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 ātrumu, kas ir daudz zemāks nekā ātrums, ar kādu elektronika var vadīt motoru. Ja nepieciešama ātrdarbīga motora darbība, īstenošanas grūtības 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. Maksimālā ātruma pakāpju motori var atšķirties atkarībā no ražotāja, modeļa un motora induktivitātes ar ātrumu 1000-3000 RPM (lielākiem ātrumiem, servo motori ir labāka izvēle). Galvenie faktori, kas ietekmē Stepper motora braukšanu lielā ātrumā, ir šādi:
Inerce
Jebkuram kustīgajam objektam ir inerce, kas pretoties objekta paātrinājuma izmaiņām. 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 kravas ar mazu inerciālo efektu, pakāpju motors ir jāmaina no mazu ātrumu 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 attiecībā uz katru darbības ātrumu, bet samazinās, kad pieaugošais 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 stepper motors, piedziņas signāla strāvai jāsasniedz maksimālā piedziņas strāva, un ātrgaitas lietojumprogrammās 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.
Mirusī zona
Ideāla motora koncepcija ļauj to vadīt ar jebkuru ātrumu, vēl jo vairāk samazinot griezes momentu, kad palielinās ātrums. Diemžēl steppera dzinējiem bieži ir miris zona, kurā 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.
Solis izmērs
Steper motoriem ir pieejamas dažas braukšanas stratēģijas, tostarp mikro-pakāpiens, kas ļauj motoram veikt mazāku, nekā pilnus soļus. Šīs mikrosistēmas ir samazinājušas precizitāti, taču tās padara motora darbības soli mazāku ātrumu klusāku. Stepper motorus var vadīt tik tik ātri, un motors nerada nekādas atšķirības mikro soli vai pilnu soli. Pilnīgai ātruma darbībai bieži tiek prasīts vadīt pakāpju motoru ar pilnu pakāpienu. Tomēr, izmantojot mikro soli caur motora paātrinājuma līkni, var ievērojami samazināt troksni un vibrāciju sistēmā.
