- Introduksjon til Stepper Motors
- Typer av trinnmotorer
- Beregning av trinnene per revolusjon for trinnmotor
- Hvorfor trenger vi drivermoduler for Stepper Motors?
- Fordeler med trinnmotorer
- Ulemper med Stepper Motors
Fra en enkel DVD-spiller eller skriver hjemme til en svært sofistikert CNC-maskin eller robotarm, finnes trinnmotorer nesten overalt. Dens evne til å foreta elektronisk kontrollerte presise bevegelser har gjort at disse motorene finner anvendelse i mange katter som overvåkingskameraer, harddisk, CNC-maskiner, 3D-skrivere, roboter, monteringsroboter, laserskjærere og mye mer. I denne artikkelen, la oss lære hva som gjør disse motorene spesielle og teorien bak den. Vi lærer hvordan du bruker en for deg.
Introduksjon til Stepper Motors
Som alle motorer har trinnmotorene også en stator og en rotor, men i motsetning til en vanlig DC-motor består statoren av individuelle sett med spoler. Antall spoler vil variere basert på type trinnmotor, men for nå er det bare å forstå at rotoren i en trinnmotor består av metallpoler, og hver pol vil bli tiltrukket av et sett med spole i statoren. Diagrammet nedenfor viser en trinnmotor med 8 statorstolper og 6 rotorpoler.
Hvis du tar en titt på spolene på statoren, er de ordnet i form av spiralpar, som A og A 'danner et par B og B' danner et par og så videre. Så hvert av disse spiralparene danner en elektromagnet, og de kan få energi hver for seg ved hjelp av en driverkrets. Når en spole får energi, fungerer den som en magnet, og rotorpolen blir justert mot den, når rotoren roterer for å justere seg selv for å justere den med statoren, kalles den som ett trinn. Ved å aktivere spolene i en sekvens kan vi rotere motoren i små trinn for å gjøre en fullstendig rotasjon.
Typer av trinnmotorer
Det er hovedsakelig tre typer trinnmotorer basert på konstruksjon, som er:
- Steppermotor med variabel motvilje: De har jernkernerotor som tiltrekkes mot statorstolpene og gir bevegelse med minimal motvilje mellom stator og rotor.
- Permanent magnetisk trinnmotor: De har permanent magnetrotor, og de avstøtes eller tiltrekkes mot statoren i henhold til påførte impulser.
- Hybrid synkron trinnmotor: De er en kombinasjon av variabel motstand og trinnmotor med permanentmagnet.
Bortsett fra dette kan vi også klassifisere trinnmotorer som Unipolar og Bipolar basert på typen statorvikling.
- Bipolar trinnmotor: Statorspolene på denne typen motor vil ikke ha en felles ledning. Kjøringen av denne typen trinnmotor er annerledes og kompleks, og også drivkretsen kan ikke enkelt utformes uten en mikrokontroller.
- Unipolar trinnmotor : I denne typen trinnmotor kan vi ta midtuttak av både faseviklingene for en felles bunn eller for en felles kraft som vist nedenfor. Dette gjør det enkelt å kjøre motorene, det er mange typer også i Unipolar trinnmotor
Ok, så i motsetning til en vanlig DC-motor har denne fem ledninger i alle fancy farger som kommer ut av den, og hvorfor er det slik? For å forstå dette, bør vi først vite hvordan en stepper som vi allerede har diskutert. Først av alt trinnmotorer roterer ikke, de tråkker, så de kalles også trinnmotorer. Betydning, de vil bare bevege seg ett trinn av gangen. Disse motorene har en sekvens av spoler tilstede i seg, og disse spolene må aktiveres på en bestemt måte for å få motoren til å rotere. Når hver spole aktiveres, tar motoren et skritt, og en sekvens av aktivering vil få motoren til å ta kontinuerlige trinn, og dermed få den til å rotere. La oss ta en titt på spolene som er tilstede i motoren for å vite nøyaktig hvor disse ledningene kommer fra.
Som du ser, har motoren enpolet 5-leder spolearrangement. Det er fire spoler som må aktiveres i en bestemt sekvens. De røde ledningene leveres med + 5V, og de resterende fire ledningene trekkes til bakken for å utløse den respektive spolen. Vi bruker hvilken som helst mikrokontroller for å aktivere disse spolene i en bestemt rekkefølge og få motoren til å utføre det nødvendige antall trinn. Igjen er det mange sekvenser du kan bruke, vanligvis brukes et 4-trinns og for mer presis kontroll kan en 8-trinns kontroll også brukes. Sekvensbordet for 4-trinns kontroll er vist nedenfor.
