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Choisir un moteur à pas: Exemple réel (2)

Jul 31, 2017

Opération d'inclinaison:

Plage de vitesse, 5 deg / sec

Couple, 12 oz-in.

Rapport d'engrenage, 1: 1

Tension d'entraînement, 12 à 40 Vdc

Les taux d'accélération et de décélération n'étaient pas sévères pour l'une ou l'autre des opérations.

L'opération panoramique est la plus exigeante des deux axes, de sorte que la discussion suivante se concentre sur elle. Le panoramique nécessite un mouvement régulier car, lorsqu'une caméra avec une lentille longue se monte sur l'appareil, tout tremblement apparaîtra comme flou sur le moniteur vidéo.

Le premier choix pour un moteur d'essai était un moteur de 1,8 degrés / pas, taille 17 avec le conducteur 12-Vdc du client. Ce moteur avait un couple de maintien nominal de 22,2 oz-in, bien au-dessus de l'exigence de couple de l'opération panoramique. Cependant, il a livré uniquement des performances marginales à la vitesse maximale de 666 impulsions / seconde (200 deg / sec). Le moteur a déplacé la charge à la vitesse souhaitée parfois, mais a perdu le synchronisme et a manqué les pas aux autres.

Nous avons ensuite décidé de tester un moteur similaire, mais qui pourrait produire plus de couple. Un moteur de 0,9 deg / pas, taille 23 avec un pilote de 12 Vdc a été sélectionné. Bien que ce moteur ait un couple de maintien nominal de 80 oz-in, il pourrait également fonctionner uniquement de manière marginale à des vitesses supérieures. L'inadéquation du moteur de la taille 23 ici était une idée qu'il y avait un problème de couple-à-vitesse - un problème non nécessairement causé par le moteur, mais par le conducteur desservant le moteur.

Les enroulements d'un moteur de démarrage consistent en un circuit en série à résistance et inductance. L'inductance amène le courant du moteur (ainsi, le couple) à se construire sur un temps fini, même lorsque l'enroulement est touché avec un changement de tension en hauteur (une impulsion de tension). Si les impulsions viennent très vite (des vitesses plus élevées), le courant peut ne pas avoir le temps de construire à la valeur nominale avant que la prochaine impulsion ne frappe; le moteur peut ne pas atteindre le couple nominal.

Certains conducteurs ajoutent en fait une résistance dans l'enroulement du moteur. (Rappelez-vous: les courants résistifs et inductifs sont 90 degrés hors phase). Il en résulte un adoucissement de l'effet de l'inductance sur le temps d'accumulation du courant avec une résistance croissante, ce qui permet au moteur de se rapprocher du couple nominal à des impulsions plus élevées.

Cependant, la méthode soulève la perte de puissance résistive dans le moteur. Et à des vitesses plus élevées, il peut ne pas suffire de laisser le moteur atteindre un couple nominal. Cela semblait être le cas ici. Nous avons ensuite testé les mêmes deux moteurs, mais avec un pilote à "coupure coupée" modulée en largeur d'impulsion (PWM) à courant constant et à courant constant. Ce pilote pourrait conduire les moteurs jusqu'à 24 Vcc. Un pilote PWM a tendance à laisser son moteur pas à pas atteindre une vitesse plus élevée, car la tension plus élevée appliquée aux enroulements du moteur permet au courant du moteur de monter vers une valeur nominale plus rapide; le moteur peut produire plus de couple à des vitesses plus élevées. Dans les essais avec ce variateur, les moteurs à pas de taille 17 et de taille 23 ont atteint les performances souhaitées.

Lorsque l'obstacle de couple a été dégagé, nous avons dû regarder la douceur du mouvement dans toute la gamme de vitesse. À faible vitesse (10 pps), les moteurs 1.8 et 0.9 deg / step ont secoué trop. Lorsqu'ils ont été accélérés, ils ont montré des effets de résonance typiques. Les moteurs ont secoué violemment et ont perdu le synchronisme avant d'atteindre la vitesse maximale souhaitée. La tremper à basse vitesse a également rendu l'image de la caméra vidéo flottante et inacceptable. Cependant, nous avons vu que le mouvement du moteur de 0,9 degrés / pas était beaucoup plus lisse que celui du moteur de 1,8 degrés / pied.

Parce que lorsque la taille des étapes diminue, la luminosité augmente, nous avons décidé d'essayer un moteur à haute résolution, 5 phases, 0.36 degrés / pas et une combinaison de driver 24 Vcc. En test, nous pourrions déplacer la caméra très doucement à haute vitesse (300 deg / sec) et à faible vitesse (1,5 deg / sec). En outre, il n'y avait aucune gigue sensible sur le moniteur vidéo à n'importe quelle vitesse dans la gamme.

Dans le test suivant, un téléobjectif complet a été chargé sur la caméra. Le moteur a bien fonctionné. Ensuite, pour simuler de manière plus précise toute la charge du système, nous avons ajouté les composants mécaniques réels requis pour l'axe de l'inclinaison. Tout a bien fonctionné. En outre, nous avons pu exécuter le fonctionnement de l'inclinaison jusqu'à 200 deg / sec - bien au-dessus des exigences.

