Вождение шаговых двигателей на высокой скорости

Шаговые двигатели являются одними из более простых двигателей для реализации в электронике, где требуется уровень точности и повторяемости. К сожалению, конструкция шаговых двигателей накладывает довольно слабые ограничения на скорость двигателя, намного меньшую, чем скорость, которую электроника может приводить в движение. Когда требуется высокоскоростная работа шагового двигателя, сложность реализации возрастает, так как начинает действовать ряд факторов.

Факторы высокоскоростного шагового двигателя

Несколько факторов становятся существенными проектами и проблемами реализации, когда шаговые двигатели приводятся в движение на высоких скоростях. Как и многие компоненты, реальное поведение шаговых двигателей не является идеальным и далеко от теории. Максимальная скорость шаговых двигателей зависит от производителя, модели и индуктивности двигателя при достижимых скоростях 1000-3000 об/мин (для более высоких скоростей серводвигатели являются лучшим выбором). Основными факторами, влияющими на движение шагового двигателя на высоких скоростях, являются:

инертность

Любой движущийся объект обладает инерцией, которая сопротивляется изменению ускорения объекта. В приложениях с более низкой скоростью можно начать движение шагового двигателя с желаемой скоростью, не пропуская ни шага. Тем не менее, попытка сразу запустить нагрузку на шаговый двигатель на высокой скорости – отличный способ пропустить шаги и потерять позицию. За исключением очень легких нагрузок с небольшими инерционными эффектами, шаговый двигатель должен развивать скорость от низкой скорости до высокой скорости, чтобы сохранить положение и точность. Усовершенствованные элементы управления шаговым двигателем включают ограничения ускорения и стратегии компенсации инерции.

Кривые крутящего момента

Крутящий момент шагового двигателя не одинаков для каждой рабочей скорости, но падает с увеличением скорости шага. Причина этого основана на принципах работы шаговых двигателей. Сигнал привода для шаговых двигателей генерирует магнитное поле в катушках двигателя, чтобы создать силу, чтобы сделать шаг. Время, которое требуется магнитному полю, чтобы прийти в полную силу, зависит от индуктивности катушки, напряжения возбуждения и ограничения тока. По мере увеличения скорости движения время, в течение которого катушки сохраняют свою полную прочность, сокращается, и крутящий момент, который может генерировать двигатель, уменьшается.

Сигнал привода

Чтобы максимизировать усилие в шаговом двигателе, ток сигнала привода должен достигать максимального тока привода, а в высокоскоростных приложениях это должно быть сделано как можно быстрее. Управление шаговым двигателем с сигналом более высокого напряжения может помочь улучшить крутящий момент на высоких скоростях, которые автоматически применяются в решениях с постоянным током.

Мертвая зона

Идеальная концепция двигателя позволяет приводить его в движение на любой скорости, что в худшем случае снижает крутящий момент при увеличении скорости. К сожалению, шаговые двигатели часто имеют мертвую зону, где двигатель не может управлять нагрузкой с заданной скоростью. Это связано с резонансом в системе и варьируется для каждого продукта и дизайна.

Резонанс

Шаговые двигатели приводят в действие механические системы, и все механические системы могут пострадать от резонанса. Резонанс возникает, когда частота возбуждения соответствует собственной частоте системы, а энергия, добавляемая в систему, имеет тенденцию увеличивать ее вибрацию и потерю крутящего момента, а не ее скорость. В тех случаях, когда возникают проблемы с чрезмерной вибрацией, особенно важно найти и пропустить резонансные скорости шагового двигателя. Даже приложения, которые могут выдерживать вибрацию, должны по возможности избегать резонанса, так как это может значительно снизить срок службы системы.

Размер шага

У шаговых двигателей есть несколько стратегий вождения, включая микропереход, который позволяет двигателю делать шаги меньше, чем полные. Эти микрошагы снизили точность, но они делают работу шагового двигателя более тихой на более низких скоростях. Шаговые двигатели могут двигаться только так быстро, и двигатель не видит разницы в микро-шаге или полном шаге. Для работы на полной скорости часто требуется использование шагового двигателя с полным шагом. Однако использование микроперехода по кривой ускорения шагового двигателя может значительно снизить шум и вибрацию в системе.

Оцените статью
Solutics.ru
Добавить комментарий