מנועי צעד הם בחירה מובילה עבור יישומי בקרת תנועה ומיקום רבים. הם זמינים במגוון רחב של גדלים ודירוגי מומנט והם זולים משמעותית ממנועי סרוו מתקדמים. אז בואו נדבר על דרכים להעלות את ביצועי מנועי הצעד לאלו של מנועי סרוו על ידי הוספת התקני משוב. מנועי צעד המצוידים במשוב אינם תחליף מלא למנועי סרוו, אך הם יכולים לספק אלטרנטיבה אמינה עבור יישומים רבים בעולם האמיתי. פתרונות עיצוב תנועה אלה משפרים את ביצועי המכונה מבלי לרוקן את הכיס.

יתרונות וחסרונות של מנוע צעד שיש לטפל בהם

מנועי צעד הם מנועים חשמליים ללא מברשות של זרם ישר (DC) הנעים בצעדים נפרדים ולא בתנועה סיבובית רציפה. תנועות צעד אלו מונעות על ידי תזוזות שדה מגנטי על ידי קבוצות של סלילים אלקטרומגנטיים בסטטור. פעולת מנוע הצעד תלויה ב...בַּקָר— מכשיר אלקטרוני המזין זרם לסלילי הסטטור של המנוע ברצף המניע תנועות צעד. ליכולות הבקר יש השפעה משמעותית על ביצועי המנוע.

ישנם מספר סוגים של מנועי צעד, אך הסוגים הנפוצים ביותר מציעים רזולוציה טובה (200 צעדים לסיבוב או יותר) כמו גם מומנט מכובד במהירות נמוכה, מבנה עמיד, חיי שירות ארוכים ועלות נמוכה יחסית. עם זאת, יש להם מגבלות. תפוקת המומנט יורדת במהירויות סיבוב גבוהות יותר ו(עם בקרים פשוטים) מנועי צעד יכולים להיות נתונים לצלצולים - רעידות בתדר גבוה. החיסרון הגדול ביותר הוא שגם ביישומי מיקום, מערכות מנוע צעד בסיסיות פועלות תחת בקרת לולאה פתוחה.

מנועי צעד מגיבים להוראות מהבקר לנוע מספר מסוים של צעדים - אך אינם מחזירים משוב לבקר האם תנועה זו הושלמה. לכן, אם המנוע אינו מצליח להשלים את תנועות הצעד המבוקשות, עלול להיווצר פער הולך וגדל בין מה שהבקרמניחכמו מיקום הסיבוב של ציר המנוע ונָכוֹןמיקום הציר (וכל עומס או מנגנון מונעים מחוברים). אי התאמה כזו מתרחשת כאשר מומנט המנוע אינו מספיק כדי להתגבר על התנגדות מכנית... ולמעשה, אי התאמה זו יכולה להפוך לבעיה משמעותית בסל"ד גבוה, משום שאז יכולות תפוקת המומנט של המנוע מוגבלות. זו הסיבה שמהנדסי תכנון נוטים לפרט יתר על המידה את מנועי הצעד - כדי להימנע משלבים שהוחמצו, גם אם זה גורם לבחירות מנוע צעד גדולות וכבדות מדי עבור כל פרופילי התנועה מלבד התובעניים ביותר.

חיסרון נוסף הוא שכאשר מנוע צעד מסורתי נעצר, זרם חייב לזרום דרך סלילי המנוע כדי להחזיק את ציר מנוע הצעד במקומו. פעולה זו צורכת חשמל ומחממת את סלילי המנוע ואת תתי-הרכיבים הסובבים אותו.

משוב על מערכות מנוע צעד למיקום אמין

הוספת אנקודרים למערכת מנועי צעד כדי לקבל משוב על מיקום הציר סוגרת למעשה את לולאת הבקרה. הוספת התקני משוב אלה מגדילה את העלות הכוללת של המערכת, אך לא כמו מעבר למנוע סרוו.

