Visningar: 0 Författare: Webbplatsredaktör Publiceringstid: 2025-04-18 Ursprung: Plats
A Stegmotor är en typ av elektrisk motor som rör sig i exakta, fasta steg snarare än att rotera kontinuerligt som en vanlig motor. Det används ofta i applikationer där exakt positionskontroll krävs, såsom 3D-skrivare, CNC-maskiner, robotteknik och kameraplattformar.
Stegmotorer är en typ av elektrisk motor som omvandlar elektrisk energi till rotationsrörelse med anmärkningsvärd precision. Till skillnad från vanliga elmotorer, som ger kontinuerlig rotation, roterar stegmotorer i diskreta steg, vilket gör dem idealiska för applikationer som kräver exakt positionering.
Varje puls av elektricitet som skickas till en stegmotor från dess förare resulterar i en exakt rörelse - varje puls motsvarar ett specifikt steg. Hastigheten med vilken motorn roterar korrelerar direkt med frekvensen av dessa pulser: ju snabbare pulserna skickas, desto snabbare rotation.
En av de viktigaste fördelarna med stegmotor s är deras enkla kontroll. De flesta drivrutiner arbetar med 5-voltspulser, kompatibla med vanliga integrerade kretsar. Du kan antingen designa en krets för att generera dessa pulser eller använda en pulsgenerator från företag som BesFoc.
Trots deras tillfälliga felaktigheter – standardstegmotorer har en noggrannhet på cirka ± 3 bågminuter (0,05°) – ackumuleras dessa fel inte med flera steg. Till exempel, om en standardstegmotor gör ett steg, kommer den att rotera 1,8° ± 0,05°. Även efter en miljon steg är den totala avvikelsen fortfarande bara ± 0,05°, vilket gör dem tillförlitliga för exakta rörelser över långa avstånd.
Dessutom är stegmotorer kända för sin snabba respons och acceleration på grund av sin låga rotortröghet, vilket gör att de snabbt kan uppnå höga hastigheter. Detta gör dem särskilt lämpade för applikationer som kräver korta, snabba rörelser.
A stegmotorn fungerar genom att dela upp en hel rotation i ett antal lika steg. Den använder elektromagneter för att skapa rörelse i små, kontrollerade steg.
En stegmotor har två huvuddelar:
Stator – den stationära delen med spolar (elektromagneter).
Rotor – den roterande delen, ofta en magnet eller gjord av järn.
När elektrisk ström flyter genom statorspolarna skapar den magnetiska fält.
Dessa fält lockar rotorn.
Genom att slå på och av spolarna i en specifik sekvens dras rotorn steg för steg i en cirkulär rörelse.
Varje gång en spole aktiveras, rör sig rotorn med en liten vinkel (kallat steg).
Till exempel, om en motor har 200 steg per varv, flyttar varje steg rotorn 1,8°.
Motorn kan rotera framåt eller bakåt beroende på ordningen på pulserna som skickas till spolarna.
A stegmotordrivrutinen skickar elektriska pulser till motorspolarna.
Ju fler pulser, desto mer snurrar motorn.
Mikrokontroller (som Arduino eller Raspberry Pi) kan styra dessa drivrutiner för att flytta motorn exakt.
Illustrationen nedan visar ett standardstegmotorsystem, som består av flera viktiga komponenter som samverkar. Prestandan för varje element påverkar systemets övergripande funktionalitet.
Hjärtat i systemet är datorn eller PLC (Programmable Logic Controller). Denna komponent fungerar som hjärnan och styr inte bara stegmotorn utan även hela maskinen. Den kan utföra olika uppgifter, som att höja en hiss eller flytta ett löpande band. Beroende på komplexiteten som behövs kan denna styrenhet sträcka sig från en sofistikerad PC eller PLC till en enkel operatörstryckknapp.
