Kas ir stepper motors un kā tas darbojas

Sākot no vienkārša DVD atskaņotāja vai printera jūsu mājās līdz ļoti sarežģītai CNC mašīnai vai robotizētai rokai, Stepper motori ir atrodami gandrīz visur. Tā spēja veikt elektroniski kontrolētas precīzas kustības ir ļāvusi šiem motoriem atrast pielietojumu daudzos felidos, piemēram, novērošanas kamerās, cietajā diskā, CNC mašīnās, 3D printeros, robotikā, montāžas robotos, lāzera griezējos un daudz ko citu. Šajā rakstā ļaujiet mums uzzināt, kas padara šos motorus īpašus, un tā teoriju. Mēs uzzināsim, kā to izmantot jūsu lietojumprogrammai.

Ievads Stepper Motors

Tāpat kā visiem motoriem, arī stepper motoriem ir stators un rotors, taču atšķirībā no parastā līdzstrāvas motora statoru veido atsevišķi spoles komplekti. Spoles skaits atšķirsies atkarībā no soļu motora veida, taču pagaidām vienkārši saprotiet, ka soļu motorā rotors sastāv no metāla stabiem un katru polu piesaistīs spoles komplekts statorā. Zemāk redzamajā diagrammā parādīts pakāpienu motors ar 8 statora stabiem un 6 rotora stabiem.

Ja paskatās uz spoles uz statora, tās ir sakārtotas spoles pāru izteiksmē, piemēram, A un A 'veido pāri B un B' veido pāri un tā tālāk. Tātad katrs no šī spoles pāra veido elektromagnētu, un tos var atsevišķi iedarbināt, izmantojot vadītāja shēmu. Kad spole tiek aktivizēta, tā darbojas kā magnēts, un rotora stabs tiek pielīdzināts tai, kad rotors pagriežas, lai pielāgotos, lai izlīdzinātos ar statoru, to sauc par vienu soli. Līdzīgi, aktivizējot spoles pēc kārtas, mēs varam pagriezt motoru ar maziem soļiem, lai veiktu pilnīgu rotāciju.

Stepper motoru veidi

Uz konstrukcijas pamata galvenokārt ir trīs pakāpienu motoru veidi, kas ir:

• Mainīgs nevēlēšanās soļu motors: Viņiem ir dzelzs serdes rotors, kas ir piesaistīts statora poliem, un nodrošina kustību ar minimālu nevēlēšanos starp statoru un rotoru.
• Pastāvīgā magnēta pakāpienu motors: tiem ir pastāvīga magnēta rotors, un tie tiek atgrūsti vai piesaistīti statoram atbilstoši pielietotajiem impulsiem.
• Hibrīds sinhronais soļu motors: tie ir mainīga nevēlēšanās un pastāvīgā magnēta pakāpienu motora kombinācija.

Bez tam mēs varam arī klasificēt soļu motorus kā Unipolar un Bipolar, pamatojoties uz statora tinumu tipu.

• Bipolārais pakāpienu motors: šāda veida motora statora spolēm nebūs kopēja vada. Šāda veida pakāpienu motora vadīšana ir atšķirīga un sarežģīta, kā arī piedziņas ķēdi nevar viegli izveidot bez mikrokontrollera.
• Unipolar Stepper Motor: Šāda veida soļu motorā mēs varam veikt abu fāžu tinumu centrālo pieskārienu kopējam pamatam vai kopīgai jaudai, kā parādīts zemāk. Tas atvieglo motoru vadīšanu, arī Unipolar soļu motorā ir daudz veidu

Labi, tāpēc atšķirībā no parastā līdzstrāvas motora no tā nāk pieci visu izdomātu krāsu vadi, un kāpēc tas tā ir? Lai to saprastu, mums vispirms jāzina, kā jau apspriests steperis. Pirmkārt, stepperi motori negriežas, viņi pakāpjas un tāpēc tos sauc arī par pakāpienu motoriem. Tas nozīmē, ka viņi vienlaikus pārvietosies tikai vienu soli. Šajos motoros ir spirāļu secība, un, lai motors grieztos, šie ruļļi ir jāaktivizē īpašā veidā. Kad katra spole tiek ieslēgta, motors sper soli, un aktivizācijas secība liks motoram veikt nepārtrauktas darbības, tādējādi liekot tai griezties. Apskatīsim spoles, kas atrodas motora iekšpusē, lai precīzi zinātu, no kurienes šie vadi nāk.

Kā redzat, motoram ir vienpola 5 vadu spoles izkārtojums. Ir četras spoles, kurām jāpievieno enerģija noteiktā secībā. Sarkanie vadi tiks piegādāti ar + 5V, un pārējie četri vadi tiks pievilkti pie zemes, lai iedarbinātu attiecīgo spoli. Mēs izmantojam jebkuru mikrokontrolleru, lai aktivizētu šīs spoles noteiktā secībā un liktu motoram veikt nepieciešamo darbību skaitu. Atkal ir daudz secību, kuras varat izmantot, parasti tiek izmantota 4-pakāpju un precīzākai kontrolei var izmantot arī 8-pakāpju vadību. Zemāk ir parādīta četrpakāpju vadības secības tabula.

