Стъпковите двигатели са едни от по-простите двигатели за внедряване в електроника, където е необходимо ниво на прецизност и повторяемост. Конструкцията на стъпковите двигатели поставя ограничение за ниска скорост на двигателя, по-ниско от скоростта, която електрониката може да управлява двигателя. Когато се изисква високоскоростна работа на стъпков двигател, трудността на изпълнение се увеличава.
Фактори на високоскоростен стъпков двигател
Няколко фактора се превръщат в предизвикателства при проектирането и изпълнението, когато управлявате стъпкови двигатели при високи скорости. Подобно на много компоненти, поведението на стъпковите двигатели в реалния свят не е идеално и далеч от теорията. Максималната скорост на стъпковите двигатели варира според производителя, модела и индуктивността на двигателя, като обикновено се постигат скорости от 1000 RPM до 3000 RPM.
За по-високи скорости, серво моторите са по-добър избор.
Инерция
Всеки движещ се обект има инерция, която се съпротивлява на промените в ускорението на обекта. При приложения с по-ниска скорост е възможно да задвижите стъпков двигател с желаната скорост, без да пропуснете стъпка. Въпреки това опитът да задвижите товар върху стъпков двигател с висока скорост незабавно е чудесен начин да прескочите стъпките и да загубите позицията на двигателя.
Стъпковият двигател трябва да се увеличи от ниска скорост към висока скорост, за да поддържа позиция и прецизност, с изключение на леки товари с малък инерционен ефект. Разширеното управление на стъпковия двигател включва ограничения на ускорението и стратегии за компенсиране на инерцията.
Криви на въртящия момент
Въртящият момент на стъпковия двигател не е еднакъв за всяка работна скорост. Тя намалява с увеличаване на скоростта на крачка.
Задвижващият сигнал за стъпкови двигатели генерира магнитно поле в намотките на двигателя, за да създаде силата за извършване на стъпка. Времето, необходимо на магнитното поле да достигне пълна сила, зависи от индуктивността на намотката, задвижващото напрежение и ограничението на тока. С увеличаване на скоростта на шофиране времето, през което намотките остават в пълна сила, се скъсява и въртящият момент, който двигателят може да генерира, намалява.
Долен ред
Задвижващият сигнален ток трябва да достигне максималния задвижващ ток, за да се увеличи максимално силата в стъпковия двигател. При високоскоростни приложения съвпадението трябва да се случи възможно най-бързо. Задвижването на стъпков двигател със сигнал с по-високо напрежение спомага за подобряване на въртящия момент при високи скорости.
Мъртва зона
Идеалната концепция за двигател позволява той да се задвижва с всякаква скорост с, в най-лошия случай, намаляване на въртящия момент с увеличаване на скоростта. Въпреки това, стъпковите двигатели често развиват мъртва зона, където моторът не може да управлява товара с дадена скорост. Мъртвата зона възниква от резонанс в системата и варира за всеки продукт и дизайн.
Резонанс
Стъпковите двигатели задвижват механични системи и всички механични системи могат да страдат от резонанс. Резонанс възниква, когато управляващата честота съответства на естествената честота на системата. Добавянето на енергия към системата има тенденция да увеличава нейните вибрации и загуба на въртящ момент, а не нейната скорост.
В приложения, където прекомерните вибрации се оказват проблематични, намирането и прескачането на скоростите на резонансния стъпков двигател е особено важно. Приложенията, които понасят вибрации, трябва да избягват резонанса, когато е възможно. Резонансът може да направи системата по-малко ефективна в краткосрочен план и да съкрати живота й с течение на времето.
Размер на стъпката
Стъпковите двигатели използват няколко стратегии за задвижване, които помагат на двигателя да се адаптира към различни натоварвания и скорости. Една тактика е микростъпката, която позволява на двигателя да прави по-малки от пълните стъпки. Тези микро стъпки предлагат намалена точност и правят работата на стъпковия двигател по-тиха при по-ниски скорости.
Стъпковите двигатели могат да се движат толкова бързо и моторът не вижда разлика в микростъпка или пълна стъпка. За работа на пълна скорост обикновено ще искате да задвижите стъпков двигател с пълни стъпки. Въпреки това, използването на микростъпка през кривата на ускорение на стъпковия двигател може значително да намали шума и вибрациите в системата.
