Перегляди: 0 Автор: Редактор сайту Час публікації: 2025-04-18 Походження: Сайт
А кроковий двигун — це тип електродвигуна, який рухається точними фіксованими кроками, а не постійно обертається, як звичайний двигун. Він зазвичай використовується в програмах, де потрібен точний контроль положення, наприклад, 3D-принтери, верстати з ЧПК, робототехніка та платформи камер.
Крокові двигуни — це різновид електродвигунів, які з надзвичайною точністю перетворюють електричну енергію в обертальний рух. На відміну від звичайних електродвигунів, які забезпечують безперервне обертання, крокові двигуни обертаються окремими кроками, що робить їх ідеальними для застосувань, які вимагають точного позиціонування.
Кожен імпульс електрики, який надсилається до крокового двигуна від його драйвера, призводить до точного руху — кожен імпульс відповідає певному кроку. Швидкість, з якою обертається двигун, прямо корелює з частотою цих імпульсів: чим швидше надсилаються імпульси, тим швидше обертання.
Однією з ключових переваг кроковим двигуном легко керувати. Більшість драйверів працюють із 5-вольтовими імпульсами, сумісними зі звичайними інтегральними схемами. Ви можете розробити схему для генерації цих імпульсів або скористатися генератором імпульсів від таких компаній, як BesFoc.
Незважаючи на випадкові похибки (стандартні крокові двигуни мають точність близько ± 3 кутових хвилин (0,05°)), ці похибки не накопичуються з кількома кроками. Наприклад, якщо стандартний кроковий двигун робить один крок, він повертатиметься на 1,8° ± 0,05°. Навіть після мільйона кроків загальне відхилення все ще становить лише ± 0,05°, що робить їх надійними для точних рухів на великі відстані.
Крім того, крокові двигуни відомі своєю швидкою реакцією та прискоренням завдяки низькій інерції ротора, що дозволяє їм швидко досягати високих швидкостей. Це робить їх особливо придатними для застосувань, які вимагають коротких швидких рухів.
А кроковий двигун працює шляхом поділу повного оберту на кілька рівних кроків. Він використовує електромагніти для створення руху невеликими, контрольованими кроками.
Кроковий двигун складається з двох основних частин:
Статор – нерухома частина з котушками (електромагніти).
Ротор – обертова частина, часто магнітна або виготовлена із заліза.
Коли електричний струм протікає через котушки статора, він створює магнітні поля.
Ці поля притягують ротор.
Вмикаючи та вимикаючи котушки в певній послідовності, ротор крок за кроком тягне круговим рухом.
Щоразу, коли на котушку подається напруга, ротор рухається на невеликий кут (так званий крок).
Наприклад, якщо двигун має 200 кроків на оберт, кожен крок переміщує ротор на 1,8°.
Двигун може обертатися вперед або назад залежно від порядку імпульсів, що надсилаються на котушки.
А драйвер крокового двигуна посилає електричні імпульси на котушки двигуна.
Чим більше імпульсів, тим більше крутиться двигун.
Мікроконтролери (наприклад, Arduino або Raspberry Pi) можуть керувати цими драйверами для точного переміщення двигуна.
На ілюстрації нижче зображено стандартну систему крокового двигуна, яка складається з кількох основних компонентів, які працюють разом. Продуктивність кожного елемента впливає на загальну функціональність системи.
Серцем системи є комп’ютер або програмований логічний контролер (PLC). Цей компонент діє як мозок, керуючи не лише кроковим двигуном, а й усією машиною. Він може виконувати різні завдання, наприклад, піднімати ліфт або переміщати конвеєр. Залежно від необхідної складності цей контролер може варіюватися від складного ПК або ПЛК до простої кнопки оператора.
Далі йде індексатор або карта PLC, яка передає конкретні інструкції кроковий двигун . Він генерує необхідну кількість імпульсів для руху та регулює частоту імпульсів для контролю прискорення, швидкості та уповільнення двигуна. Індексатор може бути або автономним пристроєм, як BesFoc, або платою генератора імпульсів, яка підключається до ПЛК. Незалежно від форми, цей компонент має вирішальне значення для роботи двигуна.
