Motoarele Stepper sunt unul dintre motoarele mai simple care se implementează în modelele electronice, unde este nevoie de un nivel de precizie și repetabilitate. Din nefericire, construcția motoarelor stepper plasează o limitare a vitezei destul de scăzută a motorului, mult mai mică decât viteza pe care electronice le poate conduce motorul. Atunci când este necesară funcționarea la viteză mare a unui motor pas cu pas, implementarea dificilă de implementare crește deoarece mai mulți factori încep să intre în joc.
Factorii motorului pas cu pas de mare viteză
Mai mulți factori devin proiecte semnificative și provocări de implementare atunci când motoarele stepper sunt conduse la viteze mari. Ca multe componente, comportamentul mondial al motoarelor stepper nu este ideal și departe de teorie. Viteza maximă a motoarelor pas cu pas variază în funcție de producător, model și inductivitatea motorului cu viteze de 1000-3000 RPM realizabile (pentru viteze mai mari, servomotoarele sunt o alegere mai bună). Principalii factori care influențează conducerea motorului pas cu pas la viteze mari sunt:
- Inerția - Orice obiect în mișcare are inerție care rezistă modificării accelerației unui obiect. La aplicațiile cu viteză redusă, este posibil să porniți motorul pas cu pas la viteza dorită fără a pierde un pas. Cu toate acestea, încercarea de a conduce o sarcină pe un motor pas cu pas la viteză mare imediat este o modalitate excelentă de a sări peste pași și de a pierde poziția. Cu excepția sarcinilor foarte ușoare cu efecte inerțiale reduse, un motor pas cu pas trebuie să se ridice de la viteză mică la viteză mare pentru a menține poziția și precizia. Controlul avansat al motoarelor pas cu pas include limitări și strategii de accelerare pentru a compensa inerția.
- Curbele de cuplu - Cuplul unui motor pas cu pas nu este același pentru fiecare viteză de funcționare, dar scade, pe măsură ce crește viteza de pasare. Motivul pentru aceasta se bazează pe principiile operaționale ale motoarelor pas cu pas. Semnalul de acționare pentru motoarele pas cu pas generează un câmp magnetic în bobinele motorului pentru a crea forța de a face un pas. Timpul necesar ca câmpul magnetic să ajungă la putere maximă depinde de inductanța bobinei, de tensiunea de antrenare și de limitarea curentului. Pe măsură ce viteza de deplasare crește, timpul de răsucire a bobinelor la întreaga lor putere se scurtează și cuplul motorului poate genera scăderi.
- Semnalul de acționare - Pentru a maximiza forța într-un motor pas cu pas, curentul semnalului de acționare trebuie să atingă curentul maxim al unității și în aplicațiile de mare viteză acest lucru trebuie făcut cât mai repede posibil. Conducerea unui motor cu pas cu un semnal de tensiune mai mare poate contribui la îmbunătățirea cuplului la viteze mari care sunt aplicate automat în soluțiile driverului de pas cu pas constant.
- Zona Dead - Conceptul ideal al unui motor îi permite să fie condus la orice viteză, cu o mai mică scădere a cuplului, pe măsură ce viteza crește. Din păcate, motoarele pas cu pas au adesea o zonă moartă unde motorul nu poate conduce sarcina la o anumită viteză. Acest lucru se datorează rezonanței în sistem și variază pentru fiecare produs și design.
- Rezonanță - Motoarele pas cu pas acționează sistemele mecanice și toate sistemele mecanice pot suferi rezonanță. Rezonanța apare atunci când frecvența de conducere se potrivește cu frecvența naturală a sistemului, iar energia adăugată la sistem tind să crească mai mult vibrația și pierderea cuplului decât viteza sa. În aplicațiile în care vibrațiile excesive vor avea probleme, găsirea și sărirea peste vitezele motorului pas cu pas de rezonanță este deosebit de importantă. Chiar și aplicațiile care pot tolera vibrațiile ar trebui să evite rezonanța acolo unde este posibil, deoarece pot reduce semnificativ durata de viață a sistemului.
- Dimensiunea pasului - Motoarele pas cu pas au câteva strategii de conducere disponibile, inclusiv micro-trepte, care permit efectuarea unor etape mai mici decât cele complete de motor. Aceste etape micro nu oferă o precizie sporită (mai degrabă micile pași au o precizie scăzută), dar fac o operație cu motor pas cu pas mai silențioasă la viteze mai mici. Motoarele Stepper pot fi conduse atât de repede, iar motorul nu vede nimic diferit într-un mic pas sau într-un pas complet. Pentru operarea cu viteză maximă, este adesea necesar un motor de pas cu pas complet. Cu toate acestea, folosirea microstratului prin curba accelerației motorului pas cu pas poate reduce în mod semnificativ zgomotul și vibrațiile din sistem.