Kas ir soļu motors: veidi un tā darbība

Stepper motors ir elektromehāniska ierīce, kas pārveido elektrisko jaudu mehāniskajā. Tas ir arī bezkontaktu, sinhronais elektromotors, kas var sadalīt pilnu rotāciju ekspansīvā pakāpienu skaitā. Motora stāvokli var precīzi kontrolēt bez jebkāda atgriezeniskā saites mehānisma, ja vien motors ir rūpīgi pielāgots lietojumam. Stepper motori ir līdzīgi pārslēgtiem nevēlēšanās motori. Stepper motors izmanto magnētu darbības teoriju, lai motora vārpsta pagrieztu precīzu attālumu, kad tiek nodrošināts elektrības impulss. Statoram ir astoņi stabi, un rotoram ir seši stabi. Rotoram būs nepieciešami 24 elektrības impulsi, lai pārvietotu 24 pakāpienus, lai veiktu vienu pilnīgu apgriezienu. Vēl viens veids, kā to pateikt, ir tāds, ka rotors kustas precīzi par 15 ° katram elektrības impulsam, ko saņem motors.

Celtniecības un darba princips

The stepper motora uzbūve ir diezgan saistīts ar a Līdzstrāvas motors . Tas ietver pastāvīgu magnētu, piemēram, rotoru, kas atrodas vidū, un tas pagriezīsies, tiklīdz uz to iedarbosies spēks. Šis rotors ir noslēgts caur Nr. statora, kas ir uztīts caur magnētisko spoli pa visu to. Stators ir izvietots netālu no rotora, lai magnētiskie lauki statoros varētu kontrolēt rotora kustību.

Stepper motors

Stepper motoru var vadīt, strāvojot katram statoram pa vienam. Tātad stators magnetizēsies un darbosies kā elektromagnētiskais pols, kas izmanto rotora atgrūšanas enerģiju, lai virzītos uz priekšu. Statora alternatīvā magnetizēšana, kā arī demagnetizēšana rotoru pakāpeniski pārvietos un ļaus tam griezties caur lielisku vadību.

The soļu motora darbības princips ir elektromagnētisms. Tas ietver rotoru, kas izgatavots ar pastāvīgu magnētu, savukārt stators ir ar elektromagnētiem. Kad statora tinumam tiek nodrošināta padeve, statorā tiks izveidots magnētiskais lauks. Tagad rotors motorā sāks kustēties līdz ar statora rotējošo magnētisko lauku. Tātad tas ir šī motora pamatdarbības princips.

Stepper motora konstrukcija

Šajā motorā ir mīksts dzelzs, kas ir noslēgts caur elektromagnētiskajiem statoriem. Statora, kā arī rotora stabi nav atkarīgi no soļu veida. Kad šī motora statori ir ieslēgti, rotors rotē, lai atrastos rindā ar statoru, pretējā gadījumā pagriežas, lai caur statoru būtu vismazāk atstarpes. Tādā veidā statori tiek aktivizēti virknē, lai pagrieztu soļu motoru.

Braukšanas tehnika

Stepper motora braukšanas tehnika S var būt iespējams ar dažām īpašām shēmām to sarežģītā dizaina dēļ. Ir vairākas metodes, kā vadīt šo motoru, dažas no tām ir aplūkotas turpmāk, ņemot četrfāžu soļu motora piemēru.

Viena ierosmes režīms

Stepper motora vadīšanas pamatmetode ir viens ierosmes režīms. Tā ir veca metode, un pašlaik tā nav daudz izmantota, taču ir jāzina par šo tehniku. Šajā metodē katrs posms, pretējā gadījumā stators blakus viens otram, tiks aktivizēts pa vienam, alternatīvi ar īpašu ķēdi. Tas magnetizēs un demagnetizēs statoru, lai virzītu rotoru uz priekšu.