Драйвер двигуна складається з чотирьох ключових частин:
Логіка для фазового контролю: цей логічний блок отримує імпульси від індексатора та визначає, яку фазу двигуна слід активувати. Подача живлення на фази повинна відбуватися в певній послідовності, щоб забезпечити правильну роботу двигуна.
Логічний блок живлення: це джерело низької напруги, яке живить інтегральні схеми (IC) у драйвері, зазвичай працює приблизно на 5 вольт, залежно від набору мікросхем або конструкції.
Джерело живлення двигуна: це джерело живлення забезпечує необхідну напругу для живлення двигуна, зазвичай близько 24 В постійного струму, хоча вона може бути вищою залежно від застосування.
Підсилювач потужності: цей компонент складається з транзисторів, які забезпечують проходження струму через фази двигуна. Ці транзистори вмикаються і вимикаються в правильній послідовності, щоб полегшити рух двигуна.
Нарешті, усі ці компоненти працюють разом, щоб перемістити вантаж, який може бути ходовим гвинтом, диском або конвеєрною стрічкою, залежно від конкретного застосування.
Існує три основні типи крокових двигунів:
Ці двигуни мають зубці на роторі та статорі, але не містять постійного магніту. Як наслідок, вони не мають фіксуючого моменту, тобто вони не утримують своє положення, коли вони не під напругою.
Крокові двигуни PM мають постійний магніт на роторі, але не мають зубів. Хоча вони зазвичай демонструють меншу точність кутів кроку, вони забезпечують фіксуючий момент, що дозволяє їм зберігати положення, коли живлення вимкнено.
BesFoc спеціалізується виключно на гібридах кроковий двигун s. Ці двигуни поєднують магнітні властивості постійних магнітів із зубчастою конструкцією двигунів зі змінною реактивністю. Ротор аксіально намагнічений, тобто в типовій конфігурації верхня половина є північним полюсом, а нижня — південним.
Ротор складається з двох зубчастих чашок, кожна з яких має 50 зубів. Ці чашки зміщені на 3,6°, що дозволяє точно позиціонувати. Якщо дивитися зверху, ви можете побачити, що зуб на чашці північного полюса вирівнюється з зубом на чашці південного полюса, створюючи ефективну систему передачі.
Гібридні крокові двигуни працюють за двофазною конструкцією, кожна фаза містить чотири полюси, розташовані на відстані 90° один від одного. Кожен полюс у фазі намотаний так, що полюси, віддалені на 180° один від одного, мають однакову полярність, тоді як полярності протилежні для полюсів, віддалених на 90° один від одного. Змінюючи струм у будь-якій фазі, полярність відповідного полюса статора також може бути змінена, дозволяючи двигуну перетворювати будь-який полюс статора на північний або південний.
Ротор крокового двигуна має 50 зубів, з кроком 7,2° між кожним зубом. Під час роботи двигуна вирівнювання зубів ротора та зубів статора може змінюватися, зокрема, воно може бути зміщено на три чверті кроку зубів, половину кроку зубів або чверть кроку зубів. Коли двигун робить кроки, він, природно, пробирає найкоротший шлях, щоб переналаштуватися, що означає переміщення 1,8° за крок (оскільки 1/4 від 7,2° дорівнює 1,8°).
Крутний момент і точність в на кроковий двигун впливає кількість полюсів (зубців). Як правило, більша кількість полюсів призводить до покращення крутного моменту та точності. BesFoc пропонує крокові двигуни 'High Resolution', які мають вдвічі менший крок зубів у порівнянні зі стандартними моделями. Ці ротори з високою роздільною здатністю мають 100 зубів, що призводить до кута 3,6° між кожним зубом. При такому налаштуванні переміщення на 1/4 кроку зуба відповідає меншому кроку 0,9°.
