Stepper motori ir viens no vienkāršākajiem motoriem, kurus ieviest elektronikas dizainos, kur ir vajadzīgs precizitātes un atkārtojamības līmenis. Diemžēl stepperu motoru konstrukcija novieto dzinēja diezgan mazu ātruma ierobežojumu, kas ir daudz zemāks nekā ātrums, ar kādu elektronika var vadīt motoru. Ja tiek prasīts ātrgaitas mezgla darbināšana, tad grūtības ar ieviešanu palielinās, jo sāk spēlēt vairākus faktorus.
Ātrgaitas pakāpju motora faktori
Vairāki faktori kļūst par būtiskiem projektēšanas un ieviešanas izaicinājumiem, kad stepper motori tiek darbināti lielā ātrumā. Tāpat kā daudzi komponenti, Stepper motora reālās pasaules uzvedība nav ideāla un tālu no teorijas. Maksimālais ātrums pakāpju motors var atšķirties atkarībā no ražotāja, modeļa un motora induktivitātes ar ātrumu 1000-3000 RPM, kas ir sasniedzams (lielākiem ātrumiem, servo motori ir labāka izvēle). Galvenie faktori, kas ietekmē Stepper motora braukšanu lielā ātrumā, ir šādi:
- Inerce - jebkuram kustīgam objektam ir inerce, kas pretošas izmaiņām objekta paātrināšanā. Lietojot mazāku ātrumu, ir iespējams sākt vadīt pakāpju motoru ar vēlamo ātrumu, nezaudējot soli. Tomēr mēģinājums nekavējoties ātri vadīt slodzi uz pakāpju motoru ir lielisks veids, kā izlaist pakāpienus un zaudēt pozīciju. Izņemot ļoti vieglus svarus, kuriem ir maz inerciāla efekta, pakāpju motors ir jāmaina no mazā ātruma līdz lielam ātrumam, lai saglabātu pozīciju un precizitāti. Uzlabotas stepper motoru vadīklas ietver paātrinājuma ierobežojumus un stratēģijas, lai kompensētu inerci.
- Griezes momenta līknes - Stepper motora griezes moments nav vienāds katram darbības ātrumam, bet samazinās, kad paātrināšanas ātrums palielinās. Iemesls tam ir balstīts uz Stepper motora darbības principiem. Stepper motora piedziņas signāls ģenerē magnētisko lauku motora spolēs, lai radītu spēku solim. Laiks, kas nepieciešams, lai magnētiskais lauks nonāktu pie pilnas stiprības, ir atkarīgs no spoles induktivitātes, piedziņas sprieguma un strāvas ierobežošanas. Palielinot braukšanas ātrumu, laiks, kad spoles paliek pie pilnas izturības, samazinās un motora griezes moments var palēnināties.
- Piedziņas signāls - lai palielinātu spēku motora pakāpienam, piedziņas signāla strāvai jāsasniedz maksimālā piedziņas strāva, un ātrgaitas programmās tas jādara pēc iespējas ātrāk. Stepper motora ar augstāku sprieguma signālu vadīšana var palīdzēt uzlabot griezes momentu lielā ātrumā, kas tiek automātiski pielietots nemainīgā pašreizējā stepper vadītāja risinājumos.
- Dead Zone - Ideāla motora koncepcija ļauj to vadīt ar jebkuru ātrumu, vēl jo vairāk samazinot griezes momentu, kad ātrums palielinās. Diemžēl Stepper motori bieži ir miris zonas, kur motors nevar vadīt slodzi ar noteiktu ātrumu. Tas ir saistīts ar rezonansi sistēmā un mainās atkarībā no katra produkta un dizaina.
- Rezonanses - Stepper motori vadīt mehāniskās sistēmas, un visas mehāniskās sistēmas var ciest no rezonanses. Rezonanss notiek tad, kad braukšanas frekvence atbilst sistēmas dabiskajai frekvencei, un sistēmai pievienotā enerģija mēdz palielināt vibrāciju un griezes momenta zudumu, nevis ātrumu. Lietojumos, kuros ir pārmērīgas vibrācijas, ir īpaši svarīgi atrast un izlaist rezonanses pakāpju motora apgriezienus. Pat programmām, kas var izturēt vibrāciju, vajadzētu izvairīties no rezonanses, ja iespējams, jo tas var būtiski pazemināt sistēmas darbību.
- Step Size - Stepper motors piedāvā dažas braukšanas stratēģijas, ieskaitot mikro-pakāpenisku darbību, kas ļauj motoram veikt mazāk nekā pilnas darbības. Šie mikro soļi nesniedz lielāku precizitāti (salīdzinoši mikro pakāpieni ir samazinājuši precizitāti), bet tie padara soli pa solim motora darbību klusāku ar mazāku ātrumu. Stepper motorus var vadīt tik tik ātri, un motors nedarbojas mikroskopā vai pilnā soli. Pilnīgai ātruma darbībai bieži vien ir nepieciešams braukt ar pakāpju motoru ar pilnu pakāpienu. Tomēr, izmantojot mikro soli caur motora paātrinājuma līkni, var ievērojami samazināt troksni un vibrāciju sistēmā.