Ogledi: 0 Avtor: Urednik mesta Čas objave: 2025-04-18 Izvor: Spletno mesto
A koračni motor je vrsta električnega motorja, ki se premika v natančnih, fiksnih korakih, namesto da bi se nenehno vrtel kot običajni motor. Običajno se uporablja v aplikacijah, kjer je potreben natančen nadzor položaja, kot so 3D tiskalniki, CNC stroji, robotika in platforme kamer.
Koračni motorji so vrsta električnih motorjev, ki pretvarjajo električno energijo v rotacijsko gibanje z izjemno natančnostjo. Za razliko od običajnih električnih motorjev, ki zagotavljajo neprekinjeno vrtenje, se koračni motorji vrtijo v diskretnih korakih, zaradi česar so idealni za aplikacije, ki zahtevajo natančno pozicioniranje.
Vsak impulz električne energije, ki ga gonilnik pošlje koračnemu motorju, povzroči natančno gibanje - vsak impulz ustreza določenemu koraku. Hitrost, s katero se motor vrti, je neposredno povezana s frekvenco teh impulzov: hitreje kot so impulzi poslani, hitrejše je vrtenje.
Ena izmed ključnih prednosti koračnih motorjev je njihov enostaven nadzor. Večina gonilnikov deluje s 5-voltnimi impulzi, ki so združljivi z običajnimi integriranimi vezji. Lahko oblikujete vezje za ustvarjanje teh impulzov ali uporabite generator impulzov podjetij, kot je BesFoc.
Kljub občasnim netočnostim – standardni koračni motorji imajo natančnost približno ± 3 kotne minute (0,05°) – se te napake ne kopičijo z več koraki. Na primer, če standardni koračni motor naredi en korak, se bo zavrtel za 1,8° ± 0,05°. Tudi po milijonih korakov je skupno odstopanje še vedno le ± 0,05°, zaradi česar so zanesljivi za natančne premike na dolge razdalje.
Poleg tega so koračni motorji znani po hitrem odzivu in pospeševanju zaradi majhne vztrajnosti rotorja, kar jim omogoča hitro doseganje visokih hitrosti. Zaradi tega so posebej primerni za aplikacije, ki zahtevajo kratke in hitre premike.
A koračni motor deluje tako, da celotno rotacijo razdeli na več enakih korakov. Uporablja elektromagnete za ustvarjanje gibanja v majhnih, nadzorovanih korakih.
Koračni motor ima dva glavna dela:
Stator - stacionarni del s tuljavami (elektromagneti).
Rotor – vrtljivi del, pogosto magnet ali izdelan iz železa.
Ko električni tok teče skozi statorske tuljave, ustvarja magnetna polja.
Ta polja privlačijo rotor.
Z vklopom in izklopom tuljav v določenem zaporedju se rotor postopoma vleče v krožnem gibanju.
Vsakič, ko je tuljava pod napetostjo, se rotor premakne za majhen kot (imenovan korak).
Na primer, če ima motor 200 korakov na vrtljaj, vsak korak premakne rotor za 1,8°.
Motor se lahko vrti naprej ali nazaj, odvisno od vrstnega reda impulzov, poslanih tuljavam.
A gonilnik koračnega motorja pošilja električne impulze tuljavam motorja.
Več impulzov, bolj se vrti motor.
Mikrokrmilniki (kot sta Arduino ali Raspberry Pi) lahko nadzorujejo te gonilnike za natančno premikanje motorja.
Spodnja ilustracija prikazuje standardni sistem koračnih motorjev, ki je sestavljen iz več bistvenih komponent, ki delujejo skupaj. Zmogljivost vsakega elementa vpliva na celotno funkcionalnost sistema.
V središču sistema je računalnik ali programabilni logični krmilnik (PLC). Ta komponenta deluje kot možgani in nadzoruje ne samo koračni motor, ampak tudi celoten stroj. Opravlja lahko različne naloge, na primer dvigovanje dvigala ali premikanje tekočega traku. Odvisno od potrebne kompleksnosti lahko ta krmilnik obsega vse od sofisticiranega osebnega računalnika ali PLC-ja do preprostega upravljavskega gumba.