Як наслідок, моделі «High Resolution» забезпечують подвійну роздільну здатність стандартних двигунів, досягаючи 400 кроків на оберт порівняно з 200 кроками на оберт у стандартних моделях. Менші кути кроку також призводять до зниження вібрації, оскільки кожен крок менш виражений і більш поступовий.
На схемі нижче показано поперечний переріз 5-фазного крокового двигуна. Цей двигун в основному складається з двох основних частин: статора і ротора. Сам ротор складається з трьох компонентів: стакан ротора 1, стакан ротора 2 і постійний магніт. Ротор намагнічений в осьовому напрямку; наприклад, якщо чаша ротора 1 позначена як північний полюс, чаша ротора 2 буде південним полюсом.
Статор має 10 магнітних полюсів, кожен з яких оснащений маленькими зубцями та відповідними обмотками. Ці обмотки сконструйовані так, що кожна з’єднана з обмоткою свого протилежного полюса. Коли струм протікає через пару обмоток, полюси, які вони з’єднують, намагнічуються в одному напрямку — або на північ, або на південь.
Кожна протилежна пара полюсів утворює одну фазу двигуна. Враховуючи, що загалом існує 10 магнітних полюсів, це призводить до п’яти різних фаз у цій 5-фазі кроковий двигун.
Важливо, що кожна чашка ротора має 50 зубців по зовнішньому периметру. Зуби на чашці ротора 1 і чаші ротора 2 механічно зміщені один відносно одного на половину кроку зубів, що забезпечує точне вирівнювання та рух під час роботи.
Розуміння того, як читати криву швидкість-крутний момент, має вирішальне значення, оскільки це дає уявлення про те, чого здатний досягти двигун. Ці криві представляють робочі характеристики конкретного двигуна в парі з конкретним драйвером. Після того, як двигун працює, його вихідний крутний момент залежить від типу приводу та прикладеної напруги. Як наслідок, той самий двигун може демонструвати суттєво різні криві швидкості та крутного моменту залежно від використовуваного драйвера.
BesFoc надає ці криві швидкості та крутного моменту як еталон. Якщо ви використовуєте двигун із драйвером, який має подібні значення напруги та струму, ви можете очікувати порівнянної продуктивності. Щоб отримати інтерактивний досвід, зверніться до кривої швидкості та крутного моменту, наведеної нижче:
Утримуючий крутний момент
Це величина крутного моменту, який створює двигун, коли він знаходиться в стані спокою, з номінальним струмом, що протікає через його обмотки.
Область запуску/зупинки
У цьому розділі вказуються значення крутного моменту та швидкості, за яких двигун може миттєво запускатися, зупинятися або повертатися назад.
Крутний момент втягування.
Це значення крутного моменту та швидкості, які дозволяють двигуну запускатися, зупинятися або повертатися назад, залишаючись синхронізованим із вхідними імпульсами.
Крутний момент відриву
Це відноситься до значень крутного моменту та швидкості, при яких двигун може працювати без зупинки, зберігаючи синхронізацію з вхідними фазами. Він являє собою максимальний крутний момент, який може забезпечити двигун під час роботи.
Максимальна стартова швидкість
Це найвища швидкість, з якою двигун може почати працювати без навантаження.
Максимальна швидкість обертання
Це вказує на найвищу швидкість, яку може досягти двигун під час роботи без навантаження.
Щоб працювати в межах між крутним моментом втягування та витягування, двигун спочатку повинен запускатися в області запуску/зупинки. Коли двигун починає працювати, частота пульсу поступово збільшується, поки не буде досягнута бажана швидкість. Щоб зупинити двигун, швидкість зменшується, доки вона не впаде нижче кривої моменту втягування.
Крутний момент прямо пропорційний силі струму та кількості витків дроту в двигуні. Щоб збільшити крутний момент на 20%, струм також слід збільшити приблизно на 20%. І навпаки, щоб крутний момент зменшився на 50%, струм слід зменшити на 50%.