La tension de conduite nécessitait encore une attention particulière. Tous les tests avaient été effectués à 24 Vcc. Mais un moteur de 0,36 deg / pas pourrait-il atteindre la vitesse maximale de 3 333 pps à seulement 12 Vdc? Lorsque le moteur a été testé avec un driver de 12 Vdc, il a fonctionné comme prévu - il a eu des difficultés à atteindre les vitesses plus élevées. Parce que le client voulait maintenir la consommation d'énergie le plus bas possible, nous avons testé le moteur à des tensions de plus en plus élevées jusqu'à ce qu'il se produise de manière satisfaisante à des vitesses plus élevées. Grâce à l'essai et à l'erreur, nous avons déterminé que le moteur fonctionnait bien à une tension appliquée de seulement 17 Vcc. En général, vous devez conduire un moteur pas à pas avec une tension appliquée aussi faible que possible. À mesure que la tension d'entraînement du moteur augmente, le moteur a tendance à fonctionner plus chaud et à créer plus de bruit électromagnétique ou de "bobinage". En outre, il peut augmenter l'amplitude de tout bruit mécanique transmis produisant le moteur. Étant donné que la spécification du moteur original était de 12 à 40 Vcc, nous étions bien dans la capacité de dissipation de chaleur du mécanisme de la caméra.

Compte tenu des types de moteurs et de conducteurs, il était temps de savoir si le système pouvait respecter les contraintes de coûts du client. Malheureusement, il n'était pas rentable pour le client d'acheter le moteur et un pilote hors réserve dans les quantités nécessaires. Nous avons décidé d'aider le client à construire son propre conducteur. En fournissant la logique et les jetons de puissance, ainsi que le support technique pour les intégrer dans la conception finale, le client a pu créer un système de mouvement complet sous budget.

Ce que vous venez de voir, c'est un processus de réflexion à utiliser lors de la sélection d'un moteur d'étape pour une application:

• Définissez bien la tâche et assurez-vous de bien la comprendre.

• Comprendre le système mécanique aussi.

• Déterminez les couples nécessaires pour déplacer, accélérer et décélérer le système.

• Estimez les performances que vous pouvez attendre d'un moteur de pastille et d'une combinaison de conducteurs. Vous pouvez trouver ces informations dans les fiches techniques des fabricants.

• Lorsque vous avez compilé toutes ces informations, vous - le concepteur - doit assembler et tester complètement un système complet. Si vous ne disposez pas des installations nécessaires pour tester, travailler avec un laboratoire d'essai indépendant ou avec le fournisseur de moteur et de conducteur. Mais restez près, surveillez les tests et savez ce qui se passe. N'ayez pas peur de tester plusieurs configurations. L'essai et l'erreur sont toujours la meilleure façon de voir si vous avez choisi le meilleur système de mouvement pour votre application.

Qu'est-ce qui marque un démarrage moteur?


Le rotor d'un moteur hétéro hybride typique comporte deux gobelets en fer doux qui ont des dents (habituellement 48 ou 50) sur leurs surfaces. Ils guident le flux d'un aimant permanent vers l'entrefer rotor-stator. Chaque tasse est magnétisée axialement avec une polarité opposée à l'autre. Dans la plupart des cas, les dents d'une tasse sont décalées des dents de l'autre par un demi-pied dentaire pour un moteur à 2 phases.

Le stator a également plusieurs dents, mais généralement un ou deux de moins que le rotor. Lorsqu'une dent sur le stator est alimentée avec une polarité Nord, une dent correspondante sur le rotor avec une polarité sud s'aligne. De même et en même temps, une autre dent sur le stator de la même phase est alimentée par une polarité sud, qui attire une dent sur la tasse du vase nord pour l'aligner. En alimentant les dents de stator voisins l'une après l'autre dans une séquence rotative, le rotor commence à tourner de manière correspondante lorsque ses dents tentent de s'aligner avec les dents du stator.

Étapes de raccourcissement


Un moteur à pas hybride 2 phases régulier se déplace de manière oscillante. Les effets de ces rotations irrégulières et de la résonance correspondante peuvent aller du bruit audible élevé aux étapes manquées. La meilleure façon de minimiser les effets de la résonance est de réduire la taille des étapes. Il existe deux méthodes populaires pour réduire la taille des étapes d'un moteur à pas hybride commun: "microstep", un moteur régulier à 2 phases, de 1,8 degrés, ou utiliser un moteur à 5 phases.

La méthode de microstation modifie la taille des pas par voie électronique. Cela se fait par le contrôle proportionnel du courant dans chaque phase pour créer une étape intermédiaire entre les étapes "cardinales" du moteur. Avec cette méthode, un moteur de 1,8 degrés / pas peut être entraîné jusqu'à 25 000 pas / rev.

La méthode à 5 phases ajoute une paire de pôles au stator d'une conception de moteur à pas hybride 2 phases régulière. Cela modifie le décalage du rotor-stator d'un moteur à 2 phases d'un quart à un dixième du pas du rotor. La taille de l'étape suivante dans un moteur avec 50 dents du rotor est de 0,72 deg ou 500 étapes / rev. Le moteur à pas en 5 phases présente des rotations irrégulières beaucoup plus faibles par rapport à un moteur à 2 phases en phase intégrale et n'a pratiquement aucun effet de résonance. L'ondulation de couple d'un moteur à pas à 5 phases par rapport à un moteur régulier à 2 phases est également fortement réduite. La différence entre la valeur de couple la plus basse et la plus élevée d'un moteur à 2 phases régulier est de 29%. La même valeur pour un moteur à 5 phases n'est que de 5%. Cette ondulation à couple réduite est l'une des raisons de la fluidité du moteur à 5 phases.