Steg |
Spole energisert |
Trinn 1 |
A og B |
Steg 2 |
B og C |
Trinn 3 |
C og D |
Trinn 4 |
D og A |
Så nå, hvorfor heter denne motoren 28-BYJ48 ? Alvor!!! Jeg vet ikke. Det er ingen teknisk grunn til at denne motoren blir kalt det; kanskje vi ikke skal dykke mye dypere inn i det. La oss se på noen av de viktige tekniske dataene som er innhentet fra databladet til denne motoren i bildet nedenfor.
Det er et hode full av informasjon, men vi må se på noen få viktige for å vite hvilken type stepper vi bruker, slik at vi kan programmere den effektivt. Først vet vi at det er en 5V trinnmotor siden vi gir strøm til den røde ledningen med 5V. Så vet vi også at det er en firetrinns trinnmotor siden den hadde fire spoler. Nå er girutvekslingen 1:64. Dette betyr at akselen du ser utenfor, vil gjøre en fullstendig rotasjon bare hvis motoren inni roterer 64 ganger. Dette er på grunn av girene som er koblet mellom motoren og utgangsakselen, disse girene hjelper til med å øke dreiemomentet.
En annen viktig data å legge merke til er Stride Angle: 5.625 ° / 64. Dette betyr at motoren når den kjører i 8-trinns sekvens vil bevege seg 5,625 grader for hvert trinn, og det vil ta 64 trinn (5,625 * 64 = 360) for å fullføre en full rotasjon.
Beregning av trinnene per revolusjon for trinnmotor
Det er viktig å vite hvordan du beregner trinnene per revolusjon for trinnmotoren din, fordi bare da kan du programmere / kjøre den effektivt.
La oss anta at vi vil kjøre motoren i 4-trinns sekvens, slik at trinnvinkelen vil være 11,25 ° siden den er 5,625 ° (gitt i databladet) for 8-trinns sekvens, vil den være 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).
Trinn per omdreining = 360 / trinnvinkel Her, 360 / 11,25 = 32 trinn per omdreining.
Hvorfor trenger vi drivermoduler for Stepper Motors?
De fleste trinnmotorer vil bare fungere ved hjelp av en drivermodul. Dette er fordi kontrollmodulen (Microcontroller / Digital circuit) ikke vil kunne gi nok strøm fra I / O-pinnene til at motoren skal kunne fungere. Så vi vil bruke en ekstern modul som ULN2003- modul som trinnmotordriver. Det finnes mange typer drivermoduler, og rangering av en vil endres basert på hvilken type motor som brukes. Det primære prinsippet for alle drivermoduler vil være å kilde / synke nok strøm til at motoren skal fungere. Bortsett fra at det også er drivermoduler som har logikken forhåndsprogrammert, men vi vil ikke diskutere om det her.
Hvis du er nysgjerrig på å vite hvordan du roterer en trinnmotor ved hjelp av en mikrokontroller og driver-IC, har vi dekket mange artikler om bruken av den med forskjellige mikrokontrollere:
- Grensesnitt trinnmotor med Arduino Uno
- Grensesnitt trinnmotor med STM32F103C8
- Grensesnitt trinnmotor med PIC-mikrokontroller
- Grensesnitt trinnmotor med MSP430G2
- Stepper Motor-grensesnitt med 8051 mikrokontroller
- Stepper Motor Control med Raspberry Pi
Nå tror jeg du har nok informasjon til å kontrollere hvilken trinnmotor du trenger for prosjektet ditt. La oss ta en titt på fordelen og ulempen med trinnmotorer.
Fordeler med trinnmotorer
En stor fordel med trinnmotor er at den har utmerket posisjonskontroll og dermed kan brukes til presis kontrollapplikasjon. Det har også veldig godt holdemoment, noe som gjør det til et ideelt valg for robotapplikasjoner. Steppermotorer anses også å ha høy levetid enn vanlig DC- eller servomotor.
Ulemper med Stepper Motors
Som alle motorer kommer også Stepper Motors med sine egne ulemper, siden den roterer ved å ta små skritt, kan den ikke oppnå høye hastigheter. Den bruker også strøm for å holde dreiemoment selv når det er ideelt, og øker dermed strømforbruket.