Sledi indekser ali kartica PLC, ki posreduje posebna navodila koračni motor . Ustvari zahtevano število impulzov za gibanje in prilagodi frekvenco impulzov za nadzor pospeška, hitrosti in pojemka motorja. Indekser je lahko samostojna enota, kot je BesFoc, ali kartica za generator impulzov, ki se priključi na PLC. Ne glede na obliko je ta komponenta ključnega pomena za delovanje motorja.
Gonilnik motorja je sestavljen iz štirih ključnih delov:
Logika za fazni nadzor: Ta logična enota sprejema impulze od indekserja in določa, katero fazo motorja je treba aktivirati. Napajanje faz mora slediti določenemu zaporedju, da se zagotovi pravilno delovanje motorja.
Logični napajalnik: To je nizkonapetostni napajalnik, ki napaja integrirana vezja (IC) v gonilniku, običajno deluje okoli 5 voltov, odvisno od nabora čipov ali zasnove.
Napajanje motorja: To napajanje zagotavlja potrebno napetost za napajanje motorja, običajno okoli 24 VDC, čeprav je lahko višja, odvisno od uporabe.
Ojačevalnik moči: Ta komponenta je sestavljena iz tranzistorjev, ki omogočajo pretok toka skozi faze motorja. Ti tranzistorji se vklapljajo in izklapljajo v pravilnem zaporedju, da olajšajo gibanje motorja.
Končno vse te komponente delujejo skupaj, da premaknejo breme, ki je lahko vodilni vijak, disk ali tekoči trak, odvisno od posebne uporabe.
Obstajajo tri glavne vrste koračnih motorjev:
Ti motorji imajo zobce na rotorju in statorju, vendar ne vključujejo trajnega magneta. Posledično nimajo zapornega momenta, kar pomeni, da ne držijo svojega položaja, ko niso pod napetostjo.
Koračni motorji PM imajo trajni magnet na rotorju, vendar nimajo zob. Medtem ko običajno kažejo manjšo natančnost pri kotih korakov, zagotavljajo zadrževalni moment, kar jim omogoča, da ohranijo položaj, ko je napajanje izklopljeno.
BesFoc je specializiran izključno za hibride koračni motor s. Ti motorji združujejo magnetne lastnosti trajnih magnetov z zobato zasnovo motorjev s spremenljivo reluktanco. Rotor je aksialno magnetiziran, kar pomeni, da je v tipični konfiguraciji zgornja polovica severni pol, spodnja polovica pa južni pol.
Rotor je sestavljen iz dveh zobatih čašic, od katerih ima vsaka po 50 zob. Te skodelice so zamaknjene za 3,6°, kar omogoča natančno pozicioniranje. Ko gledate od zgoraj, lahko vidite, da je zob na skodelici severnega pola poravnan z zobom na skodelici južnega pola, kar ustvarja učinkovit sistem zobnikov.
Hibridni koračni motorji delujejo na dvofazni konstrukciji, pri čemer vsaka faza vsebuje štiri pole, ki so med seboj razmaknjeni za 90°. Vsak pol v fazi je navit tako, da imata pola, ki sta narazen za 180°, enako polarnost, medtem ko sta pola za 90° narazen nasprotna. Z obračanjem toka v kateri koli fazi se lahko obrne tudi polariteta ustreznega pola statorja, kar omogoči motorju, da pretvori kateri koli pol statorja v severni ali južni pol.
Rotor koračnega motorja ima 50 zob, z razmikom 7,2° med vsakim zobom. Med delovanjem motorja se lahko poravnava zob rotorja z zobmi statorja spreminja – natančneje, lahko se zamakne za tri četrtine zobca, polovico zobca ali četrtino zobca. Ko motor stopi, seveda ubere najkrajšo pot, da se ponovno poravna, kar pomeni premik 1,8° na korak (ker je 1/4 od 7,2° enaka 1,8°).
Navor in natančnost v na koračne motorje vpliva število polov (zob). Na splošno večje število polov vodi do izboljšanega navora in natančnosti. BesFoc ponuja 'High Resolution' koračne motorje, ki imajo polovico manjši razmak med zobmi svojih standardnih modelov. Ti rotorji visoke ločljivosti imajo 100 zob, kar ima za posledico kot 3,6° med vsakim zobom. Pri tej nastavitvi premik za 1/4 koraka zoba ustreza manjšemu koraku 0,9°.
