스테퍼 드라이브 선택시 오류를 줄이는 방법

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스테퍼 드라이브를 선택할 때 가장 많이 발생하는 엔지니어의 실수는 무엇일까?

1)모터를 어떤 드라이브와 매칭시키더라도, 데이터 시트에 있는 정격 속도 및 토크를 달성할 것이라 믿는 것이다.

a.서보와 마찬가지로 모터의 스톨 토크와 정격 토크 및 정격 속도는 모두 사용 가능한 전압과 전류 그리고 매칭시키는 드라이브와 모터에 따라 달라진다. 드라이브의 성능 곡선(속도-토크-곡선)이 가장 신뢰할 수 있는 기준이다.

b.모터의 스톨 토크는 모터가 움직일 때 생성되는 토크 지표가 아니다(특히 높은 토크가 필요한 가속 및 감속의 경우).

2)마이크로 스테핑 모터 드라이브를 선정할 때 오류가 발생한다.

a.마이크로 스테핑은 모터가 공진 주파수 아래 영역을 드나들거나 공진 주파수 아래 영역에서 모터가 작동하게 설계되었다. 드라이브는 1.8º 스텝 각도를 최대 250배로 나누지만 개별 펄스는 균일하지 않다. 따라서 위치와 속도는 마이크로 스텝 펄스까지 균일하지 않을 수 있다.

b.마이크로 스테핑은 매우 낮은 속도에서 공진을 크게 줄인다. 그러나 공진은 저속에서만 존재하는 것이 아니라 중간 속도를 향하는 구간에서도 존재함으로, 마이크로 스테핑은 공진을 줄이지 못한다. 반공진 알고리즘이 있는 드라이버가 이러한 공진을 처리하는 가장 좋은 방법이다.

엔지니어가 잘못된 스테퍼를 선택했을 때 발생할 수 있는 문제는 무엇인가?(불일치의 결과로 생기는 문제)

a.모터의 크기를 줄이면, 과열과 만족스럽지 못한 가감속 그리고 일반적인 성능이 저하 될 수 있다. 최악의 경우, 모터는 과부하 또는 높은 가감속에서 ‘펄스 손실’, 위치 지정 오류 또는 완전히 정지한다.

b.모터의 크기를 너무 크게 하면, 시끄럽게 작동(가청 노이즈)하여 높은 EMI/RFI가 발생한다. 이로 인해 사용자는 공간 문제뿐만 아니라 모터 및 드라이버에 대한 비용을 필요 이상으로 지불할 수 있다.

c.시스템이 본질적으로 개방 루프이기 때문에 적절한 부하 관성 vs 로터 관성 일치도 중요하다. 엔코더를 추가한 후에도 관성 불일치(mis-match)는 향상 될 수 없다.

불일치가 크면 모터가 펄스를 잃거나, 위치가 잘못되거나, 과도한 전류가 흐르거나 또는 속도를 잃을 수 있다.

d.엔지니어는 기계의 주파수 특성과 반공진 주파수를 이해하고, 모터 속도 내에 있는 스텝 속도를 피해야 한다. 공진 방지 회로가 있는 마이크로 스테핑 드라이브는 이 기능에 큰 도움이 되지만 이러한 공진 외부에서 수행할 수 있는 모터 드라이브 조합을 선택하지 않으면 기계가 특정 모터 속도에서 소리(ring)를 낸다.

애플리케이션에 대해 잘못된 스테퍼를 선택하면 특정 속도에서 진동하거나 기계 성능에 문제가 생긴다.

스테퍼 드라이브를 선택시 최상의 방법은 무엇일까?

1)기계 공진 주파수, 기계 대역폭, 부하 관성 그리고 정적 및 동적 마찰 등과 같은 기계의 기구적 한계와 요구 사항을 이해해야 한다. 이것은 정밀도에 관계없이 모션이 있는 모든 장비에 적용된다.

2)MOTIONEERING?과 같은 사이징 프로그램을 사용하여 신뢰할 수 있는 속도-토크 성능 곡선을 기반으로 모터의 크기를 적절하게 조정하고 구동해 본다.

3)사용 가능한 버스 전압과 일치하며 원하는 기능이 있는 드라이버를 선정한다. 모터와 드라이버의 성능 곡선을 사용하여 기계의 공진 주파수 외부에서 필요한 성능을 제공하는 모터를 선정한다.

4)서보 모터에 의해 고속 또는 고성능 애플리케이션에 스테퍼 모터 사용을 피해야 한다. 스테퍼 모터와 마찬가지로, 서보 모터도 가격이 비싸지 않으며 적용하기가 훨씬 더 쉽다.

자료 제공: KOLLMORGEN(www.kollmorgen.com)