Nästa är indexeraren eller PLC-kortet, som kommunicerar specifika instruktioner till stegmotor . Den genererar det antal pulser som krävs för rörelse och justerar pulsfrekvensen för att kontrollera motorns acceleration, hastighet och retardation. Indexeraren kan antingen vara en fristående enhet, som BesFoc, eller ett pulsgeneratorkort som ansluts till en PLC. Oavsett dess form är denna komponent avgörande för motorns funktion.
Motordrivaren består av fyra nyckeldelar:
Logik för fasstyrning: Denna logikenhet tar emot pulser från indexeraren och bestämmer vilken fas av motorn som ska aktiveras. Aktivering av faserna måste följa en specifik sekvens för att säkerställa korrekt motordrift.
Logisk strömförsörjning: Detta är en lågspänningsförsörjning som driver de integrerade kretsarna (IC) i drivrutinen, som vanligtvis arbetar runt 5 volt, baserat på kretsuppsättningen eller designen.
Motorströmförsörjning: Denna försörjning ger den nödvändiga spänningen för att driva motorn, vanligtvis runt 24 VDC, även om den kan vara högre beroende på applikation.
Effektförstärkare: Denna komponent består av transistorer som gör att ström kan flyta genom motorfaserna. Dessa transistorer slås på och av i rätt ordning för att underlätta motorns rörelse.
Slutligen samverkar alla dessa komponenter för att flytta lasten, vilket kan vara en ledskruv, en skiva eller ett transportband, beroende på den specifika applikationen.
Det finns tre primära typer av stegmotorer:
Dessa motorer har tänder på rotorn och statorn men har ingen permanentmagnet. Som ett resultat saknar de spärrmoment, vilket innebär att de inte håller sin position när de inte är spänningssatta.
PM stegmotorer har en permanent magnet på rotorn men har inga tänder. Även om de vanligtvis uppvisar mindre precision i stegvinklar, ger de spärrmoment, vilket gör att de kan behålla positionen när strömmen stängs av.
BesFoc specialiserar sig uteslutande på Hybrid stegmotor s. Dessa motorer kombinerar de magnetiska egenskaperna hos permanentmagneter med den tandade designen hos motorer med variabel reluktans. Rotorn är axiellt magnetiserad, vilket innebär att i en typisk konfiguration är den övre halvan en nordpol och den nedre halvan är en sydpol.
Rotorn består av två tandade koppar, vardera med 50 tänder. Dessa koppar är förskjutna med 3,6°, vilket möjliggör exakt positionering. Sett från ovan kan du se att en tand på nordpolskoppen är i linje med en tand på sydpolskoppen, vilket skapar ett effektivt växlingssystem.
Hybridstegmotorer arbetar på en tvåfaskonstruktion, där varje fas innehåller fyra poler med 90° mellanrum. Varje pol i en fas är lindad så att poler 180° från varandra har samma polaritet, medan polariteterna är motsatta för de 90° från varandra. Genom att vända strömmen i valfri fas kan polariteten för motsvarande statorpol också vändas, vilket gör att motorn kan omvandla vilken statorpol som helst till en nord- eller sydpol.
Stegmotorns rotor har 50 tänder, med en stigning på 7,2° mellan varje tand. När motorn fungerar kan inriktningen av rotortänderna med statortänderna variera – specifikt kan den kompenseras med tre fjärdedelar av en tandstigning, en halv tandstigning eller en fjärdedel av en tandstigning. När motorn stegar tar den naturligtvis den kortaste vägen för att anpassa sig, vilket översätts till en rörelse på 1,8° per steg (eftersom 1/4 av 7,2° är lika med 1,8°).
Vridmoment och noggrannhet i stegmotorer påverkas av antalet poler (tänder). I allmänhet leder ett högre polantal till förbättrat vridmoment och noggrannhet. BesFoc erbjuder stegmotorer med 'hög upplösning', som har halva tandstigningen jämfört med sina standardmodeller. Dessa högupplösta rotorer har 100 tänder, vilket resulterar i en vinkel på 3,6° mellan varje tand. Med denna inställning motsvarar en rörelse på 1/4 av en tandstigning ett mindre steg på 0,9°.
