Nhà sản xuất động cơ bước lai ở Trung Quốc - Besfoc

Giới thiệu động cơ bước

Động cơ bước là gì？

MỘT Động cơ bước là một loại động cơ điện di chuyển theo các bước chính xác, cố định thay vì liên tục quay như một động cơ thông thường. Nó thường được sử dụng trong các ứng dụng cần điều khiển vị trí chính xác, chẳng hạn như máy in 3D, máy CNC, robot và nền tảng máy ảnh.

Động cơ bước là một loại động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành chuyển động quay với độ chính xác đáng chú ý. Không giống như động cơ điện thông thường, cung cấp vòng quay liên tục, các động cơ bước quay theo các bước riêng biệt, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu định vị chính xác.

Mỗi xung của điện được gửi đến một động cơ bước từ trình điều khiển của nó dẫn đến một chuyển động chính xác, mỗi xung tương ứng với một bước cụ thể. Tốc độ mà động cơ xoay trực tiếp tương quan với tần số của các xung này: các xung được gửi nhanh hơn, xoay càng nhanh.

Một trong những lợi thế chính của Động cơ bước là điều khiển dễ dàng của họ. Hầu hết các trình điều khiển hoạt động với các xung 5 volt, tương thích với các mạch tích hợp phổ biến. Bạn có thể thiết kế một mạch để tạo các xung này hoặc sử dụng máy phát xung từ các công ty như Besfoc.

Mặc dù các động cơ bước chân không chính xác thường xuyên của họ có độ chính xác khoảng ± 3 phút vòng cung (0,05 °) Các lỗi này không tích lũy với nhiều bước. Ví dụ, nếu một động cơ bước tiêu chuẩn thực hiện một bước, nó sẽ quay 1,8 ° ± 0,05 °. Ngay cả sau một triệu bước, tổng độ lệch vẫn chỉ là ± 0,05 °, làm cho chúng đáng tin cậy cho các chuyển động chính xác trong khoảng cách xa.

Ngoài ra, các động cơ Stepper được biết đến với phản ứng nhanh và tăng tốc do quán tính rôto thấp, cho phép chúng đạt được tốc độ cao một cách nhanh chóng. Điều này làm cho chúng đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi các chuyển động ngắn, nhanh chóng.

Làm thế nào để một động cơ bước hoạt động?

MỘT Động cơ bước hoạt động bằng cách chia một vòng quay đầy đủ thành một số bước bằng nhau. Nó sử dụng các điện cực để tạo ra chuyển động theo gia số nhỏ, được kiểm soát.

1. Bên trong động cơ bước

Một động cơ bước có hai phần chính:

• Stato - phần đứng yên với cuộn dây (điện từ).

• Rôto - Phần quay, thường là nam châm hoặc làm bằng sắt.

2. Chuyển động theo từ trường

• Khi dòng điện chảy qua các cuộn dây stato, nó tạo ra từ trường.

• Những lĩnh vực này thu hút rôto.

• Bằng cách bật và tắt các cuộn dây theo một chuỗi cụ thể, rôto được kéo từng bước theo chuyển động tròn.

3. Xoay từng bước

• Mỗi lần cuộn dây được cung cấp năng lượng, rôto di chuyển theo một góc nhỏ (được gọi là một bước).

• Ví dụ, nếu một động cơ có 200 bước mỗi vòng quay, mỗi bước sẽ di chuyển rôto 1,8 °.

• Động cơ có thể xoay về phía trước hoặc lùi tùy thuộc vào thứ tự các xung được gửi đến các cuộn dây.

4. Được điều khiển bởi một người lái xe

• MỘT Bước lái xe máy gửi xung điện đến cuộn dây động cơ.

• Càng nhiều xung, động cơ càng quay.

• Bộ vi điều khiển (như Arduino hoặc Raspberry Pi) có thể điều khiển các trình điều khiển này để di chuyển chính xác động cơ.

Hệ thống động cơ bước

Hình minh họa dưới đây mô tả một hệ thống động cơ bước tiêu chuẩn, bao gồm một số thành phần thiết yếu hoạt động cùng nhau. Hiệu suất của từng yếu tố ảnh hưởng đến chức năng tổng thể của hệ thống.

1. Máy tính hoặc PLC:

Trọng tâm của hệ thống là bộ điều khiển logic máy tính hoặc lập trình (PLC). Thành phần này hoạt động như bộ não, điều khiển không chỉ động cơ Stepper mà cả toàn bộ máy. Nó có thể thực hiện các nhiệm vụ khác nhau, chẳng hạn như nâng thang máy hoặc di chuyển băng chuyền. Tùy thuộc vào độ phức tạp cần thiết, bộ điều khiển này có thể từ PC hoặc PLC tinh vi đến nút nhấn toán tử đơn giản.

