Askelmoottorit ovat ensisijainen valinta moniin liikkeen ja asennon säätösovelluksiin. Niitä on saatavilla laajassa kokovalikoimassa ja vääntömomenteilla, ja ne ovat huomattavasti halvempia kuin huippuluokan servomoottorit. Joten puhutaanpa tavoista nostaa askelmoottorien suorituskykyä servomoottorien tasolle lisäämällä takaisinkytkentälaitteita. Takaisinkytkennällä varustetut askelmoottorit eivät ole täydellinen korvike servomoottoreille, mutta ne voivat tarjota luotettavan vaihtoehdon moniin todellisiin sovelluksiin. Nämä liikesuunnitteluratkaisut parantavat koneen suorituskykyä ilman, että ne tyhjentävät pankkitiliään.

Askelmoottorin edut ja haitat, joihin on puututtava

Askelmoottorit ovat harjattomia tasavirtamoottoreita, jotka liikkuvat erillisissä askeleissa jatkuvan pyyhkäisyliikkeen sijaan. Näitä askelliikkeitä ohjaavat staattorin sähkömagneettisten kelojen magneettikentän muutokset. Askelmoottorin toiminta riippuuohjain— elektroninen laite, joka syöttää virtaa moottorin staattorikäämeihin askelliikkeitä ohjaavassa järjestyksessä. Ohjaimen ominaisuuksilla on merkittävä vaikutus moottorin suorituskykyyn.

Saatavilla on useita erityyppisiä askelmoottoreita, mutta yleisimmät tyypit tarjoavat hyvän resoluution (200 askelta kierrosta kohden tai parempi) sekä kunnioitettavan vääntömomentin alhaisilla nopeuksilla, kestävän rakenteen, pitkän käyttöiän ja suhteellisen alhaiset kustannukset. Niillä on kuitenkin rajoituksensa. Vääntömomentin tuotto laskee suuremmilla pyörimisnopeuksilla ja (yksinkertaisilla ohjaimilla) askelmoottorit voivat olla alttiita värähtelylle – korkeataajuiselle värähtelylle. Suurin haittapuoli on, että jopa paikannussovelluksissa perusaskelmoottorijärjestelmät toimivat avoimen silmukan ohjauksessa.

Askelmoottorit reagoivat ohjaimen antamiin ohjeisiin tietyn määrän askeleita liikkumisesta, mutta eivät palauta ohjaimelle palautetta siitä, onko liike suoritettu loppuun. Jos moottori ei siis suorita pyydettyjä askelliikkeitä loppuun, ohjaimen antamien ohjeiden ja toimintojen välillä voi syntyä kasvava ristiriita.olettaamoottorin akselin pyörimisasennon jatottaakselin (ja kaikkien siihen kiinnitettyjen kuormien tai käyttömekanismien) asento. Tällaisia ​​epäsuhtaumia tapahtuu, kun moottorin vääntömomentti ei riitä voittamaan mekaanista vastusta... ja itse asiassa näistä epäsuhtaumista voi tulla merkittävä ongelma suurilla kierrosluvuilla, koska silloin moottorin vääntömomentin tuotto-ominaisuudet ovat rajalliset. Siksi suunnitteluinsinöörit usein ylistävät askelmoottoreita – välttääkseen ohitettuja askeleita, vaikka se johtaisikin liian suuriin ja raskaitin askelmoottorivalintoihin kaikille muille paitsi vaativimmille liikeprofiileille.

Toinen haittapuoli on, että kun perinteisesti käytetty askelmoottori pysähtyy, virran on kuljettava moottorin käämien läpi pitääkseen askelmoottorin akselin paikallaan. Tämä kuluttaa sähkötehoa ja lämmittää moottorin käämejä ja ympäröiviä komponentteja.

Palaute askelmoottorijärjestelmistä luotettavan paikannuksen varmistamiseksi

Enkoodereiden lisääminen askelmoottorijärjestelmään akselin asennon palautteen saamiseksi sulkee käytännössä säätösilmukan. Näiden takaisinkytkentälaitteiden lisääminen lisää järjestelmän kokonaiskustannuksia, mutta ei yhtä paljon kuin servomoottoriin vaihtaminen.

