarovnanie medzi dvoma napájanými pólmi.
Metóda '2 Phases On' funguje pomocou štvorkrokovej elektrickej sekvencie na otáčanie motora.
Štandardné 2-fázové a 2-fázové motory typu M od BesFoc využívajú túto metódu pohonu '2 Phases On'.
Hlavnou výhodou metódy '2 Phase On' oproti metóde '1 Phase On' je krútiaci moment. Pri metóde '1 Phase On' sa súčasne aktivuje iba jedna fáza, čo vedie k tomu, že na rotor pôsobí jedna jednotka krútiaceho momentu. Na rozdiel od toho metóda '2 Phases On' napája obe fázy súčasne a vytvára dve jednotky krútiaceho momentu. Jeden vektor krútiaceho momentu pôsobí v polohe 12 hodín a druhý v polohe 3 hodín. Keď sa tieto dva vektory krútiaceho momentu skombinujú, vytvoria výsledný vektor pod uhlom 45° s veľkosťou, ktorá je o 41,4 % väčšia ako veľkosť jediného vektora. To znamená, že použitie metódy '2 Phase On' nám umožňuje dosiahnuť rovnaký uhol kroku ako metóda '1 Phase On' a zároveň dodať o 41 % vyšší krútiaci moment.
Päťfázové motory však fungujú trochu inak. Namiesto použitia metódy '2 Phases On' využívajú metódu '4 Phases On'. Pri tomto prístupe sa štyri fázy aktivujú súčasne vždy, keď motor urobí krok.
Výsledkom je, že päťfázový motor počas prevádzky sleduje 10-krokovú elektrickú sekvenciu.
Metóda '1-2 Phases On' známa aj ako polovičné krokovanie kombinuje princípy predchádzajúcich dvoch metód. Pri tomto prístupe najprv aktivujeme fázu A, čo spôsobí vyrovnanie rotora. Zatiaľ čo udržujeme fázu A pod napätím, potom aktivujeme fázu B. V tomto bode je rotor rovnako priťahovaný k obom pólom a je zarovnaný v strede, čo vedie k rotácii o 45° (alebo 0,9°). Ďalej vypneme fázu A a zároveň pokračujeme v napájaní fázy B, čo umožní motoru urobiť ďalší krok. Tento proces pokračuje, striedavo medzi napájaním jednej fázy a dvoch fáz. Tým efektívne znížime uhol kroku na polovicu, čo pomáha znižovať vibrácie.
Pre 5-fázový motor používame podobnú stratégiu striedaním medzi 4 zapnutými fázami a 5 zapnutými fázami.
Polkrokový režim pozostáva z osemkrokovej elektrickej sekvencie. V prípade päťfázového motora s použitím metódy '4-5 fáz zapnutia' prechádza motor 20-krokovou elektrickou sekvenciou.
(V prípade potreby je možné pridať ďalšie informácie o mikrokrokovaní.)
Mikrokrokovanie je technika používaná na ešte jemnejšie menšie kroky. Čím menšie sú kroky, tým vyššie je rozlíšenie a tým lepšia je charakteristika vibrácií motora. Pri mikrokrokovaní nie je fáza ani úplne zapnutá, ani úplne vypnutá; namiesto toho je čiastočne pod napätím. Sínusové vlny sa aplikujú na fázu A aj fázu B s fázovým rozdielom 90° (alebo 0,9° v päťfázovom krokový motor ).
Keď sa maximálny výkon aplikuje na fázu A, fáza B je na nule, čo spôsobí, že rotor sa zarovná s fázou A. Keď sa prúd do fázy A zníži, prúd do fázy B sa zvýši, čo umožní rotoru urobiť malé kroky smerom k fáze B. Tento proces pokračuje, keď prúd kolíše medzi dvoma fázami, čo vedie k hladkému mikrokrokovému pohybu.