2. Thẻ Indexer hoặc PLC:

Tiếp theo là Thẻ Indexer hoặc PLC, truyền đạt các hướng dẫn cụ thể cho Động cơ bước . Nó tạo ra số lượng xung cần thiết cho chuyển động và điều chỉnh tần số xung để điều khiển gia tốc, tốc độ và giảm tốc của động cơ. Bộ chỉ mục có thể là một đơn vị độc lập, như BESFOC hoặc thẻ tạo xung cắm vào PLC. Bất kể hình thức của nó, thành phần này là rất quan trọng cho hoạt động của động cơ.

3. Trình điều khiển động cơ:

Trình điều khiển động cơ bao gồm bốn phần chính:

• Logic để điều khiển pha: Đơn vị logic này nhận được các xung từ bộ chỉ mục và xác định pha nào của động cơ nên được kích hoạt. Năng lượng các pha phải tuân theo một chuỗi cụ thể để đảm bảo vận hành động cơ thích hợp.

• Nguồn điện logic: Đây là nguồn cung cấp điện áp thấp cung cấp năng lượng cho các mạch tích hợp (IC) trong trình điều khiển, thường hoạt động khoảng 5 volt, dựa trên bộ chip hoặc thiết kế.

• Nguồn cung cấp động cơ: Nguồn cung cấp này cung cấp điện áp cần thiết để cung cấp năng lượng cho động cơ, thường là khoảng 24 VDC, mặc dù nó có thể cao hơn tùy thuộc vào ứng dụng.

• Bộ khuếch đại công suất: Thành phần này bao gồm các bóng bán dẫn cho phép dòng điện chảy qua các pha động cơ. Các bóng bán dẫn này được bật và tắt theo trình tự chính xác để tạo điều kiện cho chuyển động của động cơ.

4. Tải:

Cuối cùng, tất cả các thành phần này hoạt động cùng nhau để di chuyển tải, có thể là một vít chì, đĩa hoặc đai băng tải, tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể.

Các loại động cơ bước

Có ba loại động cơ Stepper chính:

Động cơ bước miễn cưỡng thay đổi (VR)

Các động cơ này có răng trên rôto và stato nhưng không bao gồm nam châm vĩnh cửu. Kết quả là, họ thiếu mô -men xoắn, nghĩa là họ không giữ vị trí của mình khi không được cung cấp năng lượng.

Động cơ bước nam châm vĩnh cửu (PM)

Các động cơ bước PM có một nam châm vĩnh cửu trên cánh quạt nhưng không có răng. Mặc dù chúng thường thể hiện ít độ chính xác hơn trong các góc bước, nhưng chúng cung cấp mô -men xoắn, cho phép chúng duy trì vị trí khi tắt nguồn.

Động cơ bước lai

Besfoc chuyên độc quyền trong hybrid Động cơ bước s. Những động cơ này hợp nhất các tính chất từ ​​tính của nam châm vĩnh cửu với thiết kế răng của động cơ miễn cưỡng thay đổi. Rôto được từ hóa trục, có nghĩa là trong một cấu hình điển hình, nửa trên là một cực bắc và nửa dưới là một cực nam.

Rôto bao gồm hai cốc răng, mỗi chiếc có 50 răng. Những chiếc cốc này được bù 3,6 °, cho phép định vị chính xác. Khi nhìn từ trên cao, bạn có thể thấy rằng một chiếc răng trên Cúp Bắc Cực phù hợp với một chiếc răng trên Cup South Cole, tạo ra một hệ thống bánh răng hiệu quả.

Động cơ bước lai hoạt động trên cấu trúc hai pha, với mỗi pha chứa bốn cực cách nhau 90 °. Mỗi cực trong một pha là vết thương sao cho các cực cách nhau 180 ° có cùng độ phân cực, trong khi các phân cực đối diện với những người cách nhau 90 °. Bằng cách đảo ngược dòng điện trong bất kỳ pha nào, độ phân cực của cực stato tương ứng cũng có thể được đảo ngược, cho phép động cơ chuyển đổi bất kỳ cột stato nào thành cực bắc hoặc nam.

Rôto của động cơ bước có 50 răng, với độ cao 7,2 ° giữa mỗi răng. Khi động cơ hoạt động, sự liên kết của răng rôto với răng stator có thể thay đổi theo đặc biệt, nó có thể được bù bởi ba phần tư của một nốt răng, nửa góc răng hoặc một phần tư của một cú đánh răng. Khi động cơ bước, nó tự nhiên đi theo con đường ngắn nhất để tự sắp xếp lại, điều này có nghĩa là chuyển động 1,8 ° mỗi bước (vì 1/4 là 7,2 ° bằng 1,8 °).