Kot rezultat, modeli 'visoke ločljivosti' zagotavljajo dvojno ločljivost standardnih motorjev in dosegajo 400 korakov na obrat v primerjavi z 200 koraki na obrat pri standardnih modelih. Manjši koti korakov vodijo tudi do manjših vibracij, saj je vsak korak manj izrazit in bolj postopen.
Spodnji diagram prikazuje prečni prerez 5-faznega koračnega motorja. Ta motor je sestavljen predvsem iz dveh glavnih delov: statorja in rotorja. Sam rotor je sestavljen iz treh komponent: skodelice rotorja 1, skodelice rotorja 2 in trajnega magneta. Rotor je magnetiziran v aksialni smeri; če je na primer skodelica rotorja 1 označena kot severni pol, bo skodelica rotorja 2 južni pol.
Stator ima 10 magnetnih polov, od katerih je vsak opremljen z majhnimi zobmi in ustreznimi navitji. Ta navitja so zasnovana tako, da je vsako povezano z navitjem svojega nasprotnega pola. Ko tok teče skozi par navitij, se poli, ki jih povezujejo, magnetizirajo v isto smer – proti severu ali jugu.
Vsak nasprotni par polov tvori eno fazo motorja. Glede na to, da je skupaj 10 magnetnih polov, to povzroči pet različnih faz znotraj te 5-faze koračni motor.
Pomembno je, da ima vsaka skodelica rotorja 50 zob vzdolž zunanjega oboda. Zobje na skodelici rotorja 1 in skodelici rotorja 2 so med seboj mehansko zamaknjene za polovico zobca, kar omogoča natančno poravnavo in premikanje med delovanjem.
Razumevanje, kako brati krivuljo vrtilne frekvence in navora, je ključnega pomena, saj zagotavlja vpogled v to, kaj je motor sposoben doseči. Te krivulje predstavljajo značilnosti delovanja določenega motorja, ko je združen z določenim gonilnikom. Ko motor začne delovati, na njegov izhodni moment vplivata vrsta pogona in uporabljena napetost. Posledično lahko isti motor kaže precej različne krivulje hitrosti in navora, odvisno od uporabljenega pogona.
BesFoc ponuja te krivulje hitrosti in navora kot referenco. Če uporabljate motor z gonilnikom, ki ima podobne vrednosti napetosti in toka, lahko pričakujete primerljivo zmogljivost. Za interaktivno izkušnjo si oglejte spodnjo krivuljo hitrosti in navora:
Zadrževalni navor
To je količina navora, ki ga proizvaja motor, ko miruje, z nazivnim tokom, ki teče skozi njegova navitja.
Območje zagona/ustavitve
Ta razdelek označuje vrednosti navora in hitrosti, pri katerih se lahko motor v trenutku zažene, ustavi ali vzvratno zažene.
Vlečni navor
To so vrednosti navora in hitrosti, ki omogočajo motorju zagon, zaustavitev ali vzvratno vožnjo, medtem ko ostane sinhroniziran z vhodnimi impulzi.
Izvlečni navor
To se nanaša na vrednosti navora in hitrosti, pri katerih lahko motor deluje brez zastoja, pri čemer ohranja sinhronizacijo z vhodnimi fazami. Predstavlja največji navor, ki ga motor lahko zagotovi med delovanjem.
Največja začetna hitrost
To je najvišja hitrost, pri kateri lahko motor začne delovati, ko ni obremenitve.
Največja hitrost delovanja
To označuje najvišjo hitrost, ki jo motor lahko doseže med delovanjem brez obremenitve.
Za delovanje v območju med vlečnim in izvlečnim navorom se mora motor najprej zagnati v območju zagona/ustavitve. Ko motor začne delovati, se hitrost pulza postopoma povečuje, dokler ni dosežena želena hitrost. Za zaustavitev motorja se hitrost nato zmanjša, dokler ne pade pod krivuljo vlečnega navora.
Navor je neposredno sorazmeren s tokom in številom obratov žice v motorju. Za povečanje navora za 20 % je treba povečati tudi tok za približno 20 %. Nasprotno, da bi zmanjšali navor za 50 %, je treba tok zmanjšati za 50 %.
