Microstappenregeling voor stappenmotoren

Overzicht

Wanneer een stappenmotor op lage snelheid draait, neigt de rotor bij fasecommutatie herhaaldelijk te oscilleren rond de evenwichtspositie als gevolg van snelheidsstoot en traagheid. Deze oscillatie vermindert de loopnauwkeurigheid en genereert aanzienlijk geluid.

Er zijn twee primaire benaderingen om dit probleem aan te pakken:

1. Het aantal motorfasen verhogen om de hoekverplaatsing van de rotor bij elke stapovergang te verminderen.
2. Microstappenregeling toepassen, een techniek die halverwege de jaren zeventig voor het eerst werd voorgesteld en sindsdien op grote schaal wordt toegepast. Microstappen verkleint effectief de stap hoek van de motor, verbetert de bedrijfsstabiliteit en vergroot de regelflexibiliteit.

Wat is microstappen?

Microstappen is een aansturingsmethode die de inherente volledige stap hoek van de motor verdeelt in een aantal kleinere tussenstappen. Dit wordt volledig binnen de driver gerealiseerd door de fasestromen van de stappenmotor nauwkeurig te regelen; het is onafhankelijk van de inherente constructie van de motor.

Hoe microstappen werkt

Bij een conventionele volledige-stapaansturing stijgt de stroom in een bekrachtigde statorfase onmiddellijk naar de nominale waarde en daalt de stroom in een niet-bekrachtigde fase even abrupt naar nul, waardoor een ongeveer blokvormige stroomgolfvorm ontstaat.

Bij een microstappenregeling worden de fasestromen geleidelijk gerampt in plaats van abrupt geschakeld. De wikkelingsstroomgolfvorm wordt een N-niveaus benaderde trapgolf in plaats van een blokgolf. Het resulterende magnetische veld dat door de statorwikkelingsstromen wordt gegenereerd, creëert vervolgens N nieuwe evenwichtsposities voor de rotor binnen elke volledige stap, waardoor effectief N microstappen worden gevormd.

Voordelen van microstappen

Microstappenaansturingstechnologie is wereldwijd het onderwerp geweest van uitgebreid onderzoek. Moderne hoogwaardige microstappendrivers kunnen microstapniveaus in de duizenden of hoger bereiken. Geavanceerde stroomregelalgoritmen produceren nu zeer uniforme microstaphoeken, wat verschillende belangrijke voordelen oplevert:

• Sterk verbeterde stapresolutie van de stappenmotor.
• Verminderde of geëlimineerde laagfrequente trillingen.
• Lager hoorbaar geluid.
• Vloeiender koppeluitvoer met verminderde koppelfluctuatie.

Deze verbeteringen geven stappenmotoren prestatiekenmerken die meer lijken op die van servomotoren.

Microstapnauwkeurigheid versus resolutie

Het is belangrijk om onderscheid te maken tussen stapresolutie en werkelijke positioneringsnauwkeurigheid bij het gebruik van microstappen.

Microstappen is fundamenteel een elektronische dempingstechniek. Het primaire doel is het verminderen of elimineren van de laagfrequente trillingen die inherent zijn aan stappenmotoren. Verbeterde positioneringsnauwkeurigheid is een secundair voordeel van microstappentechnologie.

Hoewel microstappen de resolutie van elke commandopuls verhoogt, hangt het ervan af of de werkelijke loopnauwkeurigheid van de motor die resolutie benadert van verschillende factoren, met name de stroomregelelnauwkeurigheid van de microstappendriver. De nauwkeurigheid van drivers varieert aanzienlijk tussen fabrikanten, en hogere microstapniveaus zijn inherent veeleisender om met precisie te regelen.

Echte microstappen versus stroomafvlakking

Echte microstappen stelt strenge technische en productie-eisen aan de driver en brengt dienovereenkomstig hogere kosten met zich mee. Sommige drivers passen in plaats daarvan stroomafvlakking toe als vervanging voor echte microstappen van de motorfasestromen. Deze aanpak wordt soms pseudo-microstappen genoemd.

Belangrijkste verschillen zijn:

Merk op dat echte microstappen het nominale houdkoppel van de motor niet verhogen. Echter, omdat het trillingen en bijbehorende energieverliezen vermindert, kan het effectief bruikbare koppel dat aan de last wordt geleverd licht verbeteren in vergelijking met volledige-stapbedrijf.