Стъпковият двигател е един от опростените мотори, които се прилагат в дизайна на електрониката, където е необходимо ниво на точност и повторяемост. За съжаление конструкцията на стъпкови двигатели поставя по-скоро ограничено ограничение на скоростта на двигателя, което е много по-ниско от скоростта, с която електрониката може да задвижва двигателя. Когато се изисква високоскоростна работа на стъпков двигател, трудно се внедрява, тъй като редица фактори започват да играят.
Високоскоростни стъпкови моторни фактори
Няколко фактора се превръщат в значителен дизайн и предизвикателства при внедряването на стъпкови двигатели при високи скорости. Подобно на много компоненти, реалното поведение на стъпкови двигатели не е идеално и далеч от теорията. Максималната скорост на стъпкови двигатели ще варира по производител, модел и индуктивност на двигателя със скорости от 1000-3000 об / мин (за по-високи скорости сервомоторите са по-добър избор). Основните фактори, които влияят върху движението на стъпкови двигатели при високи скорости, са:
- Инерция - Всеки движещ се обект има инертност, която устоява на промяната в ускорението на обект. При приложения с по-ниска скорост е възможно да започнете да управлявате стъпков двигател с желаната скорост, без да пропуснете стъпка. Въпреки това, опитвайки се незабавно да задвижи товара на стъпков двигател с висока скорост, е чудесен начин да пропуснете стъпки и да загубите позиция. С изключение на много леки товари с малко инерционни ефекти, стъпковият мотор трябва да се изкачва от ниска скорост на висока скорост, за да поддържа позиция и точност. Усъвършенстваните контроли за стъпкови двигатели включват 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, но пада, когато скоростта на стъпване се увеличава. Причината за това се основава на оперативните принципи на стъпкови двигатели. Задвижващият сигнал за стъпкови двигатели генерира магнитно поле в бобините на мотора, за да се създаде силата, за да се направи стъпка. Времето, необходимо на магнитното поле да достигне пълна сила, зависи от индуктивността на намотката, напрежението на задвижването и ограничаването на тока. С увеличаването на скоростта на движение, времето за задържане на намотките при тяхната пълна сила се съкращава и въртящият момент, който двигателят може да генерира, пада.
- Сигнал на задвижването - За да се увеличи максимално силата в стъпков двигател, токът на задвижващия сигнал трябва да достигне максималния задвижващ ток, а при приложения с висока скорост това трябва да се извърши възможно най-бързо. Управлението на стъпков двигател с по-висок сигнал за напрежение може да спомогне за подобряване на въртящия момент при високи скорости, които се прилагат автоматично в решения за постоянно действащ степер-драйвер.
- Dead Zone - Идеалната концепция за двигател позволява да се движи с всякаква скорост, а в по-лошо намалява въртящия момент, когато скоростта се увеличава. За съжаление стъпкови двигатели често имат мъртва зона, където двигателят не може да задвижва товара с определена скорост. Това се дължи на резонанс в системата и варира за всеки продукт и дизайн.
- Резонанс - Стъпкови двигатели задвижват механични системи и всички механични системи могат да страдат от резонанс. Резонансът възниква, когато честотата на шофиране съвпада с естествената честота на системата, а енергията, добавена към системата, води до увеличаване на нейната вибрация и загуба на въртящ момент, а не на нейната скорост. При приложения, при които има прекомерни вибрации, намирането и прескачането на скоростта на резонансните стъпкови мотори са особено важни. Дори приложенията, които могат да понасят вибрациите, трябва да избягват резонанс, когато това е възможно, тъй като може значително да понижи живота на системата.
- Размер на стъпката - Стъпковият двигател има няколко стратегии за управление, включително микро стъпката, която позволява по-малки от пълните стъпки да бъдат направени от двигателя. Тези микро стъпки не осигуряват повишена точност (по-скоро микро стъпки имат понижена точност), но те правят стъпков двигател по-тих при по-ниски скорости. Стъпковият двигател може да се задвижва толкова бързо, а моторът не се различава в микро стъпка или в пълна стъпка. За работа с пълна скорост често се изисква задвижване на стъпков двигател с пълни стъпки. Въпреки това използването на микро стъпката през кривата на ускорението на стъпковия двигател може значително да намали шума и вибрациите в системата.