Vendar pa zaradi magnetne nasičenosti ni koristi pri povečanju toka nad dvakratnim nazivnim tokom, saj nad to točko nadaljnja povečanja ne bodo povečala navora. Delovanje pri približno desetkratnem nazivnem toku predstavlja nevarnost razmagnetenja rotorja.
Vsi naši motorji so opremljeni z izolacijo razreda B, ki lahko prenese temperature do 130 °C, preden začne izolacija propadati. Da bi zagotovili dolgo življenjsko dobo, priporočamo vzdrževanje temperaturne razlike 30 °C od znotraj do zunaj, kar pomeni, da zunanja temperatura ohišja ne sme preseči 100 °C.
Induktivnost ima pomembno vlogo pri delovanju navora pri visokih hitrostih. Pojasnjuje, zakaj motorji ne kažejo neskončno visokih ravni navora. Vsako navitje motorja ima različne vrednosti induktivnosti in upora. Induktivnost, izmerjena v henryjih, deljena z uporom v ohmih, povzroči časovno konstanto (v sekundah). Ta časovna konstanta kaže, kako dolgo traja, da tuljava doseže 63 % svojega nazivnega toka. Na primer, če je motor ocenjen na 1 amper, bo po eni časovni konstanti tuljava dosegla približno 0,63 ampera. Običajno potrebuje približno štiri do pet časovnih konstant, da tuljava doseže polni tok (1 amper). Ker je navor sorazmeren s tokom, bo motor, če tok doseže le 63 %, proizvedel približno 63 % svojega največjega navora po eni časovni konstanti.
Pri nizkih vrtljajih ta zakasnitev kopičenja toka ni težava, saj lahko tok učinkovito vstopi in hitro izstopi iz tuljav, kar omogoča motorju, da zagotovi nazivni navor. Vendar pa se pri visokih vrtljajih tok ne more povečati dovolj hitro, preden se preklopi naslednja faza, kar povzroči zmanjšan navor.
Napetost gonilnika pomembno vpliva na zmogljivost visoke hitrosti a koračni motor . Višje razmerje med pogonsko napetostjo in napetostjo motorja vodi do izboljšanih zmogljivosti pri visokih hitrostih. To je zato, ker povišane napetosti omogočajo, da tok teče v navitja hitreje od 63-odstotnega praga, o katerem smo prej razpravljali.
Ko koračni motor prehaja iz enega koraka v drugega, se rotor ne ustavi takoj na ciljnem položaju. Namesto tega se premakne mimo končnega položaja, nato se vleče nazaj, preskoči v nasprotno smer in še naprej niha naprej in nazaj, dokler se na koncu ne ustavi. Ta pojav, imenovan 'zvonjenje', se pojavi z vsakim korakom, ki ga naredi motor (glejte spodnji interaktivni diagram). Podobno kot bungee vrvico, zagon rotorja ponese preko njegove ustavitvene točke, kar povzroči, da 'odskoči', preden se umiri. V mnogih primerih pa dobi motor navodilo, naj se premakne na naslednji korak, preden se popolnoma ustavi.
Spodnji grafi prikazujejo zvonjenje koračnega motorja pri različnih pogojih obremenitve. Ko je motor razbremenjen, kaže močno zvonjenje, kar pomeni povečano tresenje. Ta prekomerna vibracija lahko povzroči zaustavitev motorja, ko je neobremenjen ali rahlo obremenjen, saj lahko izgubi sinhronizacijo. Zato je nujno, da vedno testirate a koračni motor z ustrezno obremenitvijo.
Druga dva grafa prikazujeta zmogljivost motorja, ko je obremenjen. Pravilna obremenitev motorja pomaga stabilizirati njegovo delovanje in zmanjšati vibracije. V idealnem primeru bi morala obremenitev zahtevati med 30 % in 70 % največjega izhodnega navora motorja. Poleg tega mora biti vztrajnostno razmerje med obremenitvijo in rotorjem med 1:1 in 10:1. Za krajše in hitrejše gibe je bolje, da je to razmerje bližje 1:1 do 3:1.
Strokovnjaki in inženirji podjetja BesFoc so vam na voljo za pomoč pri pravilnem dimenzioniranju motorja.
