Steppermotorer är en av de enklare motorerna att genomföra i elektronikdesign där en nivå av precision och repeterbarhet behövs. Tyvärr lägger konstruktionen av steppmotorer en ganska låg hastighetsbegränsning på motorn, mycket lägre än den hastighet som elektroniken kan köra motorn. När höghastighetsdrift av en stegmotor behövs ökar genomförandeproblemet, eftersom ett antal faktorer börjar komma in för att spela.
Höghastighetsstegmotorfaktorer
Flera faktorer blir betydande design- och implementeringsutmaningar när stegmotorer drivs med höga hastigheter. Liksom många komponenter är den verkliga världsbeteendet hos steppmotorer inte idealiskt och långt ifrån teorin. Steppermotorns maxhastighet varierar beroende på tillverkare, modell och induktivitet hos motorn med hastigheter på 1000-3000 varv / min (för högre hastigheter, servomotorer är ett bättre val). De viktigaste faktorerna som påverkar stegmotorens körning med höga hastigheter är:
Tröghet
Varje rörligt föremål har tröghet som motstår förändringen i acceleration av ett objekt. I applikationer med lägre hastighet är det möjligt att börja köra en stegmotor i önskad hastighet utan att missa ett steg. Att försöka driva en last på en stegmotor med hög hastighet omedelbart är ett bra sätt att hoppa över steg och förlora position. Förutom mycket lättviktsbelastningar med lite tröghetseffekter måste en stegmotor rampa upp från låg hastighet till hög hastighet för att behålla position och precision. Avancerade stegmotorstyrningar inkluderar accelerationsbegränsningar och strategier för att kompensera för tröghet.
Momentkurvor
Vridmotorns vridmoment är inte samma för varje driftshastighet men faller när steghastigheten ökar. Anledningen till detta bygger på de operativa principerna för stegmotorer. Drivsignalen för stegmotorer genererar ett magnetfält i motorens spolar för att skapa kraften för att ta ett steg. Den tid som det tar magnetfältet att komma upp till full styrka beror på spolens induktans, drivspänning och strömbegränsning. När körhastigheten ökar ökar tiden för spolarna vid full styrka och det vridmoment som motorn kan generera släpper av.
Drivsignal
För att maximera kraften i en stegmotor måste drivströmmen nå maximal drivström, och i höghastighetsapplikationer måste detta ske så snabbt som möjligt. Körning av en stegmotor med en högre spänningssignal kan bidra till att förbättra vridmomentet med höga hastigheter som automatiskt tillämpas i ständigt aktuella stegdrivrutinlösningar.
Dödzon
Det ideala konceptet med en motor gör att den kan köras i vilken hastighet som helst, med en sämre minskning av vridmomentet, eftersom hastigheten ökar. Tyvärr har steppmotorer ofta en dödzon där motorn inte kan köra lasten vid en given hastighet. Detta beror på resonans i systemet och varierar för varje produkt och design.
Resonans
Steppmotorer driver mekaniska system och alla mekaniska system kan drabbas av resonans. Resonans uppträder när körfrekvensen matchar systemets naturliga frekvens och den energi som läggs till systemet tenderar att öka sin vibration och förlust av vridmoment snarare än hastigheten. I applikationer där överdriven vibrationer kommer att ha problem, är det särskilt viktigt att hitta och hoppa över resonansstegmotorens hastigheter. Även program som kan tolerera vibrationer bör undvika resonans där det är möjligt eftersom det kan sänka systemets livslängd avsevärt.
Steglängd
Stepper motorer har några drivande strategier tillgängliga, inklusive micro steg som tillåter mindre än fullt steg att göra av motorn. Dessa mikrosteg har minskad noggrannhet, men de gör steget motortillverkning tystare vid lägre hastigheter. Stepper motorer kan bara köras så snabbt, och motorn ser ingen skillnad i ett mikrosteg eller ett helt steg. För full hastighet krävs ofta att man kör en stegmotor med fulla steg. Med hjälp av mikrosteg genom stegmotorens accelerationskurva kan emellertid signifikant minska buller och vibrationer i systemet.
