I motori passo-passo sono uno dei motori più semplici da implementare nei progetti di elettronica dove è richiesto un livello di precisione e ripetibilità. Sfortunatamente, la costruzione di motori passo-passo pone una limitazione al motore piuttosto bassa, molto più bassa della velocità con cui l'elettronica può guidare il motore. Quando è richiesto il funzionamento ad alta velocità di un motore passo-passo, la difficoltà di implementazione aumenta, poiché un certo numero di fattori iniziano ad entrare in gioco.
Fattori motore passo-passo ad alta velocità
Diversi fattori diventano progetti significativi e sfide di implementazione quando i motori passo-passo vengono azionati a velocità elevate. Come molti componenti, il comportamento del mondo reale dei motori passo-passo non è l'ideale e ben lontano dalla teoria. La velocità massima dei motori passo-passo varierà in base al produttore, al modello e all'induttanza del motore con velocità di 1000-3000 RPM ottenibili (per velocità più elevate, i servomotori sono una scelta migliore). I principali fattori che influiscono sulla guida del motore passo-passo ad alte velocità sono:
Inerzia
Qualsiasi oggetto in movimento ha inerzia che resiste al cambiamento di accelerazione di un oggetto. Nelle applicazioni a bassa velocità, è possibile iniziare a guidare un motore passo-passo alla velocità desiderata senza perdere un passaggio. Tuttavia, tentare di guidare un carico su un motore passo-passo ad alta velocità immediatamente è un ottimo modo per saltare passi e perdere posizione. Fatta eccezione per carichi molto leggeri con effetti inerziali minimi, un motore passo-passo deve salire dalla bassa velocità alla velocità elevata per mantenere la posizione e la precisione. I controlli avanzati del motore passo-passo comprendono limitazioni dell'accelerazione e strategie per compensare l'inerzia.
Torque Curves
La coppia di un motore passo-passo non è la stessa per ogni velocità operativa, ma diminuisce all'aumentare della velocità di stepping. La ragione di ciò si basa sui principi operativi dei motori passo-passo. Il segnale di guida per i motori passo passo genera un campo magnetico nelle bobine del motore al fine di creare la forza per fare un passo. Il tempo impiegato dal campo magnetico per raggiungere la piena potenza dipende dall'induttanza della bobina, dalla tensione del convertitore e dalla limitazione di corrente. All'aumentare della velocità di guida, il tempo di permanenza delle bobine alla piena potenza si riduce e la coppia del motore può generare cadute.
Segnale di guida
Per massimizzare la forza in un motore passo-passo, la corrente del segnale del convertitore deve raggiungere la massima corrente del convertitore e, nelle applicazioni ad alta velocità, deve essere eseguita il più rapidamente possibile. Guidare un motore passo-passo con un segnale di tensione più elevato può aiutare a migliorare la coppia alle alte velocità che vengono applicate automaticamente nelle soluzioni di driver stepper a corrente costante.
Zona morta
Il concetto ideale di un motore consente di guidare a qualsiasi velocità con una riduzione della coppia al peggiorare con l'aumentare della velocità. Sfortunatamente, i motori passo-passo hanno spesso una zona morta in cui il motore non può guidare il carico a una determinata velocità. Ciò è dovuto alla risonanza nel sistema e varia per ogni prodotto e design.
Risonanza
I motori passo-passo azionano sistemi meccanici e tutti i sistemi meccanici possono risentire della risonanza. La risonanza si verifica quando la frequenza di guida corrisponde alla frequenza naturale del sistema e l'energia aggiunta al sistema tende ad aumentare la sua vibrazione e la perdita di coppia piuttosto che la sua velocità. Nelle applicazioni in cui le vibrazioni eccessive avranno problemi, è particolarmente importante trovare e saltare le velocità del motore passo-passo di risonanza. Anche le applicazioni in grado di tollerare le vibrazioni dovrebbero evitare la risonanza laddove possibile, poiché possono ridurre significativamente la durata del sistema.
Dimensione del passo
I motori passo-passo hanno alcune strategie di guida disponibili, incluso il micro stepping che consente di eseguire passi più piccoli rispetto a quelli completi del motore. Queste micro fasi hanno una precisione ridotta, ma rendono il funzionamento del motore passo-passo più silenzioso a velocità inferiori. I motori passo-passo possono essere guidati solo così velocemente e il motore non vede alcuna differenza in un micro passo o in un passo completo. Per il funzionamento a piena velocità, è spesso richiesto il pilotaggio di un motore passo-passo con passaggi completi. Tuttavia, l'utilizzo del micro-passo attraverso la curva di accelerazione del motore passo-passo può ridurre significativamente il rumore e le vibrazioni nel sistema.
