Kā darbojas Stepper Motors

Šajā amatā mēs uzzināsim par soļu motoru. Mēs izpētīsim, kas ir stepper motors, tā pamatdarbības mehānisms, stepper motora veidi, pakāpiena režīmi un visbeidzot tā priekšrocības un trūkumi.

Kas ir stepper motors?

Stepper motors ir bez sukas motors, tā rotējošais vārpsta (rotors) pabeidz vienu rotāciju ar noteiktu soļu skaitu. Sakarā ar pakāpenisku rotācijas raksturu tas iegūst nosaukumu kā pakāpienu motors.

Stepper motors nodrošina precīza rotācijas leņķa kontrole un ātrums. Tas ir atvērta cikla dizains, kas nozīmē, ka rotācijas izsekošanai nav ieviests atgriezeniskās saites mehānisms.

Tas var mainīt ātrumu, mainīt rotācijas virzienu un uzreiz fiksēties vienā pozīcijā. Pakāpienu skaitu nosaka pēc rotorā esošo zobu skaita. Piemēram: ja stepper motors sastāv no 200 zobiem,

360 (grāds) / 200 (zobu skaits) = 1,8 grāds

Tātad katrs solis būs 1,8 grādi. Stepper motorus kontrolē mikrokontrolleri un vadītāja shēma. To plaši izmanto lāzerprinteros, 3D printeros, optiskajos diskdziņos, robotikā utt.

Pamata darba mehānisms:

Stepper motors var sastāvēt no vairākiem stabu skaita, kas savīti ar izolētu vara stiepli, ko sauc par statoru, vai motora nekustīgu daļu. Kustīgo motora daļu sauc par rotoru, kas sastāv no vairākiem zobu skaitļiem.

Kad viens stabs tiek aktivizēts, tuvākie zobi sakritīs ar šo spriegumu, un citi rotora zobi nedaudz nobīdīsies vai nesaskaņosies ar citiem nepieslēgtiem poliem.

Nākamais stabs tiks aktivizēts, un iepriekšējais stabs tiks atvienots, tagad nesaskaņotie stabi tiks saskaņoti ar pašreiz ieslēgto polu, tādējādi veicot vienu soli.

Nākamais stabs tiek aktivizēts un iepriekšējais stabs tiek atvienots, tas padara vēl vienu soli, un šis cikls turpinās vairākas reizes, lai veiktu vienu pilnu rotāciju.

Šeit ir vēl viens ļoti vienkāršs stepper motora darbības piemērs:

Parasti rotora zobi ir magnēti, kas izvietoti pārmaiņus ziemeļu un dienvidpola veidā. Tāpat kā stabi atgrūž un atšķirībā no stabu pievilkšanas, arī tagad stabu tinums “A” tiek aktivizēts un tiek pieņemts, ka ziemeļpols ir rotējošs pols un rotors kā dienvidu pols, tas pievilina rotora dienvidu polu pret “A” statoru, kā parādīts attēlā.

Tagad stabs A ir atvienots no strāvas un stabs “B” ir ieslēgts, tagad rotora dienvidu pols izlīdzināsies ar polu “B”. Līdzīgs “C” un “D” stabs tādā pašā veidā aktivizēs un izslēgs enerģiju, lai pabeigtu vienu rotāciju.

Tagad jūs saprastu, kā darbojas soļu motors.

Stepper motora veidi:

Ir trīs pakāpienu motoru veidi:

• Pastāvīgā magnēta pakāpējs
• Mainīgs negribīgs solis
• Hibrīds sinhronais steperis

Pastāvīgā magnēta steperis:

Pastāvīgā magnēta pakāpienu motoros rotorā tiek izmantoti pastāvīgā magnēta zobi, kas ir sakārtoti mainīgā pola veidā (ziemeļu-dienvidu-ziemeļu-dienvidu ...), tas nodrošina lielāku griezes momentu.

