Steppermotorer er en af de enklere motorer at implementere i elektronikdesign, hvor der er behov for et niveau af præcision og repeterbarhed. Konstruktionen af stepmotorer sætter en lavhastighedsbegrænsning på motoren, lavere end den hastighed, elektronikken kan drive motoren. Når der kræves en højhastighedsdrift af en stepmotor, øges vanskeligheden ved implementering.
Højhastigheds stepmotorfaktorer
Flere faktorer bliver design- og implementeringsudfordringer, når du kører stepmotorer ved høje hastigheder. Ligesom mange komponenter er stepmotorernes adfærd i den virkelige verden ikke ideel og langt fra teori. Stepmotorers maksimale hastighed varierer efter producent, model og motorens induktans, med hastigheder på 1000 RPM til 3000 RPM norm alt opnåelige.
For højere hastigheder er servomotorer et bedre valg.
Inertia
Ethvert objekt i bevægelse har inerti, som modstår ændringer i et objekts acceleration. I applikationer med lavere hastighed er det muligt at køre en stepmotor ved den ønskede hastighed uden at gå glip af et trin. Men at forsøge at køre en belastning på en stepmotor ved høj hastighed med det samme er en fantastisk måde at springe trin over og miste motorens position.
En stepmotor skal rampe op fra lav hastighed til høj hastighed for at opretholde position og præcision bortset fra letvægtsbelastninger med små inertieffekter. Avanceret stepmotorstyring omfatter accelerationsbegrænsninger og strategier til at kompensere for inerti.
Momentkurver
Drejningsmomentet for en stepmotor er ikke det samme for alle driftshastigheder. Den falder, efterhånden som trinhastigheden øges.
Drivsignalet til stepmotorer genererer et magnetfelt i motorspolerne for at skabe kraften til at tage et skridt. Den tid, det tager magnetfeltet at nå op til fuld styrke, afhænger af spolens induktans, drivspænding og strømbegrænsning. Efterhånden som kørehastigheden stiger, forkortes den tid, spolerne forbliver på fuld styrke, og det moment, som motoren kan generere, falder.
Bundlinje
Drivsignalstrømmen skal nå den maksimale drivstrøm for at maksimere kraften i en stepmotor. I højhastighedsapplikationer skal kampen ske så hurtigt som muligt. At drive en stepmotor med et højere spændingssignal hjælper med at forbedre drejningsmomentet ved høje hastigheder.
Død Zone
Det ideelle koncept for en motor gør det muligt at køre den ved enhver hastighed med i værste fald en reduktion af drejningsmomentet, når hastigheden øges. Stepmotorer udvikler dog ofte en dødzone, hvor motoren ikke kan drive belastningen ved en given hastighed. Den døde zone opstår fra resonans i systemet og varierer for hvert produkt og design.
Resonance
Steppermotorer driver mekaniske systemer, og alle mekaniske systemer kan lide under resonans. Resonans opstår, når drivfrekvensen matcher systemets naturlige frekvens. Tilføjelse af energi til systemet har en tendens til at øge dets vibrationer og tab af drejningsmoment snarere end dets hastighed.
I applikationer, hvor overdrevne vibrationer viser sig at være problematiske, er det særligt vigtigt at finde og springe over resonans-trinmotorens hastigheder. Anvendelser, der tåler vibrationer, bør undgå resonans, hvor det er muligt. Resonans kan gøre et system mindre effektivt på kort sigt og forkorte dets levetid over tid.
Trinstørrelse
Steppermotorer anvender et par kørestrategier, der hjælper motoren med at tilpasse sig forskellige belastninger og hastigheder. En taktik er mikro-stepping, som lader motoren tage mindre end hele skridt. Disse mikrotrin giver nedsat nøjagtighed og gør stepmotordriften mere støjsvag ved lavere hastigheder.
Steppermotorer kan kun køre så hurtigt, og motoren ser ingen forskel på et mikrotrin eller et helt trin. For drift med fuld hastighed vil du norm alt køre en stepmotor med hele trin. Brug af mikro-stepping gennem stepmotorens accelerationskurve kan dog reducere støj og vibrationer i systemet betydeligt.