A koračni motor občutno poveča vibracije, ko frekvenca vhodnega impulza sovpada z njegovo naravno frekvenco, pojav, znan kot resonanca. To se pogosto zgodi okoli 200 Hz. Pri resonanci se prekoračitev in prenizkost rotorja močno povečata, kar poveča verjetnost manjkajočih korakov. Medtem ko se specifična resonančna frekvenca lahko spreminja glede na vztrajnost bremena, se običajno giblje okoli 200 Hz.
2-fazni koračni motorji lahko zgrešijo samo korake v skupinah po štiri. Če opazite izgubo koraka, ki se pojavlja v večkratnikih štirih, to pomeni, da tresljaji povzročajo izgubo sinhronizacije motorja ali da je obremenitev morda prevelika. Nasprotno, če zgrešeni koraki niso večkratniki števila štiri, obstaja močan znak, da bodisi štetje impulzov ni pravilno ali pa električni šum vpliva na delovanje.
Več strategij lahko pomaga ublažiti resonančne učinke. Najenostavnejši pristop je, da se popolnoma izognemo delovanju z resonančno hitrostjo. Ker 200 Hz ustreza približno 60 RPM za 2-fazni motor, to ni izjemno visoka hitrost. večina koračni motorji imajo največjo zagonsko hitrost okoli 1000 impulzov na sekundo (pps). Zato lahko v mnogih primerih sprožite delovanje motorja pri hitrosti, ki je višja od resonančne frekvence.
Če morate motor zagnati s hitrostjo, ki je pod resonančno frekvenco, je pomembno, da hitro pospešite skozi resonančno območje, da zmanjšate učinke vibracij.
Druga učinkovita rešitev je uporaba manjšega kota koraka. Večji koti korakov ponavadi povzročijo večje prekoračenje in premajhovanje. Če ima motor kratko pot, ne bo ustvaril dovolj sile (navora), da bi znatno prekoračil. Z zmanjšanjem kota koraka motor občuti manj tresljajev. To je eden od razlogov, zakaj sta tehniki polovičnih korakov in mikrokorakov tako učinkoviti pri zmanjševanju vibracij.
Bodite prepričani, da izberete motor glede na zahteve glede obremenitve. Ustrezna velikost motorja lahko privede do boljše splošne učinkovitosti.
Blažilniki so še ena možnost, ki jo je treba upoštevati. Te naprave je mogoče namestiti na zadnjo gred motorja, da absorbirajo del vibracijske energije, kar pomaga umiriti delovanje vibrirajočega motorja na stroškovno učinkovit način.
Relativno nov napredek v tehnologija koračnega motorja je 5-fazni koračni motor. Najbolj opazna razlika med 2-faznimi in 5-faznimi motorji (glejte spodnji interaktivni diagram) je število polov statorja: 2-fazni motorji imajo 8 polov (4 na fazo), medtem ko imajo 5-fazni motorji 10 polov (2 na fazo). Zasnova rotorja je podobna kot pri 2-faznem motorju.
Pri 2-faznem motorju vsaka faza premakne rotor za 1/4 razmika med zobmi, pri 5-faznem motorju pa se rotor zaradi svoje zasnove premakne za 1/10 razmika med zobmi. Z razmikom zob 7,2° postane kot koraka za 5-fazni motor 0,72°. Ta konstrukcija omogoča, da 5-fazni motor doseže 500 korakov na vrtljaj v primerjavi z 200 koraki na vrtljaj 2-faznega motorja, kar zagotavlja ločljivost, ki je 2,5-krat večja od ločljivosti 2-faznega motorja.
Višja ločljivost vodi do manjšega kota koraka, kar bistveno zmanjša tresljaje. Ker je kot koraka 5-faznega motorja 2,5-krat manjši od kota 2-faznega motorja, doživlja veliko manjše zvonjenje in vibracije. Pri obeh tipih motorjev mora rotor preseči ali premakniti za več kot 3,6°, da zgreši korake. S kotom koraka 5-faznega motorja, ki znaša samo 0,72°, postane skoraj nemogoče, da bi motor prekoračil ali prenizkal za tako mejo, kar ima za posledico zelo majhno verjetnost izgube sinhronizacije.