Pilna soļa brauciens

Šajā tehnikā vienlaikus tiek aktivizēti divi statori, nevis viens ļoti īsākā laika periodā. Šī tehnika nodrošina lielu griezes momentu un ļauj motoram vadīt lielu slodzi.

Pusceļa brauciens

Šis paņēmiens ir diezgan saistīts ar Pilna soļa piedziņu, jo abi statori tiks izvietoti blakus viens otram tā, lai tas vispirms tiktu aktivizēts, bet trešais - pēc tam. Šāda veida cikls divu statoru pārslēgšanai vispirms un pēc šī trešā statora darbina motoru. Šī metode ļaus uzlabot pakāpju motora izšķirtspēju, vienlaikus samazinot griezes momentu.

Mikro pakāpieni

Šo tehniku ​​visbiežāk izmanto precizitātes dēļ. Mainīgā pakāpiena strāvu piegādās stepper motora vadītāja ķēde virzienā uz statora spolēm sinusoidālas viļņu formas veidā. Šī mazā pakāpiena strāva var uzlabot katra soļa precizitāti. Šis paņēmiens tiek plaši izmantots, jo tas nodrošina augstu precizitāti, kā arī lielā mērā samazina darbības troksni.

Stepper motora shēma un tās darbība

Stepper motori darbojas atšķirīgi no Līdzstrāvas suku motori , kas rotē, kad to spailēm tiek piemērots spriegums. Savukārt soļu motoriem faktiski ir vairāki zobaini elektromagnēti, kas izvietoti ap centrālo zobrata formas dzelzs gabalu. Elektromagnētus baro ārēja vadības ķēde, piemēram, mikrokontrolleris.

Stepper motora ķēde

Lai pagrieztu motora vārpstu, vispirms vienam elektromagnētam tiek dota jauda, ​​kas pārnesuma zobus padara magnētiski pievilcīgus elektromagnēta zobiem. Tajā brīdī, kad zobrata zobi tādējādi ir izlīdzināti ar pirmo elektromagnētu, tie ir nedaudz nobīdīti no nākamā elektromagnēta. Tātad, kad nākamais elektromagnēts ir ieslēgts un pirmais ir izslēgts, pārnesums nedaudz pagriežas, lai izlīdzinātos ar nākamo, un no turienes process tiek atkārtots. Katru no šiem nelielajiem pagriezieniem sauc par soli, ar veselu skaitli soļu, kas pilnībā pagriežas.

Tādā veidā motoru var pagriezt ar precīzu. Stepper motors nepārtraukti griežas, bet rotē pa soļiem. Ir 4 spoles ar 90^vaileņķis viens otram fiksēts uz statora. Stepper motora savienojumus nosaka veids, kā spoles ir savstarpēji savienotas. Stepper motorā spoles nav savienotas. Motoram ir 90^vairotācijas solis ar spirālēm strāvu cikliskā secībā, nosakot vārpstas rotācijas virzienu.

Šī motora darbību parāda, darbinot slēdzi. Spoles tiek aktivizētas virknē ar 1 sekunžu intervālu. Vārpsta griežas 90^vaikatru reizi, kad tiek aktivizēta nākamā spole. Tā mazā ātruma griezes moments mainīsies tieši ar strāvu.

Stepper motora veidi

Ir trīs galvenie pakāpienu motoru veidi, tie ir:

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

Pastāvīgā magnēta soļu motors

Pastāvīgo magnētu motori rotorā izmanto pastāvīgo magnētu (PM) un darbojas ar pievilcību vai atgrūšanu starp rotora PM un statora elektromagnētiem.

Šis ir visizplatītākais pakāpienu motoru veids, salīdzinot ar tirgū pieejamo dažāda veida soļu motoriem. Šis motors ietver pastāvīgus magnētus motora konstrukcijā. Šāda veida motoru sauc arī par skārda bundžas / skārda motoru. Šī soļa motora galvenais ieguvums ir mazākas ražošanas izmaksas. Katrai revolūcijai tai ir 48–24 soļi.

