Schrittmotoren sind einer der einfacheren Motoren, die in Elektronikdesigns implementiert werden können, wo ein gewisses Maß an Präzision und Wiederholbarkeit erforderlich ist. Die Konstruktion von Schrittmotoren begrenzt den Motor auf eine niedrige Geschwindigkeit, die niedriger ist als die Geschwindigkeit, mit der die Elektronik den Motor antreiben kann. Wenn ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb eines Schrittmotors erforderlich ist, nimmt die Schwierigkeit der Implementierung zu.
Faktoren für Hochgeschwindigkeits-Schrittmotoren
Mehrere Faktoren werden zu Design- und Implementierungsherausforderungen, wenn Sie Schrittmotoren mit hohen Geschwindigkeiten antreiben. Wie bei vielen Komponenten ist das reale Verh alten von Schrittmotoren nicht ideal und weit von der Theorie entfernt. Die Höchstgeschwindigkeit von Schrittmotoren variiert je nach Hersteller, Modell und Induktivität des Motors, wobei normalerweise Geschwindigkeiten von 1000 U/min bis 3000 U/min erreichbar sind.
Für höhere Geschwindigkeiten sind Servomotoren die bessere Wahl.
Trägheit
Jedes sich bewegende Objekt hat eine Trägheit, die Änderungen der Beschleunigung eines Objekts widersteht. Bei Anwendungen mit niedrigerer Geschwindigkeit ist es möglich, einen Schrittmotor mit der gewünschten Geschwindigkeit anzutreiben, ohne einen Schritt zu verpassen. Der Versuch, eine Last auf einem Schrittmotor sofort mit hoher Geschwindigkeit anzutreiben, ist jedoch eine großartige Möglichkeit, Schritte zu überspringen und die Position des Motors zu verlieren.
Ein Schrittmotor muss von niedriger Geschwindigkeit auf hohe Geschwindigkeit hochfahren, um Position und Präzision beizubeh alten, außer bei leichten Lasten mit geringen Trägheitseffekten. Fortschrittliche Schrittmotorsteuerungen umfassen Beschleunigungsbegrenzungen und Strategien zur Trägheitskompensation.
Drehmomentkurven
Das Drehmoment eines Schrittmotors ist nicht bei jeder Betriebsgeschwindigkeit gleich. Sie sinkt mit zunehmender Schrittgeschwindigkeit.
Das Antriebssignal für Schrittmotoren erzeugt ein Magnetfeld in den Motorspulen, um die Kraft für einen Schritt zu erzeugen. Die Zeit, die das Magnetfeld benötigt, um seine volle Stärke zu erreichen, hängt von der Induktivität der Spule, der Ansteuerspannung und der Strombegrenzung ab. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit verkürzt sich die Zeit, in der die Spulen ihre volle Kraft beh alten, und das Drehmoment, das der Motor erzeugen kann, fällt ab.
Bottom Line
Der Antriebssignalstrom muss den maximalen Antriebsstrom erreichen, um die Kraft in einem Schrittmotor zu maximieren. Bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen muss die Anpassung so schnell wie möglich erfolgen. Das Ansteuern eines Schrittmotors mit einem höheren Spannungssignal hilft, das Drehmoment bei hohen Geschwindigkeiten zu verbessern.
Tote Zone
Das Idealkonzept eines Motors erlaubt es, ihn mit beliebiger Drehzahl anzutreiben, im schlimmsten Fall mit einer Reduzierung des Drehmoments bei steigender Drehzahl. Schrittmotoren entwickeln jedoch häufig eine Totzone, in der der Motor die Last nicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit antreiben kann. Die Totzone entsteht durch Resonanz im System und variiert je nach Produkt und Ausführung.
Resonanz
Schrittmotoren treiben mechanische Systeme an, und alle mechanischen Systeme können unter Resonanz leiden. Resonanz tritt auf, wenn die Antriebsfrequenz mit der Eigenfrequenz des Systems übereinstimmt. Das Hinzufügen von Energie zum System erhöht eher seine Vibration und seinen Drehmomentverlust als seine Geschwindigkeit.
Bei Anwendungen, bei denen übermäßige Vibrationen problematisch sind, ist das Finden und Überspringen der Resonanzdrehzahlen von Schrittmotoren besonders wichtig. Anwendungen, die Vibrationen tolerieren, sollten Resonanzen möglichst vermeiden. Resonanz kann ein System kurzfristig weniger effizient machen und mit der Zeit seine Lebensdauer verkürzen.
Schrittweite
Schrittmotoren verwenden einige Antriebsstrategien, die dem Motor helfen, sich an unterschiedliche Lasten und Geschwindigkeiten anzupassen. Eine Taktik sind Mikroschritte, bei denen der Motor kleinere als volle Schritte macht. Diese Mikroschritte bieten eine geringere Genauigkeit und machen den Betrieb des Schrittmotors bei niedrigeren Geschwindigkeiten leiser.
Schrittmotoren können nur so schnell fahren, und der Motor sieht keinen Unterschied in einem Mikroschritt oder einem Vollschritt. Für den Betrieb mit voller Geschwindigkeit möchten Sie normalerweise einen Schrittmotor mit vollen Schritten antreiben. Die Verwendung von Mikroschritten durch die Beschleunigungskurve des Schrittmotors kann jedoch Geräusche und Vibrationen im System erheblich verringern.