Mikrokrokovanie však predstavuje určité výzvy, najmä pokiaľ ide o presnosť a krútiaci moment. Pretože fázy sú napájané len čiastočne, motor zvyčajne zažíva zníženie krútiaceho momentu o približne 30 %. Okrem toho, pretože rozdiel krútiaceho momentu medzi krokmi je minimálny, motor môže mať problémy s prekonaním záťaže, čo môže viesť k situáciám, keď je motoru prikázané, aby sa pohol o niekoľko krokov predtým, než sa skutočne začne pohybovať. V mnohých prípadoch je začlenenie kódovačov nevyhnutné na vytvorenie systému s uzavretou slučkou, hoci to zvyšuje celkové náklady.
Systémy s otvorenou slučkou
Systémy s uzavretou slučkou
Servosystémy
Krokové motory sú typicky navrhnuté ako systémy s otvorenou slučkou. V tejto konfigurácii generátor impulzov posiela impulzy do obvodu fázového sekvenovania. Fázový sekvencer určuje, ktoré fázy by sa mali zapnúť alebo vypnúť, ako už bolo popísané v postupoch s úplným a polovičným krokom. Sekvenátor riadi vysokovýkonné FET na aktiváciu motora.
V systéme s otvorenou slučkou však neexistuje overenie polohy, čo znamená, že neexistuje spôsob, ako potvrdiť, či motor vykonal prikázaný pohyb.
Jednou z najbežnejších metód implementácie systému s uzavretou slučkou je pridanie kódovača na zadný hriadeľ dvojhriadeľového motora. Kodér sa skladá z tenkého disku označeného čiarami, ktorý sa otáča medzi vysielačom a prijímačom. Zakaždým, keď medzi týmito dvoma komponentmi prechádza vedenie, generuje impulz na signálnych vedeniach.
Tieto výstupné impulzy sa potom privádzajú späť do regulátora, ktorý ich počíta. Typicky na konci pohybu ovládač porovnáva počet impulzov, ktoré poslal do ovládača, s počtom impulzov prijatých z kódovača. Vykoná sa špecifická rutina, pričom ak sa tieto dva počty líšia, systém sa prispôsobí, aby opravil nezrovnalosť. Ak sa počty zhodujú, znamená to, že nenastala žiadna chyba a pohyb môže plynulo pokračovať.
Systém uzavretej slučky má dve hlavné nevýhody: náklady (a zložitosť) a čas odozvy. Zahrnutie enkodéra zvyšuje celkové náklady systému spolu so zvýšenou sofistikovanosťou ovládača, čo prispieva k celkovým nákladom. Okrem toho, pretože korekcie sa vykonávajú iba na konci pohybu, môže to spôsobiť oneskorenie v systéme, čo môže spomaliť časy odozvy.
Alternatívou k krokovým systémom s uzavretou slučkou je servosystém. Servosystémy zvyčajne používajú motory s nízkym počtom pólov, čo umožňuje vysokorýchlostný výkon, ale chýba im vlastná schopnosť polohovania. Na premenu serva na polohové zariadenie sú potrebné mechanizmy spätnej väzby, často využívajúce kodér alebo resolver spolu s riadiacimi slučkami.
V servosystéme sa motor aktivuje a deaktivuje, kým rozkladač neukáže, že bola dosiahnutá špecifikovaná poloha. Napríklad, ak servo dostane pokyn, aby sa pohlo o 100 otáčok, začne s nulovým počtom rozkladačov. Motor beží, kým počet resolverov nedosiahne 100 otáčok, kedy sa vypne. Ak dôjde k akémukoľvek posunu polohy, motor sa znovu aktivuje, aby sa poloha opravila.
Odozva serva na polohové chyby je ovplyvnená nastavením zosilnenia. Nastavenie vysokého zosilnenia umožňuje motoru rýchlo reagovať na zmeny v chybe, zatiaľ čo nastavenie nízkeho zosilnenia má za následok pomalšiu odozvu. Úprava nastavení zosilnenia však môže vniesť do systému riadenia pohybu časové oneskorenia, ktoré ovplyvnia celkový výkon.
AlphaStep je inovatívny produkt BesFoc riešenie krokového motora s integrovaným resolverom, ktorý ponúka spätnú väzbu o polohe v reálnom čase. Táto konštrukcia zaisťuje, že je vždy známa presná poloha rotora, čím sa zvyšuje presnosť a spoľahlivosť systému.
