Stegmotorer är en av de enklare motorerna att implementera i elektronikdesigner där en nivå av precision och repeterbarhet krävs. Konstruktionen av stegmotorer sätter en låghastighetsbegränsning på motorn, lägre än den hastighet som elektroniken kan driva motorn. När en höghastighetsdrift av en stegmotor krävs, ökar svårigheten att implementera.
Höghastighetsstegmotorfaktorer
Flera faktorer blir design- och implementeringsutmaningar när du kör stegmotorer i höga hastigheter. Liksom många komponenter är stegmotorernas verkliga beteende inte idealiskt och långt ifrån teorin. Stegmotorernas maxhastighet varierar beroende på tillverkare, modell och motorns induktans, med hastigheter på 1000 rpm till 3000 rpm som vanligtvis kan uppnås.
För högre hastigheter är servomotorer ett bättre val.
Tröghet
Alla rörliga objekt har tröghet, vilket motstår förändringar av ett objekts acceleration. I applikationer med lägre hastighet är det möjligt att köra en stegmotor med önskad hastighet utan att missa ett steg. Men att försöka köra en last på en stegmotor i hög hastighet omedelbart är ett utmärkt sätt att hoppa över steg och tappa motorns position.
En stegmotor måste rampa upp från låg hastighet till hög hastighet för att bibehålla position och precision förutom för lätta laster med små tröghetseffekter. Avancerade stegmotorkontroller inkluderar accelerationsbegränsningar och strategier för att kompensera för tröghet.
Vridmomentkurvor
Vridmomentet för en stegmotor är inte detsamma för varje drifthastighet. Den sjunker när steghastigheten ökar.
Drivsignalen för stegmotorer genererar ett magnetfält i motorspolarna för att skapa kraften att ta ett steg. Tiden det tar för magnetfältet att nå full styrka beror på spolens induktans, drivspänning och strömbegränsning. När körhastigheten ökar förkortas tiden som spolarna stannar vid full styrka, och vridmomentet som motorn kan generera minskar.
Bottom Line
Drivsignalströmmen måste nå den maximala drivströmmen för att maximera kraften i en stegmotor. I höghastighetsapplikationer måste matchen ske så snabbt som möjligt. Att driva en stegmotor med en högre spänningssignal hjälper till att förbättra vridmomentet vid höga hastigheter.
Död zon
Det idealiska konceptet för en motor gör att den kan köras i vilken hastighet som helst med, i värsta fall, en minskning av vridmomentet när hastigheten ökar. Men stegmotorer utvecklar ofta en dödzon där motorn inte kan driva lasten med en given hastighet. Den döda zonen uppstår från resonans i systemet och varierar för varje produkt och design.
Resonance
Stegmotorer driver mekaniska system, och alla mekaniska system kan drabbas av resonans. Resonans uppstår när drivfrekvensen matchar systemets naturliga frekvens. Att tillföra energi till systemet tenderar att öka dess vibrationer och förlust av vridmoment, snarare än dess hastighet.
I applikationer där överdrivna vibrationer visar sig vara problematiska är det särskilt viktigt att hitta och hoppa över resonansstegmotorns hastigheter. Tillämpningar som tolererar vibrationer bör undvika resonans där så är möjligt. Resonans kan göra ett system mindre effektivt på kort sikt och förkorta dess livslängd med tiden.
Stegstorlek
Stegmotorer använder några körstrategier som hjälper motorn att anpassa sig till olika belastningar och hastigheter. En taktik är mikrosteg, vilket låter motorn ta mindre än hela steg. Dessa mikrosteg ger minskad noggrannhet och gör stegmotordriften tystare vid lägre hastigheter.
Stegmotorer kan bara köra så snabbt, och motorn ser ingen skillnad i ett mikrosteg eller ett helt steg. För fullfartsdrift vill du vanligtvis köra en stegmotor med fulla steg. Användning av mikrosteg genom accelerationskurvan för stegmotorn kan dock avsevärt minska buller och vibrationer i systemet.