Mô -men xoắn và độ chính xác trong Động cơ bước bị ảnh hưởng bởi số cực (răng). Nói chung, một số lượng cực cao hơn dẫn đến mô -men xoắn và độ chính xác được cải thiện. Besfoc cung cấp các động cơ bước 'Độ phân giải cao', có một nửa độ cao của các mô hình tiêu chuẩn của chúng. Những cánh quạt có độ phân giải cao này có 100 răng, dẫn đến góc 3,6 ° giữa mỗi răng. Với thiết lập này, một chuyển động 1/4 của một sân răng tương ứng với một bước nhỏ hơn 0,9 °.

Do đó, các mô hình 'Độ phân giải cao ' cung cấp gấp đôi độ phân giải của động cơ tiêu chuẩn, đạt được 400 bước trên mỗi vòng quay so với 200 bước mỗi vòng quay trong các mô hình tiêu chuẩn. Các góc bước nhỏ hơn cũng dẫn đến các rung động thấp hơn, vì mỗi bước ít rõ rệt hơn và dần dần hơn.

Kết cấu

Sơ đồ dưới đây minh họa mặt cắt của động cơ bước 5 pha. Động cơ này chủ yếu bao gồm hai phần chính: stato và rôto. Bản thân rôto được tạo thành từ ba thành phần: Cup Rotor 1, Rôtor Cup 2 và nam châm vĩnh cửu. Rôto được từ hóa theo hướng trục; Ví dụ, nếu Rotor Cup 1 được chỉ định là Bắc Cực, Rôtor Cup 2 sẽ là Nam Cực.

Stato có 10 cực từ tính, mỗi cực được trang bị răng nhỏ và cuộn dây tương ứng. Những cuộn dây này được thiết kế sao cho mỗi cuộn dây được kết nối với cuộn dây của cực đối diện của nó. Khi dòng điện chảy qua một cặp cuộn dây, các cực mà chúng kết nối từ hóa theo cùng một hướng đi về phía bắc hoặc phía nam.

Mỗi cặp cực đối diện tạo thành một pha của động cơ. Cho rằng tổng cộng có 10 cực từ, điều này dẫn đến năm giai đoạn riêng biệt trong vòng 5 pha này Động cơ bước.

Điều quan trọng, mỗi cốc cánh quạt có 50 răng dọc theo chu vi bên ngoài của chúng. Răng trên Rôtor Cup 1 và Rôtor Cup 2 được bù đắp một cách cơ học với nhau bằng nửa góc răng, cho phép liên kết chính xác và chuyển động trong quá trình hoạt động.

Mô-men xoắn tốc độ

Hiểu cách đọc một đường cong mô hình tốc độ là rất quan trọng, vì nó cung cấp cái nhìn sâu sắc về những gì động cơ có khả năng đạt được. Các đường cong này đại diện cho các đặc tính hiệu suất của một động cơ cụ thể khi được ghép nối với một trình điều khiển cụ thể. Khi động cơ hoạt động, đầu ra mô -men xoắn của nó bị ảnh hưởng bởi loại ổ đĩa và điện áp ứng dụng. Kết quả là, cùng một động cơ có thể thể hiện các đường cong mô-men tốc độ khác nhau đáng kể tùy thuộc vào trình điều khiển được sử dụng.

BESFOC cung cấp các đường cong mô hình tốc độ này làm tài liệu tham khảo. Nếu bạn sử dụng một động cơ có trình điều khiển có điện áp và xếp hạng hiện tại tương tự, bạn có thể mong đợi hiệu suất tương đương. Để biết trải nghiệm tương tác, vui lòng tham khảo đường cong mô-men xoắn tốc độ được cung cấp dưới đây:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Để hoạt động trong khu vực giữa mô-men xoắn kéo và kéo, động cơ ban đầu phải bắt đầu ở vùng bắt đầu/dừng. Khi động cơ bắt đầu chạy, tốc độ xung được tăng dần cho đến khi đạt được tốc độ mong muốn. Để dừng động cơ, tốc độ sau đó được giảm cho đến khi nó rơi xuống dưới đường cong mô-men xoắn.

Mô -men xoắn tỷ lệ thuận với dòng điện và số lượng dây quay trong động cơ. Để tăng mô -men xoắn 20%, dòng điện cũng nên được tăng khoảng 20%. Ngược lại, để giảm mô -men xoắn 50%, dòng điện phải giảm 50%.

Tuy nhiên, do độ bão hòa từ tính, không có lợi ích nào trong việc tăng dòng điện vượt quá hai lần dòng được định mức, vì vượt quá thời điểm này, tăng thêm sẽ không tăng cường mô -men xoắn. Hoạt động khoảng mười lần dòng điện có nguy cơ khử từ các rôto.

Tất cả các động cơ của chúng tôi được trang bị cách nhiệt lớp B, có thể chịu được nhiệt độ lên tới 130 ° C trước khi lớp cách nhiệt bắt đầu xuống cấp. Để đảm bảo tuổi thọ, chúng tôi khuyên bạn nên duy trì chênh lệch nhiệt độ 30 ° C từ bên trong vào bên ngoài, có nghĩa là nhiệt độ trường hợp bên ngoài không được vượt quá 100 ° C.

