Шаговые двигатели являются одними из самых простых двигателей для реализации в электронных конструкциях, где требуется уровень точности и повторяемости. Конструкция шаговых двигателей накладывает ограничение на низкую скорость двигателя, ниже скорости, которую электроника может управлять двигателем. Когда требуется высокоскоростная работа шагового двигателя, сложность реализации возрастает.
Факторы высокоскоростных шаговых двигателей
Несколько факторов становятся проблемами при проектировании и реализации, когда вы управляете шаговыми двигателями на высоких скоростях. Как и многие компоненты, поведение шаговых двигателей в реальном мире не идеально и далеко от теории. Максимальная скорость шаговых двигателей зависит от производителя, модели и индуктивности двигателя, обычно достигаются скорости от 1000 до 3000 об/мин.
Для более высоких скоростей лучше использовать серводвигатели.
Инерция
Любой движущийся объект обладает инерцией, которая сопротивляется изменению ускорения объекта. В приложениях с более низкой скоростью можно управлять шаговым двигателем с желаемой скоростью, не пропуская ни одного шага. Тем не менее, попытка сразу же запустить нагрузку на шаговом двигателе на высокой скорости - отличный способ пропустить шаги и потерять положение двигателя.
Шаговый двигатель должен разгоняться от низкой скорости до высокой скорости, чтобы поддерживать положение и точность, за исключением легких нагрузок с небольшими инерционными эффектами. Усовершенствованные средства управления шаговым двигателем включают ограничения ускорения и стратегии компенсации инерции.
Кривые крутящего момента
Крутящий момент шагового двигателя не одинаков для каждой рабочей скорости. Он падает по мере увеличения скорости шага.
Управляющий сигнал для шаговых двигателей создает магнитное поле в катушках двигателя, чтобы создать силу, необходимую для совершения шага. Время, необходимое магнитному полю для достижения полной силы, зависит от индуктивности катушки, напряжения возбуждения и ограничения тока. По мере увеличения скорости движения, время, в течение которого обмотки остаются на полную мощность, сокращается, и крутящий момент, который может генерировать двигатель, падает.
Итог
Ток сигнала привода должен достигать максимального тока привода, чтобы максимизировать усилие в шаговом двигателе. В высокоскоростных приложениях совпадение должно происходить как можно быстрее. Использование шагового двигателя с сигналом более высокого напряжения помогает улучшить крутящий момент на высоких скоростях.
Мертвая зона
Идеальная концепция двигателя позволяет ему работать на любой скорости, в худшем случае с уменьшением крутящего момента по мере увеличения скорости. Однако в шаговых двигателях часто возникает мертвая зона, в которой двигатель не может управлять нагрузкой с заданной скоростью. Мертвая зона возникает из-за резонанса в системе и различается для каждого продукта и конструкции.
Резонанс
Шаговые двигатели управляют механическими системами, а все механические системы могут страдать от резонанса. Резонанс возникает, когда частота возбуждения совпадает с собственной частотой системы. Добавление энергии в систему увеличивает ее вибрацию и потерю крутящего момента, а не скорость.
В приложениях, где чрезмерные вибрации оказываются проблематичными, особенно важно найти и пропустить резонансные скорости шагового двигателя. Приложения, допускающие вибрацию, должны по возможности избегать резонанса. Резонанс может сделать систему менее эффективной в краткосрочной перспективе и сократить срок ее службы с течением времени.
Шаг
Шаговые двигатели используют несколько стратегий вождения, которые помогают двигателю адаптироваться к различным нагрузкам и скоростям. Одна из тактик - микрошаг, который позволяет двигателю делать меньшие шаги, чем полные. Эти микрошаги обеспечивают меньшую точность и делают работу шагового двигателя более тихой на более низких скоростях.
Шаговые двигатели могут двигаться только с определенной скоростью, и двигатель не видит разницы в микрошаге или полном шаге. Для работы на полной скорости вам обычно потребуется управлять шаговым двигателем с полными шагами. Однако использование микрошагов на кривой ускорения шагового двигателя может значительно снизить шум и вибрацию в системе.
