Vad är stegmotor och hur det fungerar

Från en enkel DVD-spelare eller skrivare i ditt hem till en mycket sofistikerad CNC-maskin eller robotarm finns stegmotorer nästan överallt. Dess förmåga att göra elektroniskt kontrollerade exakta rörelser har gjort att dessa motorer hittar applikationer i många katter som övervakningskameror, hårddisk, CNC-maskiner, 3D-skrivare, robotik, monteringsrobotar, laserskärare och mycket mer. I den här artikeln kan vi lära oss vad som gör dessa motorer speciella och teorin bakom den. Vi lär oss hur man använder en för er applikation.

Introduktion till Stepper Motors

Som alla motorer har stegmotorerna också en stator och en rotor, men till skillnad från en vanlig likströmsmotor består statorn av enskilda uppsättningar spolar. Antalet spolar kommer att skilja sig beroende på typ av stegmotor, men för nu är det bara att förstå att rotorn i en stegmotor består av metallstolpar och varje pol kommer att attraheras av en uppsättning spole i statorn. Nedanstående diagram visar en stegmotor med åtta statorpoler och 6 rotorpoler.

Om du tittar på spolarna på statorn, är de ordnade i termer av spolpar, som A och A 'bildar ett par B och B' bildar ett par och så vidare. Så var och en av detta spolpar bildar en elektromagnet och de kan aktiveras individuellt med hjälp av en drivkrets. När en spole får energi fungerar den som en magnet och rotorpolen riktas in mot den, när rotorn roterar för att justera sig för att anpassa sig till statorn kallas den som ett steg. På samma sätt genom att aktivera spolarna i en sekvens kan vi rotera motorn i små steg för att göra en fullständig rotation.

Typer av stegmotorer

Det finns huvudsakligen tre typer av stegmotorer baserade på konstruktion, vilka är:

• Stegmotor med variabel motstånd: De har en järnkärnrotor som dras mot statorpolerna och ger rörelse genom minimal motstånd mellan stator och rotor.
• Stegmotor med permanentmagnet: De har permanentmagnetrotor och de avvisas eller dras mot statorn enligt applicerade pulser.
• Hybrid synkron stegmotor: De är en kombination av variabel motstånd och stegmotor med permanentmagnet.

Bortsett från detta kan vi också klassificera stegmotorerna som unipolära och bipolära baserat på typen av statorlindning.

• Bipolär stegmotor: Statorspolarna på denna typ av motor har ingen gemensam ledning. Drivningen av denna typ av stegmotor är annorlunda och komplex och drivkretsen kan inte enkelt utformas utan en mikrokontroller.
• Unipolär stegmotor: I denna typ av stegmotor kan vi ta mittuttaget på både faslindningarna för en gemensam mark eller för en gemensam effekt som visas nedan. Detta gör det enkelt att köra motorerna, det finns också många typer i Unipolär stegmotor

Okej, så till skillnad från en vanlig likströmsmotor har den här fem ledningar i alla fina färger som kommer ut ur den och varför är det så? För att förstå detta bör vi först veta hur en stepper som vi redan diskuterade. Först och främst stegmotorer roterar inte, de trampar och så kallas de också stegmotorer. Det betyder att de bara rör sig ett steg i taget. Dessa motorer har en sekvens av spolar närvarande och dessa spolar måste aktiveras på ett visst sätt för att få motorn att rotera. När varje spole aktiveras tar motorn ett steg och en energisekvens kommer att få motorn att ta kontinuerliga steg och därmed få den att rotera. Låt oss ta en titt på spolarna som finns i motorn för att veta exakt varifrån dessa ledningar kommer.

Som du kan se har motorn enpoligt 5-ledars spolarrangemang. Det finns fyra spolar som måste aktiveras i en viss sekvens. De röda ledningarna levereras med + 5V och de återstående fyra ledningarna dras till marken för att utlösa respektive spole. Vi använder vilken mikrokontroller som helst för att aktivera dessa spolar i en viss sekvens och få motorn att utföra önskat antal steg. Återigen finns det många sekvenser du kan använda, normalt används ett 4-steg och för mer exakt kontroll kan en 8-stegskontroll också användas. Sekvenstabellen för 4-stegskontroll visas nedan.