Som ett resultat ger 'Högupplösning'-modellerna dubbel upplösning jämfört med standardmotorer, och uppnår 400 steg per varv jämfört med 200 steg per varv i standardmodellerna. Mindre stegvinklar leder också till lägre vibrationer, eftersom varje steg är mindre uttalat och mer gradvis.
Diagrammet nedan visar ett tvärsnitt av en 5-fas stegmotor. Denna motor består huvudsakligen av två huvuddelar: statorn och rotorn. Själva rotorn består av tre komponenter: rotorkopp 1, rotorkopp 2 och en permanentmagnet. Rotorn är magnetiserad i axiell riktning; till exempel, om rotorskålen 1 är betecknad som nordpolen, kommer rotorskålen 2 att vara sydpolen.
Statorn har 10 magnetiska poler, var och en utrustad med små tänder och motsvarande lindningar. Dessa lindningar är utformade så att var och en är ansluten till lindningen på sin motsatta pol. När ström flyter genom ett par lindningar magnetiseras polerna de ansluter i samma riktning - antingen norr eller söder.
Varje motstående polpar bildar en fas av motorn. Med tanke på att det finns 10 magnetiska poler totalt, resulterar detta i fem distinkta faser inom denna 5-fas stegmotor.
Viktigt är att varje rotorkopp har 50 tänder längs sin yttre omkrets. Tänderna på rotorkoppen 1 och rotorkoppen 2 är mekaniskt förskjutna från varandra med en halv tandstigning, vilket möjliggör exakt inriktning och rörelse under drift.
Att förstå hur man läser en hastighet-vridmomentkurva är avgörande, eftersom det ger insikter om vad en motor kan åstadkomma. Dessa kurvor representerar prestandaegenskaperna för en specifik motor när den paras ihop med en viss förare. När motorn väl är i drift, påverkas dess vridmoment av typen av drivning och den pålagda spänningen. Som ett resultat kan samma motor uppvisa avsevärt olika hastighet-vridmomentkurvor beroende på vilken förare som används.
BesFoc tillhandahåller dessa hastighet-vridmomentkurvor som referens. Om du använder en motor med en drivrutin som har liknande spännings- och strömvärden kan du förvänta dig jämförbar prestanda. För en interaktiv upplevelse, se hastighet-vridmomentkurvan nedan:
Hållmoment
Detta är mängden vridmoment som produceras av motorn när den är i vila, med märkströmmen som flyter genom dess lindningar.
Start/stopp-område
Detta avsnitt anger vridmoment- och varvtalsvärdena vid vilka motorn kan starta, stoppa eller reversera omedelbart.
Indragningsmoment
Dessa är vridmoment- och varvtalsvärdena som gör att motorn kan starta, stoppa eller reversera medan den förblir synkron med ingångspulserna.
Utdragningsmoment
Detta hänvisar till vridmoment- och varvtalsvärdena vid vilka motorn kan arbeta utan att stanna och bibehålla synkronisering med ingångsfaserna. Den representerar det maximala vridmoment som motorn kan leverera under drift.
Maximal starthastighet
Detta är den högsta hastigheten med vilken motorn kan börja gå när ingen belastning appliceras.
Maximal körhastighet
Detta indikerar den snabbaste hastighet som motorn kan uppnå när den körs utan belastning.
För att arbeta inom området mellan indragnings- och utdragningsmoment, måste motorn initialt starta i start/stoppområdet. När motorn börjar gå, ökas pulsfrekvensen gradvis tills önskad hastighet uppnås. För att stoppa motorn sänks sedan varvtalet tills det faller under indragningsmomentkurvan.
Vridmomentet är direkt proportionellt mot strömmen och antalet trådvarv i motorn. För att öka vridmomentet med 20 % bör strömmen också ökas med cirka 20 %. Omvänt, för att minska vridmomentet med 50 %, bör strömmen minskas med 50 %.
