Stappenmotoren zijn een van de eenvoudigere motoren om te implementeren in elektronische ontwerpen waarbij een nauwkeurigheid en herhaalbaarheid is vereist. Helaas plaatst de constructie van stappenmotoren een nogal lage snelheidsbegrenzing op de motor, veel lager dan de snelheid waarmee de elektronica de motor kan aandrijven. Wanneer snelle werking van een stappenmotor vereist is, neemt de moeilijkheid van implementatie toe, aangezien een aantal factoren begint te komen om te spelen.
Snelle stappenmotorfactoren
Verschillende factoren worden belangrijke ontwerpen en implementatie-uitdagingen wanneer stappenmotoren met hoge snelheden worden aangedreven. Net als veel andere componenten is het echte gedrag van stappenmotoren niet ideaal en ver verwijderd van de theorie. De maximale snelheid van stappenmotoren varieert per fabrikant, model en inductantie van de motor met snelheden van 1000-3000 RPM haalbaar (voor hogere snelheden zijn servomotoren een betere keuze). De belangrijkste factoren die van invloed zijn op stappenmotorbesturing bij hoge snelheden zijn:
Traagheid
Elk bewegend object heeft een traagheid die bestand is tegen de verandering in versnelling van een object. Bij toepassingen met een lagere snelheid is het mogelijk om een stappenmotor met de gewenste snelheid te laten rijden zonder een stap te missen. Het is echter een goede manier om stappen over te slaan en positie te verliezen als u probeert een stapmotor snel op hoge snelheid te laten rijden. Behalve voor zeer lichte belastingen met weinig inertiële effecten, moet een stappenmotor oplopen van lage snelheid naar hoge snelheid om de positie en precisie te behouden. Geavanceerde stappenmotorbesturingen omvatten versnellingsbeperkingen en strategieën om traagheid te compenseren.
Torque Curves
Het koppel van een stappenmotor is niet hetzelfde voor elke werkingssnelheid maar daalt naarmate de treksnelheid toeneemt. De reden hiervoor is gebaseerd op de operationele principes van stappenmotoren. Het aandrijfsignaal voor stappenmotoren genereert een magnetisch veld in de spoelen van de motor om de kracht te creëren om een stap te maken. De tijd die het duurt voordat het magnetische veld op volle sterkte komt, hangt af van de inductantie van de spoel, stuurspanning en stroombegrenzing. Naarmate de rijsnelheid toeneemt, verkort de tijd dat de spoelen hun volledige sterkte behouden en het koppel dat de motor kan genereren, wegvalt.
Rijden signaal
Om de kracht in een stappenmotor te maximaliseren, moet de aandrijfsignaalstroom de maximale aandrijfstroom bereiken en bij hogesnelheidstoepassingen moet dit zo snel mogelijk worden gedaan. Het besturen van een stappenmotor met een hoger spanningssignaal kan helpen om het koppel bij hoge snelheden te verbeteren, die automatisch worden toegepast in oplossingen met constante stroomstappen.
Dode zone
Het ideale concept van een motor maakt het mogelijk om op elke snelheid te rijden, met als gevolg een vermindering van het koppel naarmate de snelheid toeneemt. Helaas hebben stappenmotoren vaak een dode zone waar de motor de belasting niet met een gegeven snelheid kan aandrijven. Dit komt door resonantie in het systeem en varieert voor elk product en ontwerp.
Resonantie
Stappenmotoren besturen mechanische systemen en alle mechanische systemen kunnen last hebben van resonantie. Resonantie treedt op wanneer de aandrijffrequentie overeenkomt met de natuurlijke frequentie van het systeem en de energie die aan het systeem wordt toegevoegd, de neiging heeft de trilling en het verlies van het koppel te verhogen in plaats van de snelheid ervan. In toepassingen waar overmatige trillingen problemen hebben, is het vinden en overslaan van de resonantiestappenmotorsnelheden bijzonder belangrijk. Zelfs toepassingen die trillingen kunnen verdragen, moeten waar mogelijk resonantie vermijden, omdat dit de levensduur van het systeem aanzienlijk kan verkorten.
Stapgrootte
Stappenmotoren hebben een paar beschikbare rij-strategieën, waaronder microstappen, waardoor de motor minder dan volledige stappen kan maken. Deze microstappen hebben een verminderde nauwkeurigheid, maar ze maken de werking van de stappenmotor bij lagere snelheden stiller. Stappenmotoren kunnen alleen zo snel worden aangedreven en de motor ziet geen verschil in een microstap of een volledige stap. Voor gebruik op volle snelheid is vaak een stappenmotor met volledige stappen rijden vereist. Het gebruik van micro die door de stappenmotor acceleratiecurve loopt, kan echter de ruis en trillingen in het systeem aanzienlijk verminderen.