Nguồn cảm đóng một vai trò quan trọng trong hiệu suất mô-men xoắn tốc độ cao. Nó giải thích tại sao động cơ không thể hiện mức độ mô -men xoắn cao vô tận. Mỗi cuộn dây của động cơ có giá trị riêng biệt của độ tự cảm và điện trở. Độ tự cảm được đo trong Henrys, chia cho điện trở trong ohms, dẫn đến hằng số thời gian (tính bằng giây). Thời gian này hằng số cho biết thời gian mất bao lâu để cuộn dây đạt 63% dòng điện được xếp hạng. Ví dụ, nếu động cơ được đánh giá cho 1 amp, sau một thời gian hằng số, cuộn dây sẽ đạt khoảng 0,63 amps. Thông thường phải mất khoảng bốn đến năm hằng số thời gian để cuộn dây đạt đầy đủ (1 amp). Do mô -men xoắn tỷ lệ thuận với dòng điện, nếu dòng điện chỉ đạt 63%, động cơ sẽ tạo ra khoảng 63% mô -men xoắn tối đa sau một lần hằng số.

Ở tốc độ thấp, sự chậm trễ trong tích tụ hiện tại này không phải là vấn đề vì hiện tại có thể nhanh chóng thoát ra và thoát ra các cuộn dây, cho phép động cơ cung cấp mô -men xoắn định mức của nó. Tuy nhiên, ở tốc độ cao, dòng điện không thể tăng đủ nhanh trước khi chuyển pha tiếp theo, dẫn đến giảm mô -men xoắn.

Tác động của người lái

Điện áp trình điều khiển ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất tốc độ cao của một Động cơ bước . Tỷ lệ điện áp truyền động cao hơn so với điện áp động cơ dẫn đến khả năng tốc độ cao được cải thiện. Điều này là do điện áp tăng cao cho phép dòng điện chảy vào cuộn dây nhanh hơn so với ngưỡng 63% đã được thảo luận trước đó.

Rung động

Khi một động cơ bước chuyển từ bước này sang bước khác, rôto không dừng ngay lập tức ở vị trí đích. Thay vào đó, nó di chuyển qua vị trí cuối cùng, sau đó được rút lại, vượt quá hướng ngược lại, và tiếp tục dao động qua lại cho đến khi cuối cùng dừng lại. Hiện tượng này, được gọi là 'Ringing, ' xảy ra với mỗi bước mà động cơ thực hiện (xem sơ đồ tương tác bên dưới). Giống như một sợi dây bungee, động lượng của cánh quạt mang nó vượt quá điểm dừng của nó, khiến nó phải 'nảy ' trước khi giải quyết khi nghỉ ngơi. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, động cơ được hướng dẫn chuyển sang bước tiếp theo trước khi nó dừng lại hoàn toàn.

Các biểu đồ dưới đây minh họa hành vi vòng của động cơ bước trong các điều kiện tải khác nhau. Khi động cơ được dỡ xuống, nó thể hiện tiếng chuông đáng kể, có nghĩa là tăng rung động. Sự rung động quá mức này có thể dẫn đến việc bị đình trệ động cơ khi nó được tải hoặc tải nhẹ, vì nó có thể mất đồng bộ hóa. Do đó, điều cần thiết là luôn luôn kiểm tra một Động cơ bước với tải thích hợp.

Hai biểu đồ khác mô tả hiệu suất của động cơ khi được tải. Tải đúng động cơ giúp ổn định hoạt động của nó và giảm rung. Lý tưởng nhất, tải trọng phải yêu cầu từ 30% đến 70% sản lượng mô -men xoắn tối đa của động cơ. Ngoài ra, tỷ lệ quán tính của tải trọng cho rôto sẽ rơi vào trong khoảng từ 1: 1 đến 10: 1. Đối với các chuyển động ngắn hơn và nhanh hơn, tỷ lệ này tốt hơn là gần với 1: 1 đến 3: 1.

Hỗ trợ từ Besfoc

Các chuyên gia và kỹ sư ứng dụng của BESFOC có sẵn để giúp kích thước động cơ phù hợp.

Cộng hưởng và rung động

MỘT Động cơ bước sẽ trải qua các rung động tăng đáng kể khi tần số xung đầu vào trùng với tần số tự nhiên của nó, một hiện tượng được gọi là cộng hưởng. Điều này thường xảy ra khoảng 200 Hz. Khi cộng hưởng, sự quá mức và nhấn mạnh của rôto được khuếch đại rất nhiều, làm tăng khả năng các bước còn thiếu. Mặc dù tần số cộng hưởng cụ thể có thể thay đổi theo quán tính tải, nhưng nó thường dao động khoảng 200 Hz.