Однак через магнітне насичення немає користі у збільшенні струму понад удвічі від номінального струму, оскільки за межами цієї точки подальше збільшення не призведе до збільшення крутного моменту. Робота зі струмом, який приблизно в десять разів перевищує номінальний, створює ризик розмагнічування ротора.
Усі наші двигуни оснащені ізоляцією класу B, яка може витримувати температуру до 130°C, перш ніж ізоляція почне руйнуватися. Щоб забезпечити довговічність, ми рекомендуємо підтримувати різницю між температурою всередині та зовні 30°C, тобто температура зовнішнього корпусу не повинна перевищувати 100°C.
Індуктивність відіграє значну роль у продуктивності крутного моменту на високій швидкості. Це пояснює, чому двигуни не демонструють нескінченно високий рівень крутного моменту. Кожна обмотка двигуна має різні значення індуктивності та опору. Індуктивність, виміряна в Генрі, поділена на опір в Омах, дає постійну часу (у секундах). Ця постійна часу вказує, скільки часу потрібно, щоб котушка досягла 63% свого номінального струму. Наприклад, якщо двигун розрахований на 1 ампер, після однієї постійної часу котушка досягне приблизно 0,63 ампера. Зазвичай потрібно близько чотирьох-п’яти постійних часу, щоб котушка досягла повного струму (1 ампер). Оскільки крутний момент пропорційний струму, якщо струм досягає лише 63%, двигун вироблятиме близько 63% свого максимального крутного моменту після однієї постійної часу.
На низьких швидкостях ця затримка в наростанні струму не є проблемою, оскільки струм може ефективно входити та швидко виходити з котушок, дозволяючи двигуну забезпечувати свій номінальний крутний момент. Однак на високих швидкостях струм не може зростати досить швидко до перемикання наступної фази, що призводить до зниження крутного моменту.
Напруга драйвера істотно впливає на високошвидкісні характеристики a кроковий двигун . Більш високе відношення напруги приводу до напруги двигуна сприяє покращенню високошвидкісних можливостей. Це пояснюється тим, що підвищена напруга дозволяє струму протікати в обмотки швидше, ніж 63% поріг, який обговорювався раніше.
Коли кроковий двигун переходить від одного кроку до іншого, ротор не зупиняється миттєво в цільовому положенні. Замість цього він переміщується за кінцеве положення, потім відтягується назад, перекидаючись у протилежному напрямку, і продовжує коливатися вперед і назад, поки врешті-решт не зупиниться. Це явище, яке називають 'дзвінком', відбувається з кожним кроком двигуна (див. інтерактивну діаграму нижче). Подібно до шнура банджі, імпульс ротора переносить його за межі точки зупинки, змушуючи його «підстрибувати» перед тим, як зупинитися. Однак у багатьох випадках двигун отримує вказівку переходити до наступного кроку до того, як він повністю зупиниться.
Графіки нижче ілюструють поведінку дзвінка крокового двигуна за різних умов навантаження. Коли двигун не навантажений, він демонструє значний дзвін, що означає підвищену вібрацію. Ця надмірна вібрація може призвести до зупинки двигуна, коли він не навантажений або незначно навантажений, оскільки він може втратити синхронізацію. Тому важливо завжди перевіряти a кроковий двигун з відповідним навантаженням.
Два інших графіки відображають продуктивність двигуна під навантаженням. Правильне навантаження двигуна сприяє стабілізації його роботи та зменшенню вібрації. В ідеалі навантаження має складати від 30% до 70% від максимального крутного моменту двигуна. Крім того, відношення інерції навантаження до ротора має бути від 1:1 до 10:1. Для більш коротких і швидких рухів бажано, щоб це співвідношення було ближче до 1:1 до 3:1.
Спеціалісти та інженери компанії BesFoc готові допомогти з підбором розмірів двигуна.