Men på grund av magnetisk mättnad, finns det ingen fördel med att öka strömmen över två gånger märkströmmen, eftersom ytterligare ökningar inte kommer att öka vridmomentet efter denna punkt. Drift med cirka tio gånger märkströmmen innebär risk för avmagnetisering av rotorn.
Alla våra motorer är utrustade med klass B-isolering, som tål temperaturer upp till 130°C innan isoleringen börjar brytas ned. För att säkerställa lång livslängd rekommenderar vi att man håller en temperaturskillnad på 30°C från insidan till utsidan, vilket innebär att den yttre höljets temperatur inte bör överstiga 100°C.
Induktans spelar en betydande roll i höghastighetsvridmomentprestanda. Det förklarar varför motorer inte uppvisar oändligt höga nivåer av vridmoment. Varje lindning av motorn har distinkta värden på induktans och resistans. Induktansen uppmätt i henrys, dividerat med resistansen i ohm, resulterar i en tidskonstant (i sekunder). Denna tidskonstant indikerar hur lång tid det tar för spolen att nå 63 % av sin märkström. Till exempel, om motorn är klassad för 1 ampere, efter en tidskonstant, kommer spolen att nå ungefär 0,63 ampere. Det tar vanligtvis cirka fyra till fem tidskonstanter för spolen att nå full ström (1 amp). Eftersom vridmomentet är proportionellt mot strömmen, om strömmen bara når 63 %, kommer motorn att producera cirka 63 % av sitt maximala vridmoment efter en tidskonstant.
Vid låga hastigheter är denna fördröjning i strömuppbyggnaden inte ett problem eftersom strömmen effektivt kan komma in och ut ur spolarna snabbt, vilket gör att motorn kan leverera sitt nominella vridmoment. Men vid höga hastigheter kan strömmen inte öka tillräckligt snabbt innan nästa fas växlar, vilket resulterar i minskat vridmoment.
Drivspänningen påverkar avsevärt höghastighetsprestandan hos en stegmotor . Ett högre förhållande mellan drivspänning och motorspänning leder till förbättrad höghastighetskapacitet. Detta beror på att förhöjda spänningar tillåter ström att flyta in i lindningarna snabbare än den tidigare diskuterade tröskeln på 63 %.
När en stegmotor övergår från ett steg till nästa, stannar inte rotorn omedelbart vid målpositionen. Istället går den förbi slutpositionen, dras sedan tillbaka, överskjuter i motsatt riktning och fortsätter att pendla fram och tillbaka tills den slutligen stannar. Detta fenomen, kallat 'ringning', inträffar med varje steg som motorn tar (se det interaktiva diagrammet nedan). Ungefär som en bungee-lina, bär rotorns rörelsemängd den bortom sin stopppunkt, vilket gör att den 'studsar' innan den sätter sig i vila. I många fall instrueras dock motorn att gå till nästa steg innan den har stannat helt.
Graferna nedan illustrerar ringbeteendet hos en stegmotor under olika belastningsförhållanden. När motorn är urladdad uppvisar den betydande ringningar, vilket leder till ökad vibration. Denna överdrivna vibration kan leda till att motorn stannar när den antingen är obelastad eller lätt belastad, eftersom den kan förlora synkroniseringen. Därför är det viktigt att alltid testa en stegmotor med lämplig belastning.
De andra två graferna visar motorns prestanda när den är laddad. Att ladda motorn på rätt sätt hjälper till att stabilisera dess funktion och minska vibrationerna. Idealiskt bör belastningen kräva mellan 30 % till 70 % av motorns maximala vridmoment. Dessutom bör tröghetsförhållandet mellan belastningen och rotorn ligga mellan 1:1 och 10:1. För kortare och snabbare rörelser är det att föredra att detta förhållande är närmare 1:1 till 3:1.
BesFocs applikationsspecialister och ingenjörer finns tillgängliga för att hjälpa till med rätt motordimensionering.
