Động cơ bước là một trong những động cơ đơn giản để thực hiện trong thiết kế điện tử, nơi một mức độ chính xác và lặp lại là cần thiết. Thật không may, việc xây dựng động cơ bước đặt một giới hạn tốc độ khá thấp trên động cơ, thấp hơn nhiều so với tốc độ mà các thiết bị điện tử có thể điều khiển động cơ. Khi hoạt động tốc độ cao của động cơ bước được yêu cầu, việc thực hiện tăng lên khó khăn khi một số yếu tố bắt đầu đi vào hoạt động.
Các yếu tố động cơ bước tốc độ cao
Một số yếu tố trở thành thiết kế đáng kể và thách thức thực hiện khi động cơ bước được điều khiển ở tốc độ cao. Giống như nhiều thành phần, hành vi thế giới thực của động cơ bước không phải là lý tưởng và xa vời với lý thuyết. Tốc độ tối đa của động cơ bước sẽ khác nhau tùy theo nhà sản xuất, model và độ tự cảm của động cơ với tốc độ 1000-3000 RPM đạt được (với tốc độ cao hơn, động cơ servo là lựa chọn tốt hơn). Các yếu tố chính tác động đến động cơ bước lái ở tốc độ cao là:
- Quán tính - Bất kỳ vật chuyển động nào đều có quán tính chống lại sự thay đổi gia tốc của vật thể. Trong các ứng dụng tốc độ thấp hơn, có thể bắt đầu lái một động cơ bước ở tốc độ mong muốn mà không bỏ lỡ một bước nào. Tuy nhiên, cố gắng để lái xe tải trên một động cơ bước ở tốc độ cao ngay lập tức là một cách tuyệt vời để bỏ qua các bước và mất vị trí. Ngoại trừ tải trọng rất nhẹ với ít hiệu ứng quán tính, động cơ bước phải tăng lên từ tốc độ thấp đến tốc độ cao để duy trì vị trí và độ chính xác. Điều khiển động cơ bước tiên tiến bao gồm hạn chế gia tốc và chiến lược để bù cho quán tính.
- Đường cong mô-men xoắn - Mô-men xoắn của động cơ bước không giống nhau cho mọi tốc độ hoạt động nhưng giảm khi tốc độ tăng lên. Lý do cho điều này là dựa trên các nguyên tắc hoạt động của động cơ bước. Tín hiệu biến tần cho động cơ bước tạo ra một từ trường trong cuộn dây của động cơ để tạo ra lực để thực hiện một bước. Thời gian cần từ trường để đạt tới toàn bộ sức mạnh phụ thuộc vào độ tự cảm của cuộn dây, điện áp truyền động và giới hạn dòng điện. Khi tăng tốc độ lái xe, thời gian các cuộn dây ở lại sức mạnh đầy đủ của họ rút ngắn và mô-men xoắn động cơ có thể tạo ra giọt.
- Tín hiệu truyền động - Để tối đa hóa lực trong động cơ bước, tín hiệu truyền động hiện tại phải đạt mức tối đa của ổ đĩa và trong các ứng dụng tốc độ cao, điều này phải được thực hiện càng nhanh càng tốt. Lái xe một động cơ bước với một tín hiệu điện áp cao hơn có thể giúp cải thiện mô-men xoắn ở tốc độ cao được tự động áp dụng trong các giải pháp điều khiển stepper hiện tại liên tục.
- Vùng chết - Khái niệm lý tưởng của động cơ cho phép nó được điều khiển ở bất kỳ tốc độ nào với mức giảm mô men xoắn càng tăng khi tốc độ tăng. Thật không may động cơ bước thường có một khu vực chết nơi động cơ không thể lái xe tải ở một tốc độ nhất định. Điều này là do cộng hưởng trong hệ thống và thay đổi cho mỗi sản phẩm và thiết kế.
- Cộng hưởng - Động cơ bước lái xe hệ thống cơ khí và tất cả các hệ thống cơ khí có thể bị cộng hưởng. Sự cộng hưởng xảy ra khi tần số lái xe khớp với tần số tự nhiên của hệ thống và năng lượng được thêm vào hệ thống có xu hướng làm tăng độ rung và tổn thất mô-men xoắn hơn là vận tốc của nó. Trong các ứng dụng mà rung động quá mức sẽ có vấn đề, tìm và bỏ qua tốc độ động cơ bước cộng hưởng là đặc biệt quan trọng. Ngay cả những ứng dụng có thể chịu được rung động cũng nên tránh cộng hưởng khi có thể vì nó có thể làm giảm đáng kể tuổi thọ của hệ thống.
- Bước Kích thước - Động cơ bước có một vài chiến lược lái xe có sẵn, bao gồm cả bước vi cho phép nhỏ hơn các bước đầy đủ được thực hiện bởi động cơ. Những bước vi không cung cấp độ chính xác tăng lên (thay vì các bước vi mô đã giảm độ chính xác) nhưng chúng làm cho động cơ bước hoạt động êm hơn ở tốc độ thấp hơn. Động cơ bước chỉ có thể được điều khiển quá nhanh, và động cơ không thấy khác nhau trong một bước vi mô hoặc một bước đầy đủ. Đối với hoạt động tốc độ đầy đủ, lái xe một động cơ bước với bước đầy đủ thường được yêu cầu. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng vi bước qua đường cong tăng tốc động cơ bước có thể làm giảm đáng kể tiếng ồn và độ rung trong hệ thống.