А кроковий двигун буде відчувати значно посилені вібрації, коли частота вхідного імпульсу збігається з його власною частотою, явище, відоме як резонанс. Це часто відбувається на частоті близько 200 Гц. Під час резонансу перевищення та заниження ротора значно посилюються, що збільшує ймовірність пропуску ступенів. Хоча конкретна резонансна частота може змінюватися залежно від інерції навантаження, зазвичай вона коливається близько 200 Гц.
Двофазні крокові двигуни можуть пропускати кроки лише в групах по чотири. Якщо ви помітили втрату кроку, кратну чотирьом, це означає, що вібрація спричиняє втрату синхронізації двигуна або що навантаження може бути надмірним. І навпаки, якщо кількість пропущених кроків не кратна чотирьом, це свідчить про те, що підрахунок пульсу неправильний, або електричний шум впливає на продуктивність.
Кілька стратегій можуть допомогти пом’якшити ефекти резонансу. Найпростіший підхід полягає в тому, щоб взагалі уникнути роботи на резонансній швидкості. Оскільки 200 Гц відповідає приблизно 60 об/хв для 2-фазного двигуна, це не дуже висока швидкість. більшість крокові двигуни мають максимальну початкову швидкість близько 1000 імпульсів за секунду (pps). Тому в багатьох випадках ви можете почати роботу двигуна на швидкості, вищій за резонансну частоту.
Якщо вам потрібно запустити двигун на швидкості, яка є нижчою за резонансну частоту, важливо швидко прискорюватися в резонансному діапазоні, щоб мінімізувати вплив вібрації.
Ще одне ефективне рішення – використання меншого кута кроку. Більші кути кроку, як правило, призводять до більшого перельоту та недольоту. Якщо двигун має коротку відстань для руху, він не створюватиме достатньо сили (крутного моменту) для значного перевищення. Зменшуючи кут кроку, двигун відчуває менше вібрації. Це одна з причин, чому методи напівкроку та мікрокроку настільки ефективні для зменшення вібрації.
Обов’язково вибирайте двигун відповідно до вимог навантаження. Правильний розмір двигуна може призвести до кращої загальної продуктивності.
Демпфери – ще один варіант, який варто розглянути. Ці пристрої можна встановити на задній вал двигуна, щоб поглинати частину вібраційної енергії, допомагаючи згладити роботу вібраційного двигуна економічно ефективним способом.
Відносно нове досягнення в Технологія крокового двигуна - це 5-фазний кроковий двигун. Найбільш помітною різницею між 2-фазними та 5-фазними двигунами (див. інтерактивну діаграму нижче) є кількість полюсів статора: 2-фазні двигуни мають 8 полюсів (4 на фазу), а 5-фазні двигуни мають 10 полюсів (2 на фазу). Конструкція ротора схожа на 2-фазний двигун.
У 2-фазному двигуні кожна фаза переміщує ротор на 1/4 кроку зуба, тоді як у 5-фазному двигуні ротор переміщується на 1/10 кроку зуба завдяки своїй конструкції. З кроком зубів 7,2° кут кроку для 5-фазного двигуна стає 0,72°. Ця конструкція дозволяє 5-фазному двигуну досягати 500 кроків на оберт, у порівнянні з 200 кроками на оберт у 2-фазного двигуна, забезпечуючи роздільну здатність у 2,5 рази більшу, ніж у 2-фазного двигуна.
Вища роздільна здатність призводить до меншого кута кроку, що значно зменшує вібрацію. Оскільки кут кроку 5-фазного двигуна в 2,5 рази менший, ніж у 2-фазного двигуна, він відчуває набагато менше дзвінків і вібрацій. В обох типах двигуна ротор повинен перевищувати або переганяти більш ніж на 3,6°, щоб пропустити кроки. З кутом кроку 5-фазного двигуна лише 0,72°, стає майже неможливим для двигуна перевищення чи заниження на такий запас, що призводить до дуже низької ймовірності втрати синхронізації.
