Steppermotorer er en av de enkleste motorer som skal implementeres i elektronikkdesign der et presisjonsnivå og repeterbarhet er nødvendig. Dessverre plasserer konstruksjonen av steppermotorer en ganske lav hastighetsbegrensning på motoren, mye lavere enn den hastigheten elektronikken kan kjøre motoren. Når høyhastighets drift av en stepper motor kreves, øker implementeringsproblemet, ettersom en rekke faktorer begynner å spille inn.
High Speed Stepper Motor Factors
Flere faktorer blir betydelige design- og implementasjonsutfordringer når steppermotorer kjøres med høye hastigheter. Som mange komponenter er den virkelige verdens adferd av steppermotorer ikke ideell og langt fra teori. Stepper motors maksimale hastighet vil variere etter produsent, modell og induktans av motoren med hastigheter på 1000-3000 RPM oppnåelig (for høyere hastigheter, servomotorer er et bedre valg). De viktigste faktorene som påvirker stepper motor kjøring med høye hastigheter er:
Inertia
Ethvert bevegelige objekt har tröghet som motstår endringen i akselerasjon av et objekt. Ved lavere hastighetsapplikasjoner er det mulig å begynne å kjøre en trinnmotor i ønsket hastighet uten å gå glipp av et trinn. Imidlertid forsøker å kjøre en last på en trinnmotor med høy hastighet umiddelbart, en flott måte å hoppe over trinn og miste posisjon. Bortsett fra svært lette belastninger med små trangvirkninger, må en stepper motor gå opp fra lav hastighet til høy hastighet for å opprettholde posisjon og presisjon. Avanserte trinnmotorstyringer inkluderer akselerasjonsbegrensninger og strategier for å kompensere for tröghet.
Momentkurver
Dreiemomentet til en trinnmotor er ikke det samme for hver driftshastighet, men faller etter hvert som trinnhastigheten øker. Årsaken til dette er basert på de operative prinsippene til steppermotorer. Driftssignalet for stepper motorer genererer et magnetfelt i motorens spoler for å skape kraft for å ta et skritt. Tiden det tar magnetfeltet å komme opp til full styrke, avhenger av induktansen til spolen, drivspenningen og strømbegrensningen. Etter hvert som kjørehastigheten øker, vil tiden som spolene holder seg i full styrke, forkortes, og det dreiemomentet som motoren kan generere faller av.
Drevsignal
For å maksimere kraften i en stepper motor, må stasjonssignalstrømmen nå maksimal drivstrøm, og i høyhastighetsapplikasjoner må dette gjøres så raskt som mulig. Kjøring av en stepper motor med et høyere spenningssignal kan bidra til å forbedre dreiemomentet med høye hastigheter som automatisk blir brukt i konstant strømstyring.
Dødsone
Det ideelle konseptet med en motor gjør det mulig å kjøre til enhver hastighet med verre reduksjon av dreiemoment når hastigheten øker. Dessverre har steppemotorer ofte en død sone hvor motoren ikke kan kjøre lasten med en bestemt hastighet. Dette skyldes resonans i systemet og varierer for hvert produkt og design.
Resonance
Steppermotorer driver mekaniske systemer og alle mekaniske systemer kan lide av resonans. Resonans oppstår når kjørefrekvensen samsvarer med den naturlige frekvensen av systemet, og energi som legges til systemet har en tendens til å øke sin vibrasjon og tap av moment i stedet for hastigheten. I applikasjoner der for høye vibrasjoner vil få problemer, er det spesielt viktig å finne og hoppe over resonansstegmotorens hastighet. Selv applikasjoner som tåler vibrasjon, bør unngå resonans der det er mulig, da det kan redusere systemets levetid betydelig.
Trinnstørrelse
Stepper-motorer har noen få kjørestrategier tilgjengelig, inkludert mikrotrinn som tillater mindre enn fullstendige trinn som skal utføres av motoren. Disse mikroprinnene har redusert nøyaktighet, men de gjør steppermotorfunksjonen roligere ved lavere hastigheter. Steppermotorer kan kun kjøres så fort, og motoren ser ingen forskjell i et mikrotrinn eller et fullt trinn. For full fart drift er det ofte nødvendig å kjøre en stepper motor med fullsteg. Imidlertid kan bruk av mikrotrinn gjennom trinnmotorens akselerasjonskurve betydelig redusere støy og vibrasjon i systemet.