A stegmotorn kommer att uppleva avsevärt ökade vibrationer när ingångspulsfrekvensen sammanfaller med dess naturliga frekvens, ett fenomen som kallas resonans. Detta inträffar ofta runt 200 Hz. Vid resonans förstärks över- och underskjutningen av rotorn kraftigt, vilket ökar sannolikheten för att steg saknas. Även om den specifika resonansfrekvensen kan variera med belastningströgheten, svävar den vanligtvis runt 200 Hz.
2-fas stegmotorer kan bara missa steg i grupper om fyra. Om du märker att stegförluster inträffar i multipler av fyra, indikerar det att vibrationer gör att motorn tappar synkroniseringen eller att belastningen kan vara för hög. Omvänt, om missade steg inte är i multipler av fyra, finns det en stark indikation på att antingen pulsantalet är felaktigt eller att elektriskt brus påverkar prestandan.
Flera strategier kan hjälpa till att mildra resonanseffekter. Det enklaste tillvägagångssättet är att helt undvika att arbeta med resonanshastigheten. Eftersom 200 Hz motsvarar ungefär 60 rpm för en 2-fasmotor är det ingen extremt hög hastighet. Mest Stegmotorer har en maximal starthastighet på cirka 1000 pulser per sekund (pps). Därför kan du i många fall starta motordriften med en hastighet högre än resonansfrekvensen.
Om du behöver starta motorn med en hastighet som ligger under resonansfrekvensen är det viktigt att accelerera snabbt genom resonansområdet för att minimera effekterna av vibrationer.
En annan effektiv lösning är att använda en mindre stegvinkel. Större stegvinklar tenderar att resultera i större över- och underskott. Om motorn har en kort sträcka att färdas, genererar den inte tillräckligt med kraft (vridmoment) för att överskrida avsevärt. Genom att minska stegvinkeln upplever motorn mindre vibrationer. Detta är en anledning till att halvstegs- och mikrostegningstekniker är så effektiva för att minska vibrationer.
Se till att välja motor baserat på belastningskraven. Korrekt dimensionering av motorn kan leda till bättre övergripande prestanda.
Dämpare är ett annat alternativ att överväga. Dessa enheter kan monteras på den bakre axeln av motorn för att absorbera en del av vibrationsenergin, vilket hjälper till att jämna ut driften av en vibrerande motor på ett kostnadseffektivt sätt.
Ett relativt nytt framsteg inom stegmotortekniken är den 5-fasiga stegmotorn. Den mest märkbara skillnaden mellan 2-fas- och 5-fasmotorer (se det interaktiva diagrammet nedan) är antalet statorpoler: 2-fasmotorer har 8 poler (4 per fas), medan 5-fasmotorer har 10 poler (2 per fas). Rotordesignen liknar den för en 2-fasmotor.
I en 2-fasmotor flyttar varje fas rotorn med 1/4 tandstigning, medan i en 5-fasmotor rör sig rotorn 1/10 av en tandstigning på grund av dess design. Med en tandstigning på 7,2° blir stegvinkeln för 5-fasmotorn 0,72°. Denna konstruktion gör att 5-fasmotorn kan uppnå 500 steg per varv, jämfört med 2-fasmotorns 200 steg per varv, vilket ger en upplösning som är 2,5 gånger högre än den för 2-fasmotorn.
En högre upplösning leder till en mindre stegvinkel, vilket avsevärt minskar vibrationerna. Eftersom stegvinkeln för 5-fasmotorn är 2,5 gånger mindre än den för 2-fasmotorn, upplever den mycket lägre ringsignaler och vibrationer. I båda motortyperna måste rotorn överskrida eller underskrida med mer än 3,6° för att missa steg. Med 5-fasmotorns stegvinkel på endast 0,72° blir det nästan omöjligt för motorn att överskrida eller underskrida med en sådan marginal, vilket resulterar i en mycket låg sannolikhet för att förlora synkroniseringen.