גישה אחת להוספת משוב מקודד היא לפעול בהעברה ואימותמצב. במקרה זה, מקודד מצטבר פשוט נוסף לציר הזנב של מנוע הצעדים. לאחר מכן, כאשר הבקר שולח פקודות צעד למנוע, המקודד מאמת באופן רציף לבקר שהתנועות המצוינות התרחשו. אם המנוע אינו מצליח להשלים את מספר הצעדים המבוקש, הבקר יכול לבקש צעדים נוספים עד שהמנוע יגיע למיקום הרצוי. בקרים מתוחכמים יותר גם מגבירים את זרם הפאזה למנוע כדרך להגביר את המומנט לצורך ביצוע הצעדים הנוספים הללו.

למקודדים המשמשים במערכות הזזה-ואימות כאלה יש בדרך כלל רזולוציות שהן כפולה של 200 עמדות לכל סיבוב.

שים לב כי מערכות המשתמשות במצבי הזזה-ואימות עדיין עשויות להפיק תועלת מהכללת מנועים גדולים במיוחד, אך לא גדולים במיוחד במידה הנדרשת על ידי מערכות פשוטות בלולאה פתוחה.

כמו כן, שימו לב שמצב זה יכול לסייע לבקרים חכמים לכוונן את זרמי האחזקה לתוך המנוע לצורך שיפורים קלים ביעילות במהלך העצירה... אם כי צריכת האנרגיה הכוללת עדיין נוטה להיות גבוהה.

בקרת צעד בלולאה סגורה עם מקודדים מוחלטים

אפשרות נוספת, מתוחכמת מעט יותר עבור יישומי בקרת מיקום קריטיים, היא בקרת לולאה סגורה מלאה המשתמשת באנקודרים מוחלטים מרובי סיבובים. אנקודרים המשמשים כאן מתחברים לציר הזנב של מנוע צעד כדי לנטר:

1. מיקום הזווית של מנוע הצעדים וכן
2. מספר הסיבובים המלאים של מנוע הצעדים.

בתצורה זו, מנוע הצעדים נשלט כמו מנוע DC ללא מברשות (bldc) בעל ספירת קטבים גבוהה... והמקודד מספק באופן רציף משוב מיקום לבקר. זרם ההחזקה המסופק למנוע מותאם בדיוק לכמות הנדרשת כדי לשמור על מיקום בתוך סבולת מיקום נתונה. מנוע צעד הנשלט כמו מנוע סרוו ללא מברשות הוא יעיל באנרגיה וזול יותר ממנוע סרוו bldc אמיתי. אז למה לא להשתמש במנועי צעד בעלות נמוכה עבור כל יישומי סרוו bldc?

ובכן, למנועי צעד המשמשים במערכות סרוו בלולאה סגורה יש מגבלה פיזית שלא נמצאת במנועי סרוו BLDC אמיתיים. ליתר דיוק, מנועי צעד המופעלים כך פועלים למעשה כמנועים ללא מברשות בעלי 50 קטבים, ולכן אינם יכולים להשיג את הסל"ד האפשרי עם מנועי סרוו. בנוסף, לרוטורים של מנוע צעד יש אינרציה גבוהה יותר מאלה של מנועי סרוו BLDC אמיתיים בעלי הספק שווה ערך... ולכן אינם יכולים לספק את אותן תאוצות.

כאשר משתמשים במנוע צעד במצב bldc, המקודד מבצע פעולה חיוניתהַחלָפָהתפקיד - דיווח על מיקום הסיבוב המדויק של ציר המנוע... מה שמאפשר לבקר להפעיל את הסט המתאים של אלקטרומגנטים של סטטור לסיבוב רציף לפי הצורך. בנוסף, מקודדים מוחלטים מדויקים יכולים גם לסייע לבקרי מיקרו-צעד מתקדמים בכוונון עדין של זרם הפאזה כדי להפחית את הצלצולים (ויברציות) המתרחשים במערכות מנוע צעד בסיסיות יותר.