Οι βηματικοί κινητήρες είναι ένας από τους απλούστερους κινητήρες για εφαρμογή σε ηλεκτρονικά σχέδια όπου απαιτείται ένα επίπεδο ακρίβειας και επαναληψιμότητας. Η κατασκευή βηματικών κινητήρων θέτει έναν περιορισμό χαμηλής ταχύτητας στον κινητήρα, χαμηλότερο από την ταχύτητα που μπορούν να κινήσουν τα ηλεκτρονικά τον κινητήρα. Όταν απαιτείται λειτουργία υψηλής ταχύτητας ενός βηματικού κινητήρα, η δυσκολία υλοποίησης αυξάνεται.
Συντελεστές βηματικού κινητήρα υψηλής ταχύτητας
Πολλοί παράγοντες γίνονται προκλήσεις σχεδιασμού και υλοποίησης όταν οδηγείτε βηματικούς κινητήρες σε υψηλές ταχύτητες. Όπως πολλά εξαρτήματα, η πραγματική συμπεριφορά των βηματικών κινητήρων δεν είναι ιδανική και απέχει πολύ από τη θεωρία. Η μέγιστη ταχύτητα των βηματικών κινητήρων ποικίλλει ανάλογα με τον κατασκευαστή, το μοντέλο και την αυτεπαγωγή του κινητήρα, με ταχύτητες από 1000 RPM έως 3000 RPM συνήθως.
Για υψηλότερες ταχύτητες, οι σερβοκινητήρες είναι καλύτερη επιλογή.
Αδράνεια
Οποιοδήποτε κινούμενο αντικείμενο έχει αδράνεια, η οποία αντιστέκεται στις αλλαγές στην επιτάχυνση ενός αντικειμένου. Σε εφαρμογές χαμηλότερης ταχύτητας, είναι δυνατή η οδήγηση ενός βηματικού κινητήρα στην επιθυμητή ταχύτητα χωρίς να χάσετε βήμα. Ωστόσο, η προσπάθεια να οδηγήσετε αμέσως ένα φορτίο σε έναν βηματικό κινητήρα με υψηλή ταχύτητα είναι ένας πολύ καλός τρόπος για να παραλείψετε βήματα και να χάσετε τη θέση του κινητήρα.
Ένας βηματικός κινητήρας πρέπει να ανέβει από χαμηλή σε υψηλή ταχύτητα για να διατηρήσει τη θέση και την ακρίβεια, εκτός από ελαφρά φορτία με μικρά αδρανειακά αποτελέσματα. Τα προηγμένα χειριστήρια βηματικού κινητήρα περιλαμβάνουν περιορισμούς επιτάχυνσης και στρατηγικές για την αντιστάθμιση της αδράνειας.
Καμπύλες ροπής
Η ροπή ενός βηματικού κινητήρα δεν είναι η ίδια για κάθε ταχύτητα λειτουργίας. Πέφτει καθώς αυξάνεται η ταχύτητα βηματισμού.
Το σήμα κίνησης για βηματικούς κινητήρες δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο στα πηνία του κινητήρα για να δημιουργήσει τη δύναμη για να κάνετε ένα βήμα. Ο χρόνος που χρειάζεται το μαγνητικό πεδίο για να φτάσει σε πλήρη ισχύ εξαρτάται από την αυτεπαγωγή του πηνίου, την τάση μετάδοσης κίνησης και τον περιορισμό του ρεύματος. Καθώς η ταχύτητα οδήγησης αυξάνεται, ο χρόνος που τα πηνία παραμένουν σε πλήρη ισχύ μειώνεται και η ροπή που μπορεί να δημιουργήσει ο κινητήρας πέφτει.
Κατώτατη γραμμή
Το ρεύμα σήματος μετάδοσης κίνησης πρέπει να φτάσει το μέγιστο ρεύμα κίνησης για να μεγιστοποιηθεί η δύναμη σε έναν βηματικό κινητήρα. Σε εφαρμογές υψηλής ταχύτητας, ο αγώνας πρέπει να γίνει όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Η οδήγηση ενός βηματικού κινητήρα με σήμα υψηλότερης τάσης βοηθά στη βελτίωση της ροπής σε υψηλές ταχύτητες.
Dead Zone
Η ιδανική ιδέα ενός κινητήρα του επιτρέπει να κινείται σε οποιαδήποτε ταχύτητα με, στη χειρότερη, μείωση της ροπής καθώς αυξάνεται η ταχύτητα. Ωστόσο, οι βηματικοί κινητήρες συχνά αναπτύσσουν μια νεκρή ζώνη όπου ο κινητήρας δεν μπορεί να οδηγήσει το φορτίο σε μια δεδομένη ταχύτητα. Η νεκρή ζώνη προκύπτει από τον συντονισμό στο σύστημα και ποικίλλει για κάθε προϊόν και σχέδιο.
Αντήχηση
Οι βηματικοί κινητήρες οδηγούν μηχανικά συστήματα και όλα τα μηχανικά συστήματα μπορεί να υποφέρουν από συντονισμό. Ο συντονισμός εμφανίζεται όταν η συχνότητα οδήγησης ταιριάζει με τη φυσική συχνότητα του συστήματος. Η προσθήκη ενέργειας στο σύστημα τείνει να αυξάνει τους κραδασμούς και την απώλεια ροπής, παρά την ταχύτητά του.
Σε εφαρμογές όπου οι υπερβολικοί κραδασμοί αποδεικνύονται προβληματικοί, η εύρεση και η παράκαμψη των στροφών βηματικού κινητήρα συντονισμού είναι ιδιαίτερα σημαντική. Εφαρμογές που ανέχονται τους κραδασμούς θα πρέπει να αποφεύγουν τον συντονισμό όπου είναι δυνατόν. Ο συντονισμός μπορεί να κάνει ένα σύστημα λιγότερο αποτελεσματικό βραχυπρόθεσμα και να μειώσει τη διάρκεια ζωής του με την πάροδο του χρόνου.
Μέγεθος Βήματος
Οι βηματικοί κινητήρες χρησιμοποιούν μερικές στρατηγικές οδήγησης που βοηθούν τον κινητήρα να προσαρμοστεί σε διαφορετικά φορτία και ταχύτητες. Μια τακτική είναι το micro-stepping, το οποίο επιτρέπει στον κινητήρα να κάνει μικρότερα από τα πλήρη βήματα. Αυτά τα μικρά βήματα προσφέρουν μειωμένη ακρίβεια και κάνουν τη λειτουργία του βηματικού κινητήρα πιο αθόρυβη σε χαμηλότερες ταχύτητες.
Οι βηματικοί κινητήρες μπορούν να οδηγήσουν μόνο τόσο γρήγορα και ο κινητήρας δεν βλέπει καμία διαφορά σε ένα μικρο-βήμα ή ένα πλήρες βήμα. Για λειτουργία πλήρους ταχύτητας, συνήθως θέλετε να οδηγείτε έναν βηματικό κινητήρα με πλήρη βήματα. Ωστόσο, η χρήση μικροβήματος μέσω της καμπύλης επιτάχυνσης του βηματικού κινητήρα μπορεί να μειώσει σημαντικά τον θόρυβο και τους κραδασμούς στο σύστημα.