Obstajajo štiri glavne metode pogona koračni motorji :
Wave Drive (cel korak)
2 fazi vklopljeni (polni korak)
1-2 vklopljeni fazi (polovični korak)
Mikrokorak
V spodnjem diagramu je metoda valovnega pogona poenostavljena za ponazoritev njenih načel. Vsak obrat za 90°, prikazan na sliki, predstavlja 1,8° vrtenja rotorja v pravem motorju.
Pri metodi valovnega pogona, znani tudi kot metoda 1-faznega vklopa, je naenkrat pod napetostjo samo ena faza. Ko se aktivira faza A, ustvari južni pol, ki privlači severni pol rotorja. Nato se faza A izklopi in faza B vklopi, kar povzroči, da se rotor zavrti za 90° (1,8°), in ta proces se nadaljuje z vsako fazo, ki se napaja posebej.
Valovni pogon deluje s štiristopenjskim električnim zaporedjem za vrtenje motorja.
Pri pogonski metodi '2 Phases On' sta obe fazi motorja nenehno pod napetostjo.
Kot je prikazano spodaj, vsak obrat za 90° ustreza vrtenju rotorja za 1,8°. Ko sta obe fazi A in B napajani kot južni pol, se severni pol rotorja enako privlači na oba pola, zaradi česar se poravna neposredno na sredini. Ko zaporedje napreduje in se faze aktivirajo, se bo rotor vrtel, da ohrani poravnavo med dvema napajanima poloma.
Metoda '2 Phases On' deluje z uporabo štiristopenjskega električnega zaporedja za vrtenje motorja.
Standardni 2-fazni in 2-fazni motorji tipa M BesFoc uporabljajo to pogonsko metodo '2 Phases On'.
Glavna prednost metode '2 Phase On' pred metodo '1 Phase On' je navor. Pri metodi '1 vklopljena faza' je naenkrat aktivirana samo ena faza, kar povzroči, da na rotor deluje ena enota navora. Nasprotno pa metoda '2 Phases On' napaja obe fazi hkrati, kar proizvede dve enoti navora. En vektor navora deluje na položaju 12 ur, drugi pa na položaju 3 ure. Ko se ta dva vektorja navora združita, ustvarita rezultantni vektor pod kotom 45° z magnitudo, ki je za 41,4 % večja od velikosti posameznega vektorja. To pomeni, da nam uporaba metode '2 faza vklopa' omogoča, da dosežemo enak kot koraka kot metoda '1 faza vklopa', hkrati pa zagotovimo 41 % več navora.
Petfazni motorji pa delujejo nekoliko drugače. Namesto metode '2 vklopljeni fazi' uporabljajo metodo '4 vklopljene faze'. Pri tem pristopu se štiri faze aktivirajo hkrati vsakič, ko motor naredi korak.
Kot rezultat, petfazni motor med delovanjem sledi 10-stopenjskemu električnemu zaporedju.
Metoda '1-2 Phases On', znana tudi kot polovični korak, združuje načela prejšnjih dveh metod. Pri tem pristopu najprej napajamo fazo A, kar povzroči poravnavo rotorja. Medtem ko ohranjamo fazo A pod napetostjo, nato aktiviramo fazo B. Na tej točki rotor enako privlačita oba pola in se poravna na sredini, kar ima za posledico vrtenje za 45° (ali 0,9°). Nato izklopimo fazo A, medtem ko še naprej napajamo fazo B, kar omogoči motorju, da naredi še en korak. Ta proces se nadaljuje in izmenično napaja eno fazo in dve fazi. S tem učinkovito prepolovimo kot stopnice, kar pripomore k zmanjšanju tresljajev.
Za 5-fazni motor uporabljamo podobno strategijo z menjavanjem med 4 vklopljenimi in 5 vklopljenimi fazami.
Polstopenjski način je sestavljen iz osemstopenjskega električnega zaporedja. V primeru petfaznega motorja, ki uporablja metodo '4-5 vklopljenih faz', gre motor skozi 20-stopenjsko električno zaporedje.
(Če je potrebno, lahko dodate več informacij o mikrostopanju.)