Mainīga nevēlēšanās soļu motors

Mainīga pretestības (VR) motoriem ir vienkāršs dzelzs rotors, un tie darbojas, pamatojoties uz principu, ka minimālā nevēlēšanās notiek ar minimālu atstarpi, tāpēc rotora punkti tiek piesaistīti statora magnēta poliem.

Stepper motors, piemēram, mainīga nevēlēšanās, ir motora pamats, un to izmanto daudzus pēdējos gadus. Kā norāda nosaukums, rotora leņķa stāvoklis galvenokārt ir atkarīgs no magnētiskās ķēdes nevēlēšanās, kas var veidoties starp statora zobiem, kā arī no rotora.

Hibrīds sinhronais soļu motors

Hibrīdie soļu motori ir nosaukti, jo tie izmanto pastāvīgā magnēta (PM) un mainīgas nevēlēšanās (VR) tehnikas kombināciju, lai sasniegtu maksimālu jaudu mazos iepakojumos.

Vispopulārākais motora veids ir hibrīda soļu motors jo tas nodrošina labu veiktspēju salīdzinājumā ar pastāvīgā magnēta rotoru ātruma, pakāpju izšķirtspējas un noturēšanas griezes momenta ziņā. Bet šāda veida pakāpienu motori ir dārgi, salīdzinot ar pastāvīgo magnētu soļu motoriem. Šis motors apvieno gan pastāvīgā magnēta, gan mainīgas pretestības pakāpienu motoru īpašības. Šie motori tiek izmantoti vietās, kur nepieciešams mazāks pakāpiena leņķis, piemēram, 1,5, 1,8 un 2,5 grādi.

Kā izvēlēties soļu motoru?

Pirms soļu motora izvēles atbilstoši jūsu prasībām, ir ļoti svarīgi pārbaudīt motora griezes momenta un ātruma līkni. Tātad šī informācija ir pieejama pie motora dizainera, un tas ir grafisks motora griezes momenta simbols ar noteiktu ātrumu. Motora griezes momenta un ātruma līknei precīzi jāatbilst pielietojuma vajadzībām, pretējā gadījumā nevar sasniegt paredzamo sistēmas veiktspēju.

Elektroinstalācijas veidi

Stepper motori parasti ir divfāžu motori, piemēram, vienpolāri, citādi bipolāri. Katrai unipolārā motora fāzei ir divi tinumi. Šeit ar centrālo pieskārienu ir kopīgs vads starp diviem tinumiem uz stabu. Vienpolārajam motoram ir 5 līdz 8 vadi.

Konstrukcijā, kur divu stabu kopīgais ir sadalīts, lai arī ar centrālo pieskārienu, šis pakāpju motors ietver sešus vadus. Ja divu polu centrālo krānu iekšpusē ir īss, tad šajā motorā ir pieci vadi. Unipolārs ar 8 vadiem atvieglos gan sērijveida, gan paralēlu savienojumu, savukārt motoram ar pieciem vai sešiem vadiem ir statora spoles sērijveida savienojums. Vienpolārā motora darbību var vienkāršot, jo, tos darbinot, nav nepieciešams mainīt strāvas plūsmu braukšanas ķēdē, kas pazīstami kā divvirzienu motori.

Bipolārā soļu motorā katram stabam ir viena tinuma. Barošanas virzienam jāmainās caur piedziņas ķēdi, lai tas kļūtu sarežģīts, tāpēc šos motorus sauc par vienādiem motoriem.

Stepper motora vadība, mainot pulksteņa impulsus

Stepper motora vadība shēma ir vienkārša un lēta ķēde, ko galvenokārt izmanto mazjaudas lietojumos. Ķēde ir parādīta attēlā, kas sastāv no 555 taimeriem IC kā stabila daudzvibratora. Biežumu aprēķina, izmantojot doto sakarību.

Frekvence = 1 / T = 1,45 / (RA + 2RB) C Kur RA = RB = R2 = R3 = 4,7 kilo-omi un C = C2 = 100 µF.

