Stepper-moottorit ovat yksi yksinkertaisimmista moottoreista, jotka on toteutettava elektroniikan malleissa, joissa tarvitaan tarkkuutta ja toistettavuutta. Valitettavasti askelmoottoreiden rakenne asettaa melko alhaisen nopeuden rajoituksen moottoriin, mikä on paljon pienempi kuin elektroniikan ajonopeus moottorilla. Kun askelmoottorin nopeaa toimintaa tarvitaan, toteutuksen hankaluus kasvaa, kun useat tekijät alkavat tulla pelaamaan.
Nopeat tahtimoottorit
Useita tekijöitä tulee merkittäviä malleja ja toteutushaasteita, kun askelmoottoreita käytetään suurilla nopeuksilla. Monien komponenttien tavoin, askelmoottoreiden reaalimaailman käyttäytyminen ei ole ihanteellinen ja kaukana teoriasta. Stepper-moottorin maksiminopeus vaihtelee valmistajan, mallin ja moottorin induktanssin mukaan, kun saavutetaan 1000-3000 kierrosnopeus (suuremmilla nopeuksilla, servomoottorit ovat parempi valinta). Pääasialliset tekijät, jotka vaikuttavat askelmoottorikäyttöön suurilla nopeuksilla:
- Inertia - Kaikilla liikkuvilla kohteilla on inertia, joka estää objektin kiihtyvyyden muutoksen. Alemman nopeuden sovelluksissa on mahdollista aloittaa askelmoottori ajo halutulla nopeudella puuttumatta vaiheeseen. Kuitenkin pyrkimys kuljettaa kuormaa askelmoottorilla nopealla nopeudella on loistava tapa ohittaa askelmat ja menettää asentoa. Paitsi erittäin kevyitä kuormia, joilla on vähän inertia vaikutuksia, askelmoottori on nostettava alhaisesta nopeudesta suurelle nopeudelle, jotta se pysyy paikallaan ja tarkkuudessa. Edistyksellisillä stepper-moottorilla on kiihtyvyysrajoitukset ja inertia kompensoivat strategiat.
- Momentti-käyrät - Stepper-moottorin vääntömomentti ei ole sama kaikissa käyttönopeuksissa, vaan laskee, kun nouseva nopeus kasvaa. Syynä tähän on askelmoottoreiden toimintaperiaatteet. Ohjaus-signaali askelmoottoreille tuottaa magneettikentän moottorin keloissa voiman aikaansaamiseksi vaiheen suorittamiseksi. Aika, jolloin magneettikenttä tulee täyteen lujuuteen, riippuu kelan induktanssista, käyttöjännitteestä ja virranrajasta. Kun ajonopeus kasvaa, käämien säilymisaika niiden täydellä voimakkuudella lyhenee ja vääntömomentti, jonka moottori voi tuottaa, putoaa pois.
- Ohjaussignaali - Stepper-moottorin voiman maksimoimiseksi taajuusmuuttajan virran on saavutettava maksimivirtavirta ja suurilla nopeuksilla tämä on tehtävä niin nopeasti kuin mahdollista. Korkeamman jännitesignaalin avulla toimivan askelmoottorin käyttö voi auttaa parantamaan vääntömomenttia suurilla nopeuksilla, joita käytetään automaattisesti vakiovirtapiirien ohjainratkaisuissa.
- Kuollut alue - Moottorin ideaalinen konsepti mahdollistaa sen ajettavan millä tahansa nopeudella, kun vääntömomentti pienenee, kun nopeus kasvaa. Valitettavasti askelmoottoreilla on usein kuollut alue, jossa moottori ei voi ajaa kuormaa tietyllä nopeudella. Tämä johtuu järjestelmän resonanssista ja vaihtelee jokaisen tuotteen ja mallin mukaan.
- Resonanssi - Stepper-moottorit ohjaavat mekaanisia järjestelmiä ja kaikki mekaaniset järjestelmät voivat kärsiä resonanssista. Resonanssi tapahtuu, kun ajotaajuus vastaa järjestelmän luonnollista taajuutta ja järjestelmään lisätty energia pyrkii lisäämään sen tärinää ja vääntömomenttia sen nopeuden sijaan. Sovelluksissa, joissa liiallisilla värähtelyillä on ongelmia, resonanssin stepper -moottorin nopeuksien etsiminen ja ohittaminen on erityisen tärkeää. Myös sellaiset sovellukset, jotka voivat sietää tärinää, välttävät mahdollisuuksien mukaan resonanssin, koska se voi merkittävästi pienentää järjestelmän käyttöikää.
- Vaiheen koko - Stepper-moottoreilla on muutamia ajastrategioita, mukaan lukien mikro-askelmointi, joka mahdollistaa moottorin pienemmät vaiheet. Nämä mikroprosessorit eivät tarjoa parempaa tarkkuutta (pikemminkin mikroprosessit ovat pienentyneet tarkkuudella), mutta ne tekevät stepper-moottorin toiminnan hiljaisemmiksi pienillä nopeuksilla. Stepper-moottoreita voidaan ajaa vain niin nopeasti, että moottori ei näe eroa mikroprosessissa tai täydellisessä askeleessa. Täyden nopeuden saavuttamiseksi tarvitaan usein askelmoottoria ajettaessa. Kuitenkin mikroskooppisen askelmoottorin kiihdytyskäyrän avulla voidaan vähentää huomattavasti melua ja tärinää järjestelmässä.