Microstepping je tehnika, ki se uporablja za izdelavo manjših korakov še bolj finih. Manjši kot so koraki, višja je ločljivost in boljše so lastnosti vibracij motorja. Pri mikrostepingu faza ni niti popolnoma vklopljena niti popolnoma izključena; namesto tega je delno pod napetostjo. Sinusni valovi se uporabljajo za fazo A in fazo B, s fazno razliko 90° (ali 0,9° pri petfaznem koračni motor ).
Ko je največja moč uporabljena za fazo A, je faza B enaka nič, zaradi česar se rotor poravna s fazo A. Ko se tok za fazo A zmanjša, se tok za fazo B poveča, kar omogoča rotorju, da naredi majhne korake proti fazi B. Ta proces se nadaljuje, ko tok kroži med obema fazama, kar ima za posledico gladko mikrokoračno gibanje.
Vendar pa mikrostopanje predstavlja nekaj izzivov, predvsem glede natančnosti in navora. Ker so faze le delno pod napetostjo, motor običajno doživi zmanjšanje navora za približno 30 %. Poleg tega, ker je razlika v navoru med koraki minimalna, lahko motor težko premaga obremenitev, kar lahko povzroči situacije, ko se motorju ukaže, naj se premakne za več korakov, preden se dejansko začne premikati. V mnogih primerih je vključitev kodirnikov potrebna za ustvarjanje zaprtozančnega sistema, čeprav to poveča skupne stroške.
Sistemi z odprto zanko
Sistemi z zaprto zanko
Servo sistemi
Koračni motorji so običajno zasnovani kot sistemi z odprto zanko. V tej konfiguraciji generator impulzov pošilja impulze v vezje zaporedja faz. Sekvencer faz določa, katere faze je treba vklopiti ali izklopiti, kot je bilo prej opisano v metodah polnega koraka in pol koraka. Sekvencer krmili visokozmogljive FET-je za aktiviranje motorja.
Vendar pa v sistemu z odprto zanko ni preverjanja položaja, kar pomeni, da ni mogoče potrditi, ali je motor izvedel ukazano gibanje.
Eden najpogostejših načinov za izvedbo zaprtozančnega sistema je dodajanje dajalnika na zadnjo gred motorja z dvojno gredjo. Kodirnik je sestavljen iz tankega diska, označenega s črtami, ki se vrti med oddajnikom in sprejemnikom. Vsakič, ko linija poteka med tema dvema komponentama, ustvari impulz na signalnih linijah.
Ti izhodni impulzi se nato vrnejo v krmilnik, ki jih šteje. Običajno na koncu gibanja krmilnik primerja število impulzov, ki jih je poslal vozniku, s številom impulzov, prejetih od kodirnika. Izvede se posebna rutina, pri kateri se sistem prilagodi, da popravi neskladje, če se štetja razlikujeta. Če se štetja ujemajo, to pomeni, da ni prišlo do napake in da se gibanje lahko nemoteno nadaljuje.
Zaprtozančni sistem ima dve glavni pomanjkljivosti: stroške (in kompleksnost) in odzivni čas. Vključitev kodirnika poveča skupne stroške sistema, skupaj s povečano sofisticiranostjo krmilnika, ki prispeva k skupnim stroškom. Poleg tega, ker se popravki izvedejo šele na koncu gibanja, lahko to povzroči zamude v sistemu, kar lahko upočasni odzivni čas.
Alternativa koračnim sistemom z zaprto zanko je servo sistem. Servo sistemi običajno uporabljajo motorje z nizkim številom polov, ki omogočajo visoko hitrost, vendar nimajo inherentne zmogljivosti pozicioniranja. Za pretvorbo servo v pozicijsko napravo so potrebni povratni mehanizmi, ki pogosto uporabljajo kodirnik ali razreševalnik skupaj s krmilnimi zankami.
V servo sistemu se motor aktivira in izklopi, dokler razreševalec ne pokaže, da je bil dosežen določen položaj. Na primer, če je servo naročeno, naj premakne 100 vrtljajev, se začne s štetjem razreševalnika na nič. Motor deluje, dokler število obratov razreševalnika ne doseže 100 vrtljajev, na kateri točki se izklopi. Če pride do kakršnega koli položaja, se motor ponovno aktivira, da popravi položaj.