Stepper motora vadība, mainot pulksteņa impulsus

Taimera izeja tiek izmantota kā pulkstenis diviem 7474 dubultiem ‘D’ flip-flopiem (U4 un U3), kas konfigurēti kā zvana skaitītājs. Kad barošana sākotnēji tiek ieslēgta, tiek iestatīts tikai pirmais flip-flop (ti, Q izeja pie U3 5. kontakta būs ar loģiku '1') un pārējie trīs flip-pogas tiek atiestatīti (ti, Q izeja ir loģiska 0). Saņemot pulksteņa impulsu, pirmā flip-flop loģiskā izeja “1” tiek novirzīta uz otro flip-flop (U3 9. kontakts).

Tādējādi 1. loģikas izeja vienmērīgi mainās ar katru pulksteņa impulsu. Visu četru flip-flopu Q izvadi pastiprina Darling-ton tranzistoru bloki ULN2003 (U2) iekšpusē un savienoti ar stepper motora tinumiem oranžiem, brūniem, dzelteniem, melniem līdz ULN2003 16, 15,14, 13 un sarkaniem līdz + ve piegāde.

Tinuma kopīgais punkts ir pievienots + 12 V līdzstrāvas padevei, kas ir savienota arī ar ULN2003 9. kontaktu. Krāsu kods, ko izmanto tinumiem, var atšķirties atkarībā no zīmola. Kad strāva ir ieslēgta, vadības signāls, kas savienots ar pirmo flip-flop un CLR tapu pirmo trīs flip-flopu tapām, kļūst aktīvs “zems” (sakarā ar ieslēgšanas-atiestatīšanas ķēdi, ko veido R1 -C1 kombinācija), lai iestatītu pirmo flip-flop un atiestatītu pārējos trīs flip-flops.

Pēc atiestatīšanas Q3 no IC3 iet uz augšu, bet visas pārējās Q izejas uz “zemu”. Ārējo atiestatīšanu var aktivizēt, nospiežot atiestatīšanas slēdzi. Nospiežot atiestatīšanas slēdzi, jūs varat apturēt soļu motoru. Motors atkal sāk griezties tajā pašā virzienā, atlaižot atiestatīšanas slēdzi.

Atšķirība starp soļu motoru un servomotoru

Servomotori ir piemēroti lielam griezes momentam un ātrumam, turpretī soļu motors ir lētāks, tāpēc tos izmanto tur, kur ir nepieciešams liels noturības griezes moments, paātrinājums ar zemu līdz vidēju, atvērta, citādi slēgta cikla elastība. Atšķirība starp soļu motoru un servomotoru ietver sekojošo.

Stepper motors pret līdzstrāvas motoru

Gan soli, gan līdzstrāvas motorus izmanto dažādos rūpnieciskos pielietojumos, taču galvenās atšķirības starp šiem diviem motoriem ir nedaudz mulsinošas. Šeit mēs uzskaitām dažas kopīgas iezīmes starp šiem diviem dizainparaugiem. Katra īpašība ir aplūkota turpmāk.

Stepper motora parametri

Stepper motora parametri galvenokārt ietver pakāpiena leņķi, pakāpienus katrai apgriezienam, pakāpienus katrai sekundei un apgriezienu skaitu minūtē.

Solis leņķis

Stepper motora pakāpiena leņķi var definēt kā leņķi, kurā motora rotors pagriežas, kad statora ieejai tiek piešķirts viens impulss. Motora izšķirtspēju var definēt kā motora pakāpienu skaitu un rotora apgriezienu skaitu.

Izšķirtspēja = rotora pakāpienu / apgriezienu skaits

Motora izkārtojumu var izlemt ar pakāpiena leņķi, un tas tiek izteikts grādos. Motora izšķirtspēja (pakāpiena numurs) ir nē. pakāpieni, kas vienā rotora apgriezienā. Kad motora pakāpiena leņķis ir mazs, šī motora izkārtojumam ir augsta izšķirtspēja.