Det finns fyra primära drivmetoder för stegmotor s:
Wave Drive (Full Step)
2 faser på (helt steg)
1-2 faser på (halvt steg)
Microstep
I diagrammet nedan är vågdrivningsmetoden förenklad för att illustrera dess principer. Varje 90°-varv som visas i bilden representerar 1,8° rotorrotation i en riktig motor.
I vågdrivningsmetoden, även känd som 1-fas ON-metoden, aktiveras endast en fas åt gången. När A-fasen är aktiverad skapar den en sydpol som attraherar rotorns nordpol. Sedan stängs A-fasen av och B-fasen slås på, vilket får rotorn att rotera 90° (1,8°), och denna process fortsätter med varje fas som aktiveras individuellt.
Vågdriften arbetar med en elektrisk sekvens i fyra steg för att rotera motorn.
I drivmetoden '2 Phases On' drivs båda faserna av motorn kontinuerligt.
Som illustreras nedan motsvarar varje 90° varv en 1,8° rotorrotation. När både A- och B-faserna strömförsörjs som sydpoler, attraheras rotorns nordpol lika till båda polerna, vilket får den att riktas direkt i mitten. När sekvensen fortskrider och faserna aktiveras, kommer rotorn att rotera för att bibehålla inriktningen mellan de två spänningssatta polerna.
Metoden '2 Phases On' använder en elektrisk sekvens i fyra steg för att rotera motorn.
BesFocs standardmotorer av 2-fas och 2-fas M-typ använder denna drivmetoden '2 Phases On'.
Den största fördelen med '2 Phases On'-metoden jämfört med '1 Phase On'-metoden är vridmoment. I metoden '1 Phase On' aktiveras endast en fas åt gången, vilket resulterar i att en enda vridmomentenhet verkar på rotorn. Däremot aktiverar '2 Phases On'-metoden båda faserna samtidigt, vilket ger två enheter vridmoment. En vridmomentvektor verkar vid klockan 12-positionen och den andra vid klockan 3-positionen. När dessa två vridmomentvektorer kombineras skapar de en resulterande vektor i en 45° vinkel med en magnitud som är 41,4 % större än den för en enskild vektor. Detta innebär att användningen av '2 Phases On'-metoden tillåter oss att uppnå samma stegvinkel som '1 Phase On'-metoden samtidigt som vi levererar 41 % mer vridmoment.
Femfasmotorer fungerar dock något annorlunda. Istället för att använda '2 Phases On'-metoden, använder de '4 Phases On'-metoden. I detta tillvägagångssätt aktiveras fyra av faserna samtidigt varje gång motorn tar ett steg.
Som ett resultat följer den femfasiga motorn en 10-stegs elektrisk sekvens under drift.
Metoden '1-2 Phases On', även känd som halvstegring, kombinerar principerna för de två föregående metoderna. I detta tillvägagångssätt aktiverar vi först A-fasen, vilket får rotorn att rikta in sig. Medan vi håller A-fasen aktiverad aktiverar vi B-fasen. Vid denna punkt attraheras rotorn lika mycket till båda polerna och riktas in i mitten, vilket resulterar i en rotation på 45° (eller 0,9°). Därefter stänger vi av A-fasen medan vi fortsätter att aktivera B-fasen, vilket låter motorn ta ytterligare ett steg. Denna process fortsätter och växlar mellan att aktivera en fas och två faser. Genom att göra det halverar vi effektivt stegvinkeln, vilket hjälper till att minska vibrationerna.
För en 5-fasmotor använder vi en liknande strategi genom att växla mellan 4 faser på och 5 faser på.
Halvstegsläget består av en elektrisk sekvens i åtta steg. I fallet med en femfasmotor som använder metoden '4-5 faser på' går motorn igenom en 20-stegs elektrisk sekvens.
(Mer information kan läggas till om mikrostepping om det behövs.)