Na odziv servo na pozicijske napake vpliva nastavitev ojačanja. Nastavitev visokega ojačenja omogoča, da se motor hitro odzove na spremembe napake, medtem ko nastavitev nizkega ojačenja povzroči počasnejši odziv. Vendar lahko prilagajanje nastavitev ojačanja povzroči časovne zakasnitve v sistemu za nadzor gibanja, kar vpliva na splošno delovanje.
AlphaStep je BesFoc-ova inovativnost rešitev s koračnim motorjem , ki vsebuje vgrajen razreševalec, ki ponuja povratne informacije o položaju v realnem času. Ta zasnova zagotavlja, da je natančen položaj rotorja ves čas znan, kar povečuje natančnost in zanesljivost sistema.
Gonilnik AlphaStep ima vhodni števec, ki sledi vsem impulzom, poslanim pogonu. Hkrati je povratna informacija iz razreševalnika usmerjena na števec položaja rotorja, kar omogoča stalno spremljanje položaja rotorja. Morebitna odstopanja se zabeležijo v števcu odstopanj.
Običajno motor deluje v načinu odprte zanke in ustvarja vektorje navora, ki jim motor sledi. Če pa števec odstopanj pokaže odstopanje, večje od ±1,8°, fazni sekvencer aktivira vektor navora na zgornjem delu krivulje premika navora. To ustvari največji navor, da ponovno poravna rotor in ga vrne v sinhronizem. Če je motor izklopljen za več korakov, sekvencer aktivira več vektorjev navora na zgornjem koncu krivulje premika navora. Voznik lahko obvlada pogoje preobremenitve do 5 sekund; če v tem časovnem okviru ne uspe obnoviti sinhronizma, se sproži napaka in sproži alarm.
Izjemna značilnost sistema AlphaStep je njegova zmožnost popravkov v realnem času za vse zamujene korake. Za razliko od tradicionalnih sistemov, ki čakajo do konca premika, da popravijo morebitne napake, gonilnik AlphaStep izvede korektivni ukrep takoj, ko rotor pade izven območja 1,8°. Ko je rotor spet znotraj te meje, se gonilnik vrne v način odprte zanke in nadaljuje z ustreznimi fazami.
Priloženi graf ponazarja krivuljo premika navora in poudarja načine delovanja sistema—odprta zanka in zaprta zanka. Krivulja premika navora predstavlja navor, ki ga ustvari ena faza, ki doseže največji navor, ko položaj rotorja odstopa za 1,8°. Korak lahko izpustite le, če rotor preskoči za več kot 3,6°. Ker voznik prevzame nadzor nad vektorjem navora, kadar koli odstopanje preseže 1,8°, je malo verjetno, da bo motor zgrešil korake, razen če doživi preobremenitev, ki traja več kot 5 sekund.
Mnogi ljudje zmotno verjamejo, da je natančnost korakov motorja AlphaStep ±1,8°. V resnici ima AlphaStep natančnost korakov 5 kotnih minut (0,083°). Voznik upravlja vektorje navora, ko je rotor zunaj območja 1,8°. Ko rotor pade v to območje, se zobje rotorja natančno poravnajo z ustvarjenim vektorjem navora. AlphaStep zagotavlja, da se pravi zob poravna z aktivnim vektorjem navora.
Serija AlphaStep je na voljo v različnih različicah. BesFoc ponuja modele z okroglo gredjo in zobnike z več prestavnimi razmerji, da povečajo ločljivost in navor ali zmanjšajo odbito vztrajnost. Večina različic je lahko opremljena z magnetno zavoro, ki varuje pred napakami. Poleg tega BesFoc ponuja različico 24 VDC, imenovano serija ASC.
Skratka, koračni motorji so zelo primerni za aplikacije pozicioniranja. Omogočajo natančen nadzor razdalje in hitrosti preprosto s spreminjanjem števila in frekvence utripov. Njihovo visoko število polov omogoča natančnost, tudi ko delujejo v načinu odprte zanke. Ko je pravilno dimenzioniran za določeno uporabo, a koračni motor ne bo zamudil korakov. Poleg tega so koračni motorji stroškovno učinkovita rešitev, ker ne potrebujejo pozicijske povratne informacije.