Yksi tapa lisätä enkooderin takaisinkytkentää on toimiasiirrä ja varmistatila. Tässä tapauksessa askelmoottorin peräakseliin lisätään yksinkertainen inkrementaalianturi. Kun ohjain antaa moottorille askelkomentoja, anturi varmistaa jatkuvasti ohjaimelle, että käsketyt liikkeet ovat tapahtuneet. Jos moottori ei suorita pyydettyä askelmäärää, ohjain voi pyytää lisää askeleita, kunnes moottori saavuttaa halutun asennon. Kehittyneemmät ohjaimet myös lisäävät moottoriin tulevaa vaihevirtaa keinona lisätä vääntömomenttia näiden ylimääräisten askelten suorittamiseksi.

Tällaisissa siirto-ja-tarkistus-kokoonpanoissa käytetyillä enkoodereilla on tyypillisesti resoluutiot, jotka ovat joitakin 200 asentoa kierrosta kohden.

Huomaa, että siirto-ja-tarkistus-tiloja käyttävät kokoonpanot voivat silti hyötyä ylisuurten moottoreiden sisällyttämisestä, mutta eivät siinä määrin kuin yksinkertaiset avoimen piirin järjestelmät vaativat.

Huomaa myös, että tämä tila voi auttaa älykkäitä ohjaimia hienosäätämään moottoriin meneviä pitovirtoja, mikä parantaa hieman tehokkuutta pysäytyksen aikana... vaikka kokonaisenergiankulutus onkin yleensä korkea.

Suljetun silmukan askelmoottoriohjaus absoluuttiantureilla

Toinen hieman kehittyneempi vaihtoehto kriittisiin paikansäätösovelluksiin on täysin suljetun silmukan ohjaus, jossa käytetään monikierrosabsoluuttiantureita. Tässä käytetyt enkooderit kiinnitetään askelmoottorin peräakseliin valvomaan:

1. Askelmoottorin kulma-asento sekä
2. Askelmoottorin täysien kierrosten määrä.

Tässä kokoonpanossa askelmoottoria ohjataan kuten korkeanapaista harjatonta tasavirtamoottoria (BLDC)... ja enkooderi antaa jatkuvasti asentopalautetta ohjaimelle. Moottoriin syötetty pitovirta räätälöidään sitten tarkasti sen mukaan, kuinka paljon asento pitääkseen sen tietyssä asentotoleranssissa. Harjattoman servomoottorin tavoin ohjattu askelmoottori on energiatehokas ja edullisempi kuin aito BLDC-servomoottori. Miksi siis ei käytettäisi edullisia askelmoottoreita kaikissa BLDC-servosovelluksissa?

No, suljetun silmukan servojärjestelmissä käytetyillä askelmoottoreilla on fyysinen rajoitus, jota ei ole aidoissa BLDC-servomoottoreissa. Tarkemmin sanottuna näin toimivat askelmoottorit toimivat pohjimmiltaan 50-napaisina harjattomina moottoreina, joten ne eivät pysty saavuttamaan servomoottoreiden mahdollista kierroslukua. Lisäksi askelmoottorien roottoreilla on suurempi inertia kuin vastaavan tehoisilla aidoilla BLDC-servomoottoreilla... joten ne eivät pysty tuottamaan samoja kiihtyvyyksiä.

Kun askelmoottoria käytetään BLDC-tilassa, enkooderi suorittaa tärkeän tehtävänkommutointirooli — moottorin akselin tarkan pyörimisasennon raportointi … mikä puolestaan ​​antaa ohjaimelle mahdollisuuden aktivoida tarvittavat staattorin sähkömagneetit jatkuvaa pyörimistä varten. Lisäksi tarkkuusabsoluuttianturit voivat auttaa edistyneitä mikroaskellusohjaimia vaihevirran hienosäädössä, mikä vähentää yksinkertaisemmissa askelmoottorijärjestelmissä esiintyvää tärinää.