Mainīgs negribīgs solis:

Mainīgs negribīgs solis izmanto mīkstu dzelzs materiālu kā rotoru ar vairākiem zobiem un darbojas, pamatojoties uz principu, ka minimālais nevēlēšanās notiek pie minimālās atstarpes, kas nozīmē, ka tuvākie rotora zobi piesaista polu, kad tas tiek ieslēgts, tāpat kā metāls piesaista pretī magnētam.

Hibrīds sinhronais steperis:

Hibrīda soļu motorā abas iepriekš minētās metodes tiek apvienotas, lai iegūtu maksimālo griezes momentu. Šis ir visizplatītākais pakāpienu motora veids un arī dārga metode.
Pakāpiena režīmi:

Ir 3 pakāpienu režīmu veidi

• Pilna pakāpiena režīms
• Puse pakāpiena režīms
• Mikro pakāpiena režīms

Pilna pakāpiena režīms:

Pilna soļa režīmā var saprast šādu piemēru: ja soļu motoram ir 200 zobi, tad viens pilns solis ir 1,8 grādi (kas norādīts raksta sākumā), tas negriezīsies mazāk vai vairāk par 1,8 grādiem.

Pilnais solis tiek klasificēts divos veidos:

• Vienfāzes režīms
• Divu fāžu režīms

Abos fāzes režīmos rotors veic vienu pilnu soli, pamata atšķirība starp šiem diviem ir: viens režīms dod mazāku griezes momentu un divu fāžu režīms dod lielāku griezes momentu.

• Vienfāzes režīms:

Vienfāzes režīmā tikai vienā fāzē (tinumu / stabu grupa) tiek darbināta enerģija noteiktā laikā, tā ir vismazāk enerģijas patērējošā metode, bet tā dod arī mazāku griezes momentu.

• Divfāžu režīms:

Divu fāžu režīmā divfāzu (divu tinumu / polu grupa) tiek aktivizēta noteiktā laikā, un tas rada lielāku griezes momentu (no 30% līdz 40%) vienfāzes režīmā.

Puse pakāpiena režīms:

Puse pakāpiena režīms tiek veikts divkāršai motora izšķirtspējai. Pusei, kā norāda nosaukums, puse no viena pilna soļa, nevis pilna 1,8 grāda, puse pakāpiena notiek 0,9 grāda.
Pusi soli panāk, alternatīvi mainot vienfāzes režīmu un divfāžu režīmu. Tas samazina mehānisko daļu spriedzi un palielina griešanās gludumu. Puse solis samazina griezes momentu par aptuveni 15%. Bet griezes momentu var palielināt, palielinot motora strāvu.

Mikro pakāpieni:

Mikro pakāpieni tiek veikti vienmērīgākai rotācijai. Viens pilns solis ir sadalīts līdz 256 soļiem. Mikro pakāpieniem ir nepieciešams īpašs mikropārvadātājs. Tā griezes momentu izsaka par aptuveni 30%.

Vadītājiem šķidruma rotācijai jāievada sinusoidāls vilnis. Vadītāji dod divas sinusoidālas ieejas ar 90 grādu pakāpenisku pārtraukšanu.

Tas vislabāk kontrolē rotāciju un ievērojami samazina mehānisko spriegumu un samazina darbības troksni.

Stepper motora galvenās priekšrocības un trūkumus var uzzināt, izmantojot šādus punktus:

Priekšrocības:

• Vislabāk kontrolēt leņķa rotāciju.
• Liels griezes moments pie lēna ātruma.
• Tūlītēja rotācijas virziena maiņa.
• Minimāla mehāniskā konstrukcija.

Trūkumi:

• Jauda tiek patērēta arī bez rotācijas, tas tiek darīts, lai rotoru fiksētu fiksētā stāvoklī.
• Nav atgriezeniskās saites mehānisma, lai labotu pret rotācijas kļūdām un izsekotu pašreizējo stāvokli.
• Tam nepieciešama sarežģīta vadītāja shēma.
• Griezes moments tiek samazināts ar lielāku ātrumu.
• Nav viegli vadīt motoru ar lielāku ātrumu.