Шаговые двигатели являются одним из более простых двигателей для реализации в электротехнических конструкциях, где необходим уровень точности и повторяемости. К сожалению, конструкция шаговых двигателей ограничивает маломощные ограничения на двигателе, что намного ниже скорости, с которой электроника может управлять двигателем. Когда требуется высокоскоростная работа шагового двигателя, сложность реализации возрастает, так как начинает играть ряд факторов.
Высокоскоростные факторы шагового двигателя
Несколько факторов становятся значительными проектами и проблемами реализации, когда шаговые двигатели работают на высоких скоростях. Как и многие компоненты, поведение шаговых двигателей в реальном мире не является идеальным и далеко от теории. Максимальная скорость шаговых двигателей зависит от производителя, модели и индуктивности двигателя со скоростью 1000-3000 об / мин (для более высоких скоростей, сервомоторы - лучший выбор). Основными факторами, влияющими на движение шаговых двигателей на высоких скоростях, являются:
инертность
Любой движущийся объект имеет инерцию, которая сопротивляется изменению ускорения объекта. В приложениях с более низкой скоростью можно запускать шаговый двигатель с требуемой скоростью без пропусков. Тем не менее, попытка сразу же нанести нагрузку на шаговый двигатель на высокой скорости - отличный способ пропустить шаги и потерять позицию. За исключением очень легких нагрузок с небольшими инерционными эффектами, шаговый двигатель должен увеличиваться с низкой скорости до высокой скорости, чтобы поддерживать положение и точность. Расширенные средства управления шаговым двигателем включают ограничения и стратегии ускорения для компенсации инерции.
Кривые крутящего момента
Крутящий момент шагового двигателя не является одинаковым для каждой рабочей скорости, но падает при увеличении скорости шага. Причина этого основана на операционных принципах шаговых двигателей. Сигнал возбуждения для шаговых двигателей создает магнитное поле в катушках двигателя, чтобы создать усилие, чтобы сделать шаг. Время, затрачиваемое магнитным полем на полную мощность, зависит от индуктивности катушки, напряжения привода и ограничения тока. Когда скорость движения увеличивается, время, в течение которого катушки остаются на полную мощность, сокращается, а крутящий момент, который двигатель может генерировать, падает.
Приводной сигнал
Чтобы максимизировать силу шагового двигателя, ток сигнала возбуждения должен достигать максимального тока привода, а в высокоскоростных приложениях это должно выполняться как можно быстрее. Привод шагового двигателя с сигналом более высокого напряжения может помочь улучшить крутящий момент на высоких скоростях, которые автоматически применяются в решениях с постоянным током.
Мертвая зона
Идеальная концепция двигателя позволяет ему приводиться на любой скорости с худшим уменьшением крутящего момента при увеличении скорости. К сожалению, шаговые двигатели часто имеют мертвую зону, где двигатель не может управлять нагрузкой с заданной скоростью. Это связано с резонансом в системе и варьируется для каждого продукта и дизайна.
Резонанс
Шаговые двигатели приводят в движение механические системы, и все механические системы могут страдать от резонанса. Резонанс возникает, когда частота возбуждения соответствует собственной частоте системы, и энергия, добавляемая в систему, имеет тенденцию к увеличению ее вибрации и потери крутящего момента, а не его скорости. В приложениях, где чрезмерные вибрации будут иметь проблемы, особенно важно найти и пропустить скорость резонансного шагового двигателя. Даже приложения, способные выдерживать вибрацию, должны избегать резонанса, когда это возможно, поскольку это может значительно снизить срок службы системы.
Размер шага
Шаговые двигатели имеют несколько доступных стратегий вождения, включая микрошагирование, которое позволяет выполнять малые, чем полные шаги, двигатели. Эти микрошаги уменьшают точность, но они делают работу шагового двигателя более тихим при более низких скоростях. Шаговые двигатели могут приводиться в движение только так быстро, и двигатель не видит разницы в микрошаге или полном шаге. Для полной скорости работы часто требуется вождение шагового двигателя с полными шагами. Однако использование микрошагов через кривую ускорения шагового двигателя может значительно снизить шум и вибрацию в системе.