Steg	Spole energiserad
Steg 1	A och B
Steg 2	B och C
Steg 3	C och D
Steg 4	D och A

Så nu, varför heter den här motorn 28-BYJ48 ? Allvarligt!!! jag vet inte. Det finns ingen teknisk anledning för att denna motor ska kallas så; kanske borde vi inte dyka mycket djupare in i det. Låt oss titta på några av de viktiga tekniska data som erhållits från databladet för denna motor i bilden nedan.

Det är ett huvud fullt av information, men vi behöver titta på några viktiga för att veta vilken typ av steg vi använder så att vi kan programmera det effektivt. Först vet vi att det är en 5V stegmotor eftersom vi ger den röda ledningen energi med 5V. Sedan vet vi också att det är en fyrfas stegmotor eftersom den hade fyra spolar i sig. Nu är utväxlingsförhållandet 1:64. Det betyder att axeln som du ser utanför kommer att göra en fullständig rotation endast om motorn inuti roterar 64 gånger. Detta beror på kugghjulen som är anslutna mellan motor och utgående axel, dessa kugghjul hjälper till att öka vridmomentet.

En annan viktig information att märka är Stride Angle: 5.625 ° / 64. Detta innebär att motorn när den körs i 8-stegssekvens kommer att flytta 5,625 grader för varje steg och det tar 64 steg (5,625 * 64 = 360) för att slutföra en full rotation.

Beräkning av steg per varv för stegmotor

Det är viktigt att veta hur man beräknar stegen per revolution för din stegmotor, för först då kan du programmera / köra den effektivt.

Låt oss anta att vi kommer att använda motorn i 4-stegssekvens så att stegvinkeln blir 11,25 ° eftersom den är 5,625 ° (ges i datablad) för 8-stegssekvens, den blir 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Steg per varv = 360 / stegvinkel Här, 360 / 11,25 = 32 steg per varv.

Varför behöver vi förarmoduler för stegmotorer?

De flesta stegmotorer fungerar endast med hjälp av en drivmodul. Detta beror på att styrenhetsmodulen (mikrokontroller / digital krets) inte kommer att kunna ge tillräckligt med ström från sina I / O-stift för att motorn ska fungera. Så vi kommer att använda en extern modul som ULN2003- modul som stegmotordrivrutin. Det finns många typer av drivarmoduler och betyget på en kommer att ändras beroende på vilken typ av motor som används. Den primära principen för alla förarmoduler är att källa / sänka tillräckligt med ström för att motorn ska fungera. Bortsett från det finns också drivrutinsmoduler som har logiken förprogrammerad i den, men vi kommer inte att diskutera om det här.

Om du är nyfiken på hur du roterar en stegmotor med hjälp av någon mikrokontroller och driver IC, har vi täckt många artiklar om hur den fungerar med olika mikrokontroller:

• Gränssnittsmotor med Arduino Uno
• Gränssnittsmotor med STM32F103C8
• Gränssnittsmotor med PIC-mikrokontroller
• Gränssnittsmotor med MSP430G2
• Stegmotorgränssnitt med 8051 mikrokontroller
• Stegmotorstyrning med Raspberry Pi

Nu tror jag att du har tillräckligt med information för att kontrollera vilken stegmotor du behöver för ditt projekt. Låt oss ta en titt på fördelarna och nackdelarna med stegmotorer.

Fördelar med stegmotorer

En stor fördel med stegmotor är att den har utmärkt positionskontroll och därmed kan användas för exakt kontrollapplikation. Det har också mycket bra hållmoment vilket gör det till ett perfekt val för robotapplikationer. Stegmotorer anses också ha hög livslängd än normal DC- eller servomotor.

Nackdelar med Stepper Motors

Som alla motorer har även Stepper Motors sina egna nackdelar, eftersom den roterar genom att ta små steg kan den inte uppnå höga hastigheter. Det förbrukar också kraft för att hålla vridmoment även när det är perfekt, vilket ökar strömförbrukningen.