Існує чотири основні методи приводу кроковий двигун s:
Wave Drive (повний крок)
2 фази (повний крок)
1-2 фази увімкнено (половина кроку)
Мікрокроки
На діаграмі нижче метод хвильового приводу спрощено для ілюстрації його принципів. Кожен поворот на 90°, зображений на ілюстрації, відповідає 1,8° обертання ротора в реальному двигуні.
У методі хвильового приводу, також відомому як метод 1-фазного ввімкнення, одночасно подається напруга лише на одну фазу. Коли фаза А активована, вона створює південний полюс, який притягує північний полюс ротора. Потім фаза A вимикається, а фаза B вмикається, змушуючи ротор обертатися на 90° (1,8°), і цей процес продовжується, коли кожна фаза подається під напругу окремо.
Хвильовий привід працює за допомогою чотириступеневої електричної послідовності для обертання двигуна.
У режимі приводу «2 фази ввімкнено» обидві фази двигуна постійно знаходяться під напругою.
Як показано нижче, кожен поворот на 90° відповідає повороту ротора на 1,8°. Коли обидві фази A і B живляться як південні полюси, північний полюс ротора однаково притягується до обох полюсів, змушуючи його вирівнюватись прямо посередині. У міру просування послідовності та активації фаз ротор обертатиметься, щоб підтримувати вирівнювання між двома полюсами під напругою.
Метод '2 Phases On' працює за допомогою чотирьох кроків електричної послідовності для обертання двигуна.
У стандартних 2-фазних і 2-фазних двигунах типу M від BesFoc використовується цей метод приводу «2 фази ввімкнено».
Головною перевагою методу '2 фази' над методом '1 фази' є крутний момент. У методі '1 Phase On' одночасно активується лише одна фаза, в результаті чого на ротор діє одна одиниця крутного моменту. Навпаки, метод '2 Phases On' активує обидві фази одночасно, виробляючи дві одиниці крутного моменту. Один вектор крутного моменту діє в положенні 12 годин, а інший – у положенні 3 години. Коли ці два вектори крутного моменту поєднуються, вони створюють результуючий вектор під кутом 45° із величиною, яка на 41,4% більша, ніж у одного вектора. Це означає, що використання методу '2 фази ввімкнено' дозволяє нам досягти того самого кута кроку, що й метод '1 фази ввімкнено', забезпечуючи на 41% більше крутного моменту.
Однак п'ятифазні двигуни працюють дещо інакше. Замість використання методу «2 фази ввімкнено», вони використовують метод «4 фази ввімкнено». У цьому підході чотири фази активуються одночасно кожного разу, коли двигун робить крок.
У результаті п'ятифазний двигун під час роботи дотримується 10-крокової електричної послідовності.
Метод '1-2 Phases On', також відомий як напівкроковий, поєднує принципи двох попередніх методів. У цьому підході ми спочатку активуємо фазу А, змушуючи ротор вирівнятися. Підтримуючи під напругою фазу А, ми активуємо фазу В. У цей момент ротор однаково притягується до обох полюсів і вирівнюється посередині, що призводить до повороту на 45° (або 0,9°). Далі ми вимикаємо фазу А, продовжуючи живити фазу В, дозволяючи двигуну зробити ще один крок. Цей процес продовжується, чергуючись між однією та двома фазами. Таким чином ми фактично скорочуємо кут кроку вдвічі, що допомагає зменшити вібрацію.
Для 5-фазного двигуна ми використовуємо подібну стратегію, чергуючи 4 і 5 фаз.
Напівтактовий режим складається з восьми кроків електричної послідовності. У випадку п’ятифазного двигуна з використанням методу «4-5 увімкнених фаз» двигун проходить електричну послідовність із 20 кроків.
(За потреби можна додати більше інформації про мікрокроки.)