Solis	Spole ar enerģiju
1. solis	A un B
2. solis	B un C
3. solis	C un D
4. solis	D un A

Kāpēc tagad šo motoru sauc par 28-BYJ48 ? Nopietni!!! Es nezinu. Šim motoram nav tehniska iemesla, lai to nosauktu; varbūt mums nevajadzētu tajā ienirt daudz dziļāk. Apskatīsim dažus svarīgos tehniskos datus, kas iegūti no šī motora datu lapas zemāk esošajā attēlā.

Tā ir galva, kas ir pilna ar informāciju, taču mums jāaplūko daži svarīgi, lai zinātu, kāda veida steperus mēs izmantojam, lai mēs varētu tos efektīvi ieprogrammēt. Pirmkārt, mēs zinām, ka tas ir 5V Stepper motors, jo mēs aktivizējam sarkano vadu ar 5V. Tad mēs arī zinām, ka tas ir četrfāžu soļu motors, jo tajā bija četras spoles. Tagad pārnesumskaitlis ir 1:64. Tas nozīmē, ka vārpsta, kuru redzat ārpusē, pilnībā pagriezīsies tikai tad, ja iekšpusē esošais motors pagriezīsies 64 reizes. Tas ir saistīts ar pārnesumiem, kas savienoti starp motoru un izejas vārpstu, šie pārnesumi palīdz palielināt griezes momentu.

Vēl viens svarīgs pamanāms dati ir soļa leņķis: 5,625 ° / 64. Tas nozīmē, ka motors, darbojoties 8 pakāpju secībā, katram solim pārvietosies par 5,625 grādiem, un, lai pabeigtu vienu pilnu rotāciju, būs nepieciešami 64 soļi (5,625 * 64 = 360).

Aprēķinot soļu skaitu vienā apgriezienā Stepper Motor

Ir svarīgi zināt, kā aprēķināt soļu motora darbības vienā revolūcijā, jo tikai tad to var efektīvi ieprogrammēt / vadīt.

Pieņemsim, ka mēs darbināsim motoru četrpakāpju secībā, tāpēc soļa leņķis būs 11,25 °, jo 8 soļu secībai tas ir 5,625 ° (norādīts datu lapā), tas būs 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Soli vienā apgriezienā = 360 / soļa leņķis Šeit 360 / 11,25 = 32 soļi vienā apgriezienā.

Kāpēc mums ir nepieciešami draiveru moduļi soļu motoriem?

Lielākā daļa soļu motoru darbosies tikai ar vadītāja moduļa palīdzību. Tas ir tāpēc, ka kontroliera modulis (mikrokontrolleris / digitālā ķēde) nespēs nodrošināt pietiekamu strāvu no tā I / O tapām, lai motors darbotos. Tāpēc mēs izmantosim ārēju moduli, piemēram, ULN2003 moduli, kā pakāpju motora draiveri. Vadītāja moduļu ir daudz veidu, un viena vērtējums mainīsies atkarībā no izmantotā motora veida. Visu vadītāja moduļu primārais princips būs pietiekami daudz strāvas avota / izlietnes, lai motors darbotos. Bez tam ir arī draiveru moduļi, kuros loģika ir iepriekš ieprogrammēta, taču mēs par to šeit neapspriedīsim.

Ja vēlaties uzzināt, kā pagriezt soļu motoru, izmantojot kādu mikrokontrolleru un draivera IC, mēs esam apskatījuši daudzus rakstus par tā darbību ar dažādiem mikrokontrolleriem:

• Saskarne Stepper Motor ar Arduino Uno
• Saskarnes soļu motors ar STM32F103C8
• Saskarne Stepper Motor ar PIC mikrokontrolleru
• Saskarne Stepper Motor ar MSP430G2
• Stepper motora mijiedarbība ar 8051 mikrokontrolleru
• Stepper motora vadība ar Raspberry Pi

Tagad es uzskatu, ka jums ir pietiekami daudz informācijas, lai kontrolētu jebkuru jūsu projektam nepieciešamo soļu motoru. Apskatīsim Stepper motoru priekšrocības un trūkumus.

Stepper motoru priekšrocības

Viena no galvenajām stepper motora priekšrocībām ir tā, ka tai ir lieliska pozīcijas kontrole, un tāpēc to var izmantot precīzai vadības lietošanai. Arī tam ir ļoti labs turēšanas griezes moments, kas padara to par ideālu izvēli robotiem. Tiek uzskatīts, ka arī stepper motoriem ir ilgs kalpošanas laiks nekā parastajam līdzstrāvas vai servomotoram.

Stepper Motors trūkumi

Tāpat kā visiem motoriem, arī Stepper Motors ir savi trūkumi, jo tas griežas, veicot nelielus soļus, tas nevar sasniegt lielu ātrumu. Arī tas patērē enerģiju griezes momenta noturēšanai, pat ja tas ir ideāli, tādējādi palielinot enerģijas patēriņu.