Ovládač AlphaStep obsahuje vstupné počítadlo, ktoré sleduje všetky impulzy odoslané do jednotky. Súčasne je spätná väzba z resolvera smerovaná do počítadla polohy rotora, čo umožňuje nepretržité sledovanie polohy rotora. Akékoľvek nezrovnalosti sa zaznamenávajú do počítadla odchýlok.
Motor zvyčajne pracuje v režime otvorenej slučky, pričom generuje vektory krútiaceho momentu, ktoré má motor nasledovať. Ak však počítadlo odchýlok indikuje odchýlku väčšiu ako ±1,8°, fázový sledovač aktivuje vektor krútiaceho momentu v hornej časti krivky posunu krútiaceho momentu. To generuje maximálny krútiaci moment na opätovné nastavenie rotora a jeho návrat do synchronizácie. Ak sa motor vypne o niekoľko krokov, sekvenátor nabudí viacero vektorov krútiaceho momentu na hornom konci krivky posunu krútiaceho momentu. Vodič zvládne podmienky preťaženia až 5 sekúnd; ak sa nepodarí obnoviť synchronizáciu v tomto časovom rámci, spustí sa porucha a spustí sa alarm.
Pozoruhodnou vlastnosťou systému AlphaStep je jeho schopnosť robiť korekcie v reálnom čase pre akékoľvek zmeškané kroky. Na rozdiel od tradičných systémov, ktoré s opravou chýb čakajú až do konca pohybu, ovládač AlphaStep vykoná nápravné opatrenie, len čo sa rotor dostane mimo rozsah 1,8°. Keď sa rotor dostane späť do tohto limitu, ovládač sa vráti do režimu otvorenej slučky a obnoví príslušné fázy napájania.
Sprievodný graf znázorňuje krivku posunu krútiaceho momentu a zvýrazňuje prevádzkové režimy systému – otvorená slučka a uzavretá slučka. Krivka posunu krútiaceho momentu predstavuje krútiaci moment generovaný jednou fázou, pričom maximálny krútiaci moment sa dosiahne, keď sa poloha rotora odchýli o 1,8°. Krok je možné vynechať iba vtedy, ak rotor prekročí o viac ako 3,6°. Pretože vodič prevezme kontrolu nad vektorom krútiaceho momentu vždy, keď odchýlka presiahne 1,8°, je nepravdepodobné, že by motor vynechal kroky, pokiaľ nezaznamená preťaženie trvajúce viac ako 5 sekúnd.
Mnoho ľudí sa mylne domnieva, že presnosť kroku motora AlphaStep je ±1,8°. V skutočnosti má AlphaStep presnosť kroku 5 oblúkových minút (0,083°). Ovládač riadi vektory krútiaceho momentu, keď je rotor mimo rozsahu 1,8°. Keď sa rotor dostane do tohto rozsahu, zuby rotora sa presne zarovnajú s generovaným vektorom krútiaceho momentu. AlphaStep zaisťuje, že správny zub sa zarovná s aktívnym vektorom krútiaceho momentu.
Séria AlphaStep prichádza v rôznych verziách. BesFoc ponúka modely s okrúhlym hriadeľom a prevodové modely s viacerými prevodovými pomermi na zvýšenie rozlíšenia a krútiaceho momentu alebo na minimalizáciu odrazenej zotrvačnosti. Väčšina verzií môže byť vybavená bezpečnostnou magnetickou brzdou. BesFoc navyše poskytuje 24 V DC verziu s názvom ASC séria.
Na záver, krokové motory sú veľmi vhodné pre polohovacie aplikácie. Umožňujú presné ovládanie vzdialenosti a rýchlosti jednoduchou zmenou počtu impulzov a frekvencie. Ich vysoký počet pólov umožňuje presnosť aj pri prevádzke v režime otvorenej slučky. Pri správnej veľkosti pre konkrétnu aplikáciu, a krokovému motoru nebudú chýbať kroky. Navyše, pretože nevyžadujú polohovú spätnú väzbu, krokové motory sú nákladovo efektívnym riešením.