Objektu izvietojuma precizitāte caur šo motoru galvenokārt ir atkarīga no izšķirtspējas. Kad izšķirtspēja ir augsta, precizitāte būs zema.

Daži precizitātes motori vienā apgriezienā var izveidot 1000 soļus, ieskaitot 0,36 pakāpienu leņķi. Tipisks motors ietver 1,8 grādu pakāpiena leņķi ar 200 pakāpieniem katram apgriezienam. Dažādi pakāpienu leņķi, piemēram, 15 grādi, 45 grādi un 90 grādi, normālos motoros ir ļoti izplatīti. Leņķu skaits var mainīties no diviem līdz sešiem, un nelielu slīpuma leņķi var sasniegt, izmantojot spraugas ar polu.

Katras revolūcijas soļi

Katras izšķirtspējas soļus var definēt kā kopējam apgriezieniem nepieciešamo pakāpienu leņķu skaitu. Šī formula ir 360 ° / pakāpiena leņķis.

Soļi katrai sekundei

Šāda veida parametrus galvenokārt izmanto, lai mērītu katrā sekundē veikto darbību skaitu.

Revolūcija minūtē

RPM ir apgriezieni minūtē. To izmanto, lai izmērītu apgriezienu biežumu. Tātad, izmantojot šo parametru, mēs varam aprēķināt apgriezienu skaitu vienā minūtē. Galvenā saistība starp soļu motora parametriem ir šāda.

Katras sekundes soļi = apgriezieni minūtē x soļi vienā apgriezienā / 60

Stepper motora mijiedarbība ar 8051 mikrokontrolleru

Stepper motora saskarne ar 8051 ir ļoti vienkārša, izmantojot trīs režīmus, piemēram, viļņu piedziņu, pilnpakāpju piedziņu un puspakāpju piedziņu, dodot 0 un 1 motora četriem vadiem, pamatojoties uz to, kurš piedziņas režīms mums jāizvēlas šī motora darbināšanai.

Pārējiem diviem vadiem jābūt savienotiem ar sprieguma padevi. Šeit tiek izmantots unipolārais pakāpienu motors, kur spoles četri gali ir savienoti ar mikrokontroliera porta-2 primārajām četrām tapām, izmantojot ULN2003A.

Šis mikrokontrolleris nepiegādā pietiekamu strāvu, lai vadītu spoles, tāpēc pašreizējam draivera IC patīk ULN2003A. Ir jāizmanto ULN2003A, un tā ir NPN Darlington tranzistoru 7 pāru kolekcija. Dārlingtona pāra projektēšanu var veikt, izmantojot divus bipolārus tranzistorus, kas ir savienoti, lai sasniegtu maksimālo strāvas pastiprinājumu.

ULN2003A draivera IC ieejas tapas ir 7, izejas tapas ir 7, kur divas tapas ir paredzētas barošanas un zemes spailēm. Šeit tiek izmantotas 4 ieejas un 4 izejas tapas. Kā alternatīvu ULN2003A L293D IC tiek izmantots arī strāvas pastiprināšanai.

Jums ļoti uzmanīgi jāievēro divi kopējie vadi un četri spoles vadi, pretējā gadījumā stepper motors negriezīsies. To var novērot, mērot pretestību, izmantojot multimetru, taču multimetrs neparādīs rādījumus starp abām vadu fāzēm. Kad kopējais vads un pārējie divi vadi atrodas vienādā fāzē, tam ir jāuzrāda līdzīga pretestība, turpretim abiem līdzīgās fāzes finiša punktiem būs dubulta pretestība, salīdzinot ar pretestību starp kopējo punktu, kā arī vienu galapunktu.