Мікрокроки — це техніка, яка використовується для того, щоб маленькі кроки були ще точнішими. Чим менші кроки, тим вища роздільна здатність і кращі вібраційні характеристики двигуна. У мікрокроках фаза не повністю включена і не повністю вимкнена; замість цього він частково під напругою. Синусоїда подається як на фазу A, так і на фазу B з різницею фаз 90° (або 0,9° у п’ятифазному кроковий двигун ).
Коли максимальна потужність подається на фазу A, фаза B дорівнює нулю, змушуючи ротор вирівнюватись із фазою A. Коли струм до фази A зменшується, струм до фази B збільшується, дозволяючи ротору робити невеликі кроки до фази B. Цей процес продовжується, коли струм перемикається між двома фазами, що призводить до плавного мікрокрокового руху.
Однак мікрокрокове створює певні проблеми, головним чином щодо точності та крутного моменту. Оскільки фази живляться лише частково, двигун зазвичай відчуває зниження крутного моменту приблизно на 30%. Крім того, оскільки різниця крутного моменту між кроками мінімальна, двигуну може бути важко подолати навантаження, що може призвести до ситуацій, коли двигун отримує команду зробити кілька кроків, перш ніж він дійсно почне рухатися. У багатьох випадках для створення замкнутої системи необхідне включення кодерів, хоча це збільшує загальну вартість.
Системи з відкритим контуром.
Системи із замкнутим контуром.
Сервосистеми
Крокові двигуни зазвичай розроблені як системи з відкритим контуром. У цій конфігурації генератор імпульсів посилає імпульси в схему послідовності фаз. Секвенсор фаз визначає, які фази слід увімкнути або вимкнути, як описано раніше в повнокрокових і напівкрокових методах. Секвенсор керує потужними польовими транзисторами для активації двигуна.
Однак у системі з відкритим контуром немає перевірки положення, тобто немає способу підтвердити, чи виконав двигун заданий рух.
Одним із найпоширеніших методів реалізації замкнутої системи є додавання кодера на задній вал двовального двигуна. Кодер складається з тонкого диска, позначеного лініями, який обертається між передавачем і приймачем. Кожен раз, коли лінія проходить між цими двома компонентами, вона генерує імпульс на сигнальних лініях.
Потім ці вихідні імпульси повертаються до контролера, який веде їх підрахунок. Як правило, наприкінці руху контролер порівнює кількість імпульсів, надісланих драйверу, з кількістю імпульсів, отриманих від кодера. Виконується спеціальна процедура, за допомогою якої, якщо два підрахунки відрізняються, система коригує, щоб виправити розбіжність. Якщо підрахунки збігаються, це означає, що помилки не сталося, і рух може продовжуватися плавно.
Система замкнутого циклу має два основні недоліки: вартість (і складність) і час відгуку. Включення кодера збільшує загальну вартість системи разом із підвищеною складністю контролера, що сприяє загальній вартості. Крім того, оскільки виправлення вносяться лише в кінці руху, це може призвести до затримок у системі, потенційно сповільнивши час відповіді.
Альтернативою кроковим системам замкнутого циклу є сервосистема. У сервосистемах зазвичай використовуються двигуни з низькою кількістю полюсів, що забезпечує високу швидкість, але не має внутрішньої можливості позиціонування. Щоб перетворити сервопривід на позиційний пристрій, необхідні механізми зворотного зв'язку, часто з використанням кодера або резольвера разом із контурами керування.
У сервосистемі двигун активується та вимикається, доки резольвер не вкаже, що визначене положення було досягнуто. Наприклад, якщо сервопривід отримує вказівку зробити 100 обертів, він починає з нульового відліку резольвера. Двигун працює, доки кількість обертів резольвера не досягне 100 обертів, після чого він вимикається. Якщо є будь-який позиційний зсув, двигун повторно активується, щоб виправити положення.
На реакцію сервоприводу на позиційні помилки впливає налаштування посилення. Налаштування високого підсилення дозволяє двигуну швидко реагувати на зміни помилки, тоді як налаштування низького підсилення призводить до повільнішої реакції. Однак зміна параметрів підсилення може призвести до затримок у системі керування рухом, що вплине на загальну продуктивність.
