Stepper motorer er en af de enklere motorer til at implementere i elektronik design, hvor et niveau af præcision og repeterbarhed er nødvendig. Desværre stiller konstruktionen af stepper-motorer en forholdsvis lav hastighedsbegrænsning på motoren, meget lavere end den hastighed, som elektronikken kan køre motoren. Når der kræves højhastigheds-drift af en stepper motor, øges implementeringsproblemet, da en række faktorer begynder at komme ind for at spille.
High Speed Stepper Motor Factors
Flere faktorer bliver betydelige design- og implementeringsudfordringer, når steppermotorer køres med høje hastigheder. Ligesom mange komponenter er den virkelige verdensadfærd af steppermotorer ikke ideel og langt fra teorien. Stepper motors maksimale hastighed varierer efter fabrikant, model og induktans af motor med hastigheder på 1000-3000 omdr./min. (Ved højere hastigheder, servomotorer er et bedre valg). De vigtigste faktorer, der påvirker stepper motor kørsel ved høje hastigheder er:
inerti
Ethvert bevægende objekt har inerti, der modstår ændringen i acceleration af en genstand. Ved lavere hastighedsapplikationer er det muligt at begynde at køre en trinmotor med den ønskede hastighed uden at savne et trin. Forsøg på at køre en belastning på en stepper motor med høj hastighed straks er en god måde at springe over trin og tabe position. Bortset fra meget lette belastninger med små inertielle effekter, skal en stepper motor gå op fra lav hastighed til høj hastighed for at opretholde position og præcision. Avancerede trinmotorstyringer omfatter accelerationsbegrænsninger og strategier til at kompensere for inerti.
Momentkurver
Drejningsmomentets drejningsmoment er ikke det samme for hver driftshastighed, men falder, da stigningshastigheden øges. Årsagen til dette er baseret på de operationelle principper for stepper motorer. Drevsignalet for steppermotorer genererer et magnetfelt i motorens spoler for at skabe kraften til at tage et trin. Den tid, det tager magnetfeltet at komme op til fuld styrke afhænger af spoleens induktans, drivspænding og strømbegrænsning. Da kørehastigheden øges, vil tiden for spolerne forblive fuld styrke, og det drejningsmoment, som motoren kan generere, falder af.
Drev Signal
For at maksimere kraften i en stepper motor, skal drevsignalstrømmen nå den maksimale drivstrøm, og i højhastighedsprogrammer skal dette ske så hurtigt som muligt. Kørsel af en stepper motor med et højere spændingssignal kan bidrage til at forbedre drejningsmomentet med høje hastigheder, som automatisk anvendes i konstant strømstyring.
Dødszone
Det ideelle koncept for en motor gør det muligt at køre med enhver hastighed med en værre reduktion af drejningsmomentet, da hastigheden øges. Desværre har steppermotorer ofte en død zone, hvor motoren ikke kan køre lasten ved en given hastighed. Dette skyldes resonans i systemet og varierer for hvert produkt og design.
resonans
Stepper motorer kører mekaniske systemer, og alle mekaniske systemer kan lide af resonans. Resonans opstår, når kørefrekvensen matcher systemets naturlige frekvens, og den tilførte energi tilfører tendens til at øge sin vibration og tab af drejningsmoment i stedet for dens hastighed. I applikationer, hvor kraftige vibrationer vil have problemer, er det særligt vigtigt at finde og springe over resonansstegmotorens hastigheder. Selv applikationer, som kan tåle vibrationer, bør undgå resonans, hvor det er muligt, da det kan reducere systemets levetid betydeligt.
Trinstørrelse
Stepper motorer har nogle få kørselsstrategier til rådighed, herunder mikrostegning, der tillader mindre end de fulde trin, der skal udføres af motoren. Disse mikrotrin har reduceret nøjagtighed, men de gør stigermotortilstanden roligere ved lavere hastigheder. Stepper motorer kan kun køres så hurtigt, og motoren ser ingen forskel i et micro-trin eller et fuldt trin. For fuld hastighed drift, er det ofte nødvendigt at køre en stepper motor med fulde trin. Imidlertid kan brug af mikro-trin gennem steppermotoren accelerationskurven betydeligt reducere støj og vibrationer i systemet.