Microstepping är en teknik som används för att göra mindre steg ännu finare. Ju mindre steg, desto högre upplösning och desto bättre motors vibrationsegenskaper. Vid mikrostepping är en fas varken helt på eller helt avstängd; istället är den delvis strömsatt. Sinusvågor appliceras på både fas A och fas B, med en fasskillnad på 90° (eller 0,9° i en femfas stegmotor ).
När den maximala effekten tillförs Fas A, är Fas B noll, vilket gör att rotorn kommer i linje med Fas A. När strömmen till Fas A minskar, ökar strömmen till Fas B, vilket gör att rotorn kan ta små steg mot Fas B. Denna process fortsätter när strömmen cyklar mellan de två faserna, vilket resulterar i en jämn mikrostegsrörelse.
Microstepping innebär dock vissa utmaningar, främst när det gäller noggrannhet och vridmoment. Eftersom faserna endast är delvis spänningssatta upplever motorn typiskt en vridmomentminskning på cirka 30 %. Dessutom, eftersom vridmomentskillnaden mellan stegen är minimal, kan motorn kämpa för att övervinna en belastning, vilket kan resultera i situationer där motorn beordras att flytta flera steg innan den faktiskt börjar röra sig. I många fall är det nödvändigt att inkludera kodare för att skapa ett slutet system, även om detta ökar den totala kostnaden.
Open Loop Systems
Closed Loop Systems
Servo Systems
Stegmotorer är vanligtvis utformade som system med öppen slinga. I denna konfiguration skickar en pulsgenerator pulser till fassekvenskretsen. Fassekvenseraren bestämmer vilka faser som ska slås på eller av, som tidigare beskrivits i metoderna för hela steget och halva steget. Sekvenseraren styr FET:erna med hög effekt för att aktivera motorn.
Men i ett system med öppen slinga finns det ingen verifiering av positionen, vilket betyder att det inte finns något sätt att bekräfta om motorn har utfört den beordrade rörelsen.
En av de vanligaste metoderna för att implementera ett slutet system är att lägga till en kodare på den bakre axeln på en dubbelaxlad motor. Encodern består av en tunn skiva markerad med linjer som roterar mellan en sändare och en mottagare. Varje gång en linje passerar mellan dessa två komponenter genererar den en puls på signallinjerna.
Dessa utpulser matas sedan tillbaka till styrenheten, som håller en räkning av dem. Normalt, i slutet av en rörelse, jämför styrenheten antalet pulser som den skickade till föraren med antalet pulser som tas emot från kodaren. En specifik rutin exekveras varvid, om de två räkningarna skiljer sig, systemet justerar för att korrigera avvikelsen. Om antalet stämmer, indikerar det att inget fel har inträffat, och rörelsen kan fortsätta smidigt.
Det slutna systemet kommer med två huvudsakliga nackdelar: kostnad (och komplexitet) och svarstid. Införandet av en kodare ökar den totala kostnaden för systemet, tillsammans med den ökade sofistikeringen av styrenheten, vilket bidrar till den totala kostnaden. Dessutom, eftersom korrigeringar endast görs i slutet av en rörelse, kan detta införa förseningar i systemet, vilket potentiellt saktar ner svarstiderna.
Ett alternativ till slutna stegsystem är ett servosystem. Servosystem använder vanligtvis motorer med lågt polantal, vilket möjliggör höghastighetsprestanda men saknar inneboende positioneringsförmåga. För att konvertera en servo till en positionsanordning behövs återkopplingsmekanismer, ofta med hjälp av en kodare eller resolver tillsammans med styrslingor.
I ett servosystem aktiveras och avaktiveras motorn tills resolvern indikerar att en angiven position har uppnåtts. Till exempel, om servot instrueras att röra sig 100 varv, börjar det med att upplösarräkningen är noll. Motorn går tills resolverantalet når 100 varv, då stängs den av. Om det sker någon positionsförskjutning, återaktiveras motorn för att korrigera positionen.