AlphaStep – це інновація BesFoc кроковий двигун із вбудованим резольвером, який забезпечує зворотний зв’язок щодо положення в реальному часі. Така конструкція гарантує, що точне положення ротора завжди відомо, підвищуючи точність і надійність системи.
Драйвер AlphaStep має вхідний лічильник, який відстежує всі імпульси, надіслані на накопичувач. Одночасно зворотний зв'язок від резольвера спрямовується на лічильник положення ротора, що дозволяє постійно контролювати положення ротора. Будь-які невідповідності реєструються в лічильнику відхилень.
Як правило, двигун працює в режимі розімкнутого циклу, генеруючи вектори крутного моменту, за якими слідує двигун. Однак, якщо лічильник відхилень показує розбіжність, що перевищує ±1,8°, секвенсор фаз активує вектор крутного моменту у верхній частині кривої зміщення крутного моменту. Це генерує максимальний крутний момент, щоб переналаштувати ротор і повернути його в синхронізм. Якщо двигун вимкнено на кілька ступенів, секвенсор активує кілька векторів крутного моменту на верхньому кінці кривої зміщення крутного моменту. Водій може працювати в умовах перевантаження до 5 секунд; якщо не вдається відновити синхронізацію протягом цього періоду часу, спрацьовує помилка та видається сигнал тривоги.
Чудовою особливістю системи AlphaStep є її здатність в реальному часі коригувати будь-які пропущені кроки. На відміну від традиційних систем, які чекають до кінця руху, щоб виправити будь-які помилки, драйвер AlphaStep вживає коригувальних заходів, щойно ротор виходить за межі діапазону 1,8°. Коли ротор повертається в межах цього ліміту, драйвер повертається до режиму розімкненого циклу та відновлює активацію відповідної фази.
Супровідний графік ілюструє криву переміщення крутного моменту, підкреслюючи режими роботи системи — відкритий і замкнутий цикл. Крива переміщення крутного моменту відображає крутний момент, створюваний однією фазою, що досягає максимального крутного моменту, коли положення ротора відхиляється на 1,8°. Ступінь можна пропустити, лише якщо ротор виходить за межі більш ніж на 3,6°. Оскільки водій контролює вектор крутного моменту щоразу, коли відхилення перевищує 1,8°, двигун навряд чи пропускатиме кроки, якщо він не зазнає перевантаження, що триває більше 5 секунд.
Багато людей помилково вважають, що точність кроку двигуна AlphaStep становить ±1,8°. Насправді AlphaStep має точність кроку 5 кутових хвилин (0,083°). Драйвер керує векторами крутного моменту, коли ротор знаходиться за межами діапазону 1,8°. Як тільки ротор потрапляє в цей діапазон, зубці ротора точно вирівнюються з вектором крутного моменту, який генерується. AlphaStep гарантує, що правильний зуб вирівнюється з активним вектором крутного моменту.
Серія AlphaStep доступна в різних версіях. BesFoc пропонує як моделі з круглим валом, так і редукторні моделі з кількома передавальними числами для підвищення роздільної здатності та крутного моменту або мінімізації відображеної інерції. Більшість версій можуть бути оснащені безвідмовним магнітним гальмом. Крім того, BesFoc пропонує версію 24 В постійного струму під назвою серії ASC.
Підсумовуючи, крокові двигуни дуже підходять для позиціонування. Вони дозволяють точно контролювати відстань і швидкість, просто змінюючи кількість і частоту пульсу. Їхня велика кількість полюсів забезпечує точність навіть при роботі в режимі відкритого контуру. При правильному розмірі для конкретного застосування, a кроковий двигун не пропустить кроки. Крім того, оскільки вони не вимагають позиційного зворотного зв’язку, крокові двигуни є економічно ефективним рішенням.