Bước mất trong động cơ 2 pha

Động cơ bước 2 pha chỉ có thể bỏ lỡ các bước trong nhóm bốn. Nếu bạn nhận thấy mất bước xảy ra ở bội số của bốn, nó chỉ ra rằng các rung động đang khiến động cơ mất đồng bộ hóa hoặc tải trọng có thể quá mức. Ngược lại, nếu các bước bị bỏ lỡ không có trong số bốn, có một dấu hiệu mạnh mẽ rằng số xung không chính xác hoặc nhiễu điện ảnh hưởng đến hiệu suất.

Giảm thiểu cộng hưởng

Một số chiến lược có thể giúp giảm thiểu các hiệu ứng cộng hưởng. Cách tiếp cận đơn giản nhất là tránh hoạt động ở tốc độ cộng hưởng hoàn toàn. Vì 200 Hz tương ứng với khoảng 60 vòng / phút cho động cơ 2 pha, nó không phải là tốc độ cực cao. Hầu hết Động cơ bước có tốc độ khởi động tối đa khoảng 1000 xung mỗi giây (PPS). Do đó, trong nhiều trường hợp, bạn có thể bắt đầu hoạt động động cơ ở tốc độ cao hơn tần số cộng hưởng.

Nếu bạn cần khởi động động cơ với tốc độ dưới tần số cộng hưởng, điều quan trọng là phải tăng tốc nhanh chóng thông qua phạm vi cộng hưởng để giảm thiểu các tác động của rung động.

Giảm góc bước

Một giải pháp hiệu quả khác là sử dụng một góc bước nhỏ hơn. Các góc bước lớn hơn có xu hướng dẫn đến quá mức lớn hơn và đánh giá thấp. Nếu động cơ có một khoảng cách ngắn để di chuyển, nó sẽ không tạo ra đủ lực (mô -men xoắn) để vượt quá đáng kể. Bằng cách giảm góc bước, động cơ trải nghiệm ít rung động hơn. Đây là một lý do tại sao các kỹ thuật nửa bước và microstepping rất hiệu quả trong việc giảm các rung động.

Hãy chắc chắn chọn động cơ dựa trên các yêu cầu tải. Kích thước động cơ thích hợp có thể dẫn đến hiệu suất tổng thể tốt hơn.

Sử dụng bộ giảm chấn

Giảm chấn là một lựa chọn khác để xem xét. Các thiết bị này có thể được lắp vào trục sau của động cơ để hấp thụ một số năng lượng rung động, giúp làm mịn hoạt động của động cơ rung theo cách hiệu quả về chi phí.

Động cơ bước 5 pha

Một tiến bộ tương đối mới trong Công nghệ động cơ Stepper  là động cơ bước 5 pha. Sự khác biệt đáng chú ý nhất giữa động cơ 2 pha và 5 pha (xem sơ đồ tương tác bên dưới) là số lượng cực của stato: động cơ 2 pha có 8 cực (4 mỗi pha), trong khi động cơ 5 pha có 10 cực (2 mỗi pha). Thiết kế cánh quạt tương tự như động cơ 2 pha.

Trong một động cơ 2 pha, mỗi pha di chuyển rôto bằng góc răng 1/4, trong khi trong động cơ 5 pha, rôto di chuyển 1/10 của một góc răng do thiết kế của nó. Với độ cao răng 7,2 °, góc bước cho động cơ 5 pha trở thành 0,72 °. Cấu trúc này cho phép động cơ 5 pha đạt được 500 bước cho mỗi vòng quay, so với 200 bước của động cơ 2 pha cho mỗi vòng quay, cung cấp độ phân giải lớn hơn 2,5 lần so với động cơ 2 pha.

Một độ phân giải cao hơn dẫn đến một góc bước nhỏ hơn, làm giảm đáng kể độ rung. Do góc bước của động cơ 5 pha nhỏ hơn 2,5 lần so với động cơ 2 pha, nó trải qua tiếng chuông và rung động thấp hơn nhiều. Trong cả hai loại động cơ, rôto phải vượt quá mức vượt quá 3,6 ° để bỏ lỡ các bước. Với góc bước của động cơ 5 pha chỉ 0,72 °, động cơ gần như không thể vượt quá hoặc giảm tốc bởi một biên độ như vậy, dẫn đến khả năng mất đồng bộ rất thấp.

Phương pháp ổ đĩa

Có bốn phương pháp ổ đĩa chính cho Động cơ Stepper S:

1. Ổ sóng (bước đầy đủ)

2. 2 giai đoạn trên (bước đầy đủ)

3. 1-2 giai đoạn trên (nửa bước)

4. Microsp

Ổ sóng

Trong sơ đồ dưới đây, phương pháp ổ sóng được đơn giản hóa để minh họa các nguyên tắc của nó. Mỗi lần quay 90 ° được mô tả trong hình minh họa đại diện cho 1,8 ° vòng quay rôto trong một động cơ thực.