Servots svar på positionsfel påverkas av en förstärkningsinställning. En hög förstärkningsinställning gör att motorn reagerar snabbt på förändringar i fel, medan en låg förstärkningsinställning resulterar i en långsammare respons. Justering av förstärkningsinställningar kan dock införa tidsfördröjningar i rörelsekontrollsystemet, vilket påverkar den övergripande prestandan.
AlphaStep är BesFocs innovativa stegmotorlösning , med en integrerad resolver som ger positionsåterkoppling i realtid. Denna design säkerställer att rotorns exakta position är känd hela tiden, vilket förbättrar systemets precision och tillförlitlighet.
AlphaStep-drivrutinen har en ingångsräknare som spårar alla pulser som skickas till enheten. Samtidigt riktas feedback från resolvern till en rotorpositionsräknare, vilket möjliggör kontinuerlig övervakning av rotorns position. Eventuella avvikelser registreras i en avvikelseräknare.
Vanligtvis arbetar motorn i öppen slinga och genererar vridmomentvektorer för motorn att följa. Men om avvikelseräknaren indikerar en avvikelse större än ±1,8°, aktiverar fassekvenseraren vridmomentvektorn vid den övre delen av vridmomentförskjutningskurvan. Detta genererar maximalt vridmoment för att justera rotorn och föra den tillbaka till synkronism. Om motorn är avstängd i flera steg, aktiverar sequencern flera vridmomentvektorer i den övre änden av vridmomentförskjutningskurvan. Föraren kan hantera överbelastningsförhållanden i upp till 5 sekunder; om det inte lyckas återställa synkronismen inom denna tidsram utlöses ett fel och ett larm utfärdas.
En anmärkningsvärd egenskap hos AlphaStep-systemet är dess förmåga att göra realtidskorrigeringar för missade steg. Till skillnad från traditionella system som väntar till slutet av en flytt för att korrigera eventuella fel, vidtar AlphaStep-drivrutinen korrigerande åtgärder så fort rotorn faller utanför 1,8°-intervallet. När rotorn är tillbaka inom denna gräns, återgår föraren till öppen slinga-läge och återupptar lämplig fasaktivering.
Den medföljande grafen illustrerar vridmomentförskjutningskurvan och framhäver systemets driftslägen – öppen slinga och sluten slinga. Vridmomentförskjutningskurvan representerar vridmomentet som genereras av en enfas, vilket uppnår maximalt vridmoment när rotorns position avviker med 1,8°. Ett steg kan bara missas om rotorn överskrider med mer än 3,6°. Eftersom föraren tar kontroll över vridmomentvektorn när avvikelsen överstiger 1,8° är det osannolikt att motorn missar steg om den inte utsätts för en överbelastning som varar i mer än 5 sekunder.
Många tror felaktigt att stegnoggrannheten för AlphaStep-motorn är ±1,8°. I verkligheten har AlphaStep en stegnoggrannhet på 5 bågminuter (0,083°). Föraren hanterar vridmomentvektorerna när rotorn är utanför 1,8°-området. När rotorn väl faller inom detta område, riktar rotortänderna in exakt med vridmomentvektorn som genereras. AlphaStep säkerställer att rätt tand är i linje med den aktiva vridmomentvektorn.
AlphaStep-serien finns i olika versioner. BesFoc erbjuder både runda och växlade modeller med flera utväxlingar för att antingen förbättra upplösning och vridmoment eller för att minimera reflekterad tröghet. De flesta versioner kan utrustas med en felsäker magnetbroms. Dessutom tillhandahåller BesFoc en 24 VDC-version som kallas ASC-serien.
Sammanfattningsvis är stegmotorer mycket lämpliga för positioneringsapplikationer. De möjliggör exakt kontroll av både avstånd och hastighet genom att helt enkelt variera pulsantalet och frekvensen. Deras höga polantal möjliggör noggrannhet, även vid drift i öppen slinga. När den är rätt dimensionerad för en specifik applikation, a stegmotor kommer inte att missa steg. Dessutom, eftersom de inte kräver positionsåterkoppling, är stegmotorer en kostnadseffektiv lösning.