Trong phương pháp truyền động sóng, còn được gọi là phương pháp 1 pha trên, chỉ có một pha được cung cấp năng lượng tại một thời điểm. Khi pha A được kích hoạt, nó tạo ra một cực nam thu hút cực bắc của rôto. Sau đó, pha A được tắt và pha B được bật, khiến rôto quay 90 ° (1,8 °) và quá trình này tiếp tục với mỗi pha được cung cấp năng lượng riêng lẻ.

Ổ đĩa sóng hoạt động với trình tự điện bốn bước để xoay động cơ.

 

2 giai đoạn trên

Trong phương thức '2 pha trên phương thức ', cả hai pha của động cơ đều được cung cấp năng lượng liên tục.

Như được minh họa dưới đây, mỗi lần quay 90 ° tương ứng với vòng quay rôto 1,8 °. Khi cả hai pha A và B được cung cấp năng lượng dưới dạng cực nam, cực bắc của rôto bị thu hút như nhau đến cả hai cực, khiến nó thẳng hàng trực tiếp ở giữa. Khi trình tự tiến triển và các pha được kích hoạt, rôto sẽ xoay để duy trì sự liên kết giữa hai cực được cấp năng lượng.

Phương thức '2 trên ' hoạt động bằng cách sử dụng trình tự điện bốn bước để xoay động cơ.

Các động cơ loại m 2 pha và 2 pha của BESFOC sử dụng các pha '2 trên phương pháp ổ đĩa ' này.

Ưu điểm chính của pha '2 trên phương thức ' trong pha '1 trên phương thức ' là mô -men xoắn. Trong phương thức pha '1 trên ', chỉ có một pha được kích hoạt tại một thời điểm, dẫn đến một đơn vị mô -men xoắn hoạt động trên rôto. Ngược lại, phương pháp '2 trên ' năng lượng đồng thời cả hai pha, tạo ra hai đơn vị mô -men xoắn. Một vector mô -men xoắn hoạt động ở vị trí 12 giờ và cái còn lại ở vị trí 3 giờ. Khi hai vectơ mô -men xoắn này được kết hợp, chúng tạo ra một vectơ kết quả ở góc 45 ° với cường độ lớn hơn 41,4% so với một vectơ duy nhất. Điều này có nghĩa là sử dụng phương thức '2 trên ' cho phép chúng ta đạt được cùng một góc bước với phương thức '1 trên ' trong khi cung cấp mô -men xoắn hơn 41%.

Động cơ năm pha, tuy nhiên, hoạt động hơi khác nhau. Thay vì sử dụng phương thức '2 trên phương thức ', chúng sử dụng phương thức '4 trên '. Trong phương pháp này, bốn trong số các pha được kích hoạt đồng thời mỗi khi động cơ thực hiện một bước.

Do đó, động cơ năm pha theo trình tự điện 10 bước trong quá trình hoạt động.

1-2 giai đoạn trên (nửa bước)

Phương pháp '1-2 trên phương thức ', còn được gọi là một nửa bước, kết hợp các nguyên tắc của hai phương thức trước đó. Theo cách tiếp cận này, trước tiên chúng tôi tiếp sức cho pha A, khiến rôto thẳng hàng. Trong khi giữ được pha A năng lượng, sau đó chúng tôi kích hoạt pha B. Tại thời điểm này, rôto bị thu hút như nhau bởi cả hai cực và thẳng hàng ở giữa, dẫn đến xoay 45 ° (hoặc 0,9 °). Tiếp theo, chúng tôi tắt pha A trong khi tiếp tục cung cấp năng lượng cho pha B, cho phép động cơ tiến thêm một bước. Quá trình này tiếp tục, xen kẽ giữa năng lượng cho một pha và hai pha. Bằng cách làm như vậy, chúng tôi cắt một nửa góc một cách hiệu quả, giúp giảm rung động.

Đối với một động cơ 5 pha, chúng tôi sử dụng một chiến lược tương tự bằng cách xen kẽ giữa 4 pha và 5 pha trên.

Chế độ nửa bước bao gồm một chuỗi điện tám bước. Trong trường hợp động cơ năm pha sử dụng phương pháp '4-5 trên ', động cơ đi qua chuỗi điện 20 bước.

Microsp

(Thêm thông tin có thể được thêm vào về MicroStepping nếu cần.)

MicroStepping

MicroStepping là một kỹ thuật được sử dụng để làm cho các bước nhỏ hơn thậm chí tốt hơn. Các bước càng nhỏ, độ phân giải càng cao và các đặc tính rung động của động cơ càng tốt. Trong microstepping, một pha không hoàn toàn không tắt cũng không hoàn toàn; Thay vào đó, nó được cung cấp năng lượng một phần. Sóng sin được áp dụng cho cả pha A và pha B, với chênh lệch pha 90 ° (hoặc 0,9 ° trong năm pha Động cơ bước ).

Khi công suất tối đa được áp dụng cho pha A, pha B ở mức 0, khiến rôto thẳng hàng với pha A. Khi dòng A giảm A, dòng điện đến pha B tăng, cho phép rôto thực hiện các bước nhỏ đối với pha B.

Tuy nhiên, MicroStepping đưa ra một số thách thức, chủ yếu liên quan đến độ chính xác và mô -men xoắn. Vì các pha chỉ được cung cấp năng lượng một phần, động cơ thường trải qua việc giảm mô -men xoắn khoảng 30%. Ngoài ra, vì chênh lệch mô -men xoắn giữa các bước là tối thiểu, động cơ có thể đấu tranh để vượt qua tải trọng, điều này có thể dẫn đến các tình huống mà động cơ được lệnh di chuyển một số bước trước khi nó thực sự bắt đầu di chuyển. Trong nhiều trường hợp, việc kết hợp bộ mã hóa là cần thiết để tạo ra một hệ thống vòng kín, mặc dù điều này làm tăng thêm chi phí.

Hệ thống động cơ bước

Hệ thống vòng lặp mở
các hệ thống vòng lặp
các hệ thống servo

Mở vòng

Động cơ bước thường được thiết kế dưới dạng hệ thống vòng mở. Trong cấu hình này, một trình tạo xung gửi các xung đến mạch giải trình tự pha. Trình sắp xếp pha xác định các pha nào sẽ được bật hoặc tắt, như được mô tả trước đây trong các phương thức bước và nửa bước đầy đủ. Trình sắp xếp điều khiển các FET công suất cao để kích hoạt động cơ.

Tuy nhiên, trong một hệ thống vòng lặp mở, không có xác minh vị trí, có nghĩa là không có cách nào để xác nhận liệu động cơ có thực hiện chuyển động được chỉ huy hay không.

Vòng kín

Một trong những phương pháp phổ biến nhất để triển khai hệ thống vòng kín là bằng cách thêm bộ mã hóa vào trục sau của động cơ được cắt kép. Bộ mã hóa bao gồm một đĩa mỏng được đánh dấu bằng các đường quay giữa máy phát và máy thu. Mỗi lần một dòng đi qua giữa hai thành phần này, nó sẽ tạo ra một xung trên các đường tín hiệu.

Các xung đầu ra này sau đó được đưa trở lại bộ điều khiển, giữ một số lượng của chúng. Thông thường, ở cuối chuyển động, bộ điều khiển so sánh số lượng xung mà nó gửi cho trình điều khiển với số lượng xung nhận được từ bộ mã hóa. Một thói quen cụ thể được thực hiện theo đó, nếu hai tính khác nhau, hệ thống sẽ điều chỉnh để điều chỉnh sự khác biệt. Nếu số lượng khớp, nó chỉ ra rằng không có lỗi nào xảy ra và chuyển động có thể tiếp tục trơn tru.

Hạn chế của các hệ thống vòng kín

Hệ thống vòng kín đi kèm với hai nhược điểm chính: chi phí (và độ phức tạp) và thời gian phản hồi. Việc bao gồm một bộ mã hóa thêm vào chi phí chung của hệ thống, cùng với sự tinh vi tăng của bộ điều khiển, góp phần vào tổng chi phí. Ngoài ra, vì các hiệu chỉnh chỉ được thực hiện ở cuối một phong trào, điều này có thể gây ra sự chậm trễ vào hệ thống, có khả năng làm chậm thời gian phản hồi.

Hệ thống servo

Một thay thế cho các hệ thống bước vòng kín là một hệ thống servo. Các hệ thống servo thường sử dụng động cơ với số lượng cực thấp, cho phép hiệu suất tốc độ cao nhưng thiếu khả năng định vị vốn có. Để chuyển đổi một servo thành một thiết bị vị trí, các cơ chế phản hồi là cần thiết, thường sử dụng bộ mã hóa hoặc bộ giải quyết cùng với các vòng điều khiển.

Trong một hệ thống servo, động cơ được kích hoạt và hủy kích hoạt cho đến khi độ phân giải chỉ ra rằng một vị trí được chỉ định đã đạt được. Chẳng hạn, nếu servo được hướng dẫn di chuyển 100 cuộc cách mạng, nó sẽ bắt đầu với số lượng người giải quyết ở mức 0. Động cơ chạy cho đến khi số lượng người giải quyết đạt 100 vòng quay, tại thời điểm đó nó tắt. Nếu có bất kỳ sự thay đổi vị trí nào, động cơ sẽ được kích hoạt lại để điều chỉnh vị trí.

Phản ứng của servo đối với các lỗi vị trí bị ảnh hưởng bởi cài đặt tăng. Cài đặt mức tăng cao cho phép động cơ phản ứng nhanh với các thay đổi về lỗi, trong khi cài đặt mức tăng thấp dẫn đến phản hồi chậm hơn. Tuy nhiên, việc điều chỉnh cài đặt khuếch đại có thể giới thiệu độ trễ thời gian vào hệ thống điều khiển chuyển động, ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể.

AlphaStep Loop Stepper Systems Systems

AlphaStep là sáng tạo của Besfoc Giải pháp động cơ Stepper  , với một trình phân giải tích hợp cung cấp phản hồi vị trí thời gian thực. Thiết kế này đảm bảo rằng vị trí chính xác của rôto được biết đến mọi lúc, tăng cường độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống.

AlphaStep Loop Stepper Systems Systems

Trình điều khiển AlphaStep có bộ đếm đầu vào theo dõi tất cả các xung được gửi đến ổ đĩa. Đồng thời, phản hồi từ bộ phân giải được chuyển đến bộ đếm vị trí rôto, cho phép giám sát liên tục vị trí của rôto. Bất kỳ sự khác biệt được ghi lại trong một bộ đếm sai lệch.

Thông thường, động cơ hoạt động ở chế độ vòng mở, tạo các vectơ mô -men xoắn cho động cơ theo dõi. Tuy nhiên, nếu bộ đếm độ lệch cho thấy sự khác biệt lớn hơn ± 1,8 °, bộ giải trình tự pha sẽ kích hoạt vectơ mô -men xoắn ở phần trên của đường cong chuyển vị mô -men xoắn. Điều này tạo ra mô -men xoắn tối đa để sắp xếp lại rôto và đưa nó trở lại đồng bộ. Nếu động cơ bị tắt theo một số bước, trình sắp xếp lại cung cấp năng lượng cho nhiều vectơ mô -men xoắn ở đầu cao của đường cong dịch chuyển mô -men xoắn. Người lái có thể xử lý các điều kiện quá tải trong tối đa 5 giây; Nếu nó không khôi phục sự đồng bộ trong khung thời gian này, một lỗi sẽ được kích hoạt và báo động được đưa ra.

Một tính năng đáng chú ý của hệ thống AlphaStep là khả năng sửa chữa thời gian thực cho bất kỳ bước bị bỏ lỡ nào. Không giống như các hệ thống truyền thống chờ đợi cho đến khi kết thúc việc di chuyển để sửa bất kỳ lỗi nào, trình điều khiển AlphaStep có hành động khắc phục ngay khi rôto nằm ngoài phạm vi 1,8 °. Khi rôto trở lại trong giới hạn này, trình điều khiển sẽ trở lại chế độ vòng lặp và tiếp tục năng lượng pha thích hợp.

Biểu đồ đi kèm minh họa đường cong dịch chuyển mô -men xoắn, làm nổi bật các chế độ hoạt động của hệ thống vòng mở và vòng kín. Đường cong dịch chuyển mô -men xoắn biểu thị mô -men xoắn được tạo ra bởi một pha, đạt được mô -men xoắn tối đa khi vị trí rôto lệch 1,8 °. Một bước chỉ có thể bị bỏ lỡ nếu cánh quạt vượt quá 3,6 °. Do trình điều khiển kiểm soát vectơ mô -men xoắn bất cứ khi nào độ lệch vượt quá 1,8 °, nên động cơ không có khả năng bỏ lỡ các bước trừ khi nó bị quá tải kéo dài hơn 5 giây.

Bước chính xác của AlphaSp

Nhiều người tin rằng độ chính xác của động cơ AlphaStep là ± 1,8 °. Trong thực tế, AlphaSp có độ chính xác bước là 5 phút cung (0,083 °). Trình điều khiển quản lý các vectơ mô -men xoắn khi rôto nằm ngoài phạm vi 1,8 °. Khi rôto nằm trong phạm vi này, răng rôto thẳng hàng chính xác với vectơ mô -men xoắn được tạo ra. AlphaSp đảm bảo rằng răng chính xác phù hợp với vectơ mô -men xoắn hoạt động.

Sê -ri AlphaStep có trong các phiên bản khác nhau. BESFOC cung cấp cả mô hình trục tròn và các mô hình bánh răng với nhiều tỷ số bánh răng để tăng cường độ phân giải và mô -men xoắn hoặc để giảm thiểu quán tính phản xạ. Hầu hết các phiên bản có thể được trang bị phanh từ tính không an toàn. Ngoài ra, BESFOC cung cấp phiên bản 24 VDC được gọi là loạt ASC.

Phần kết luận

Tóm lại, động cơ Stepper rất phù hợp cho các ứng dụng định vị. Chúng cho phép kiểm soát chính xác cả khoảng cách và tốc độ chỉ bằng cách thay đổi số lượng xung và tần số. Số lượng cực cao của chúng cho phép độ chính xác, ngay cả khi hoạt động ở chế độ vòng lặp mở. Khi có kích thước đúng cho một ứng dụng cụ thể, một Động cơ bước sẽ không bỏ lỡ các bước. Hơn nữa, vì họ không yêu cầu phản hồi vị trí, động cơ Stepper là một giải pháp hiệu quả về chi phí.