Problēmu novēršana

• Traucējummeklēšana ir process, lai pārbaudītu motora stāvokli neatkarīgi no tā, vai motors darbojas vai nē. Šis pakāpeniskā motora problēmu novēršanai tiek izmantots šāds kontrolsaraksts.
• Vispirms pārbaudiet savienojumus, kā arī ķēdes kodu.
• Ja tas ir kārtībā, pēc tam pārbaudiet, vai motors saņem pienācīgu sprieguma padevi, vai arī tas vienkārši vibrē, tomēr negriežas.
• Ja sprieguma padeve ir laba, tad pārbaudiet četru spoles galapunktus, kas ir saistīti ar ULN2003A IC.
• Pirmkārt, atklājiet divus vispārējos galapunktus un nofiksējiet tos pie 12v barošanas, pēc tam piestipriniet atlikušos četrus vadus IC ULN2003A. Kamēr nav iedarbināts stepper motors, izmēģiniet visas iespējamās kombinācijas. Ja tas nav pareizi savienots, šis motors vibrēs rotējošā vietā.

Vai Stepper Motors var darboties nepārtraukti?

Parasti visi motori darbojas vai griežas nepārtraukti, bet lielākā daļa motoru nevar apstāties, kamēr tiem ir strāva. Mēģinot ierobežot motora vārpstu, kad tas ir strāvas padeves laikā, tas sadedzinās vai salūzt.

Alternatīvi, pakāpju motori ir paredzēti, lai veiktu diskrētu soli, pēc tam atkal turiet soli un palieciet. Ja mēs vēlamies panākt, lai motors paliktu vienā vietā mazāk laika, pirms atkal sperat soli, tas izskatīsies kā nepārtraukti rotējošs. Šo motoru enerģijas patēriņš ir liels, bet jaudas izkliede galvenokārt notiek pēc motora apturēšanas vai sliktas konstrukcijas, tad ir iespēja pārkarst. Šī iemesla dēļ motora strāvas padeve bieži samazinās, kad motors ir ilgāk turēts.

Galvenais iemesls ir tas, ka, tiklīdz motors rotē, tā ievadīto elektrisko daļu var mainīt uz mehānisko. Kad motors tiek apstādināts, kamēr tas griežas, spoles iekšpusē visu ieejas jaudu var mainīt par siltumu.

Priekšrocības

The stepper motora priekšrocības iekļaujiet sekojošo.

• Izturība
• Vienkārša konstrukcija
• Var strādāt atvērta cikla vadības sistēmā
• Apkope ir maza
• Tas darbojas jebkurā situācijā
• Uzticamība ir augsta
• Motora rotācijas leņķis ir proporcionāls ieejas impulsam.
• Motora pilnais griezes moments ir apstājies.
• Precīza kustības pozicionēšana un atkārtojamība, jo labu soļu motoru precizitāte ir 3–5% no soļa un šī kļūda nav kumulējama no viena soļa uz nākamo.
• Lieliska reakcija uz startēšanu, apstāšanos un atpakaļgaitu.
• Ļoti uzticams, jo motorā nav kontaktu suku. Tāpēc motora kalpošanas laiks ir vienkārši atkarīgs no gultņa kalpošanas laika.
• Motora reakcija uz ciparu ieejas impulsiem nodrošina atvērta cikla vadību, padarot motoru vienkāršāku un lētāku vadību.
• Ir iespējams panākt ļoti mazu ātrumu sinhrono rotāciju ar slodzi, kas ir tieši savienota ar asi.
• Var tikt realizēts plašs rotācijas ātrumu diapazons, jo ātrums ir proporcionāls ieejas impulsu biežumam.

Trūkumi

The stepper motora trūkumi iekļaujiet sekojošo.

• Efektivitāte ir zema
• Ar ātrumu motora griezes moments ātri samazināsies
• Precizitāte ir zema
• Atsauksmes netiek izmantotas iespējamo nokavēto darbību noteikšanai
• Mazs griezes moments pret inerces koeficientu
• Ļoti trokšņains
• Ja motors netiek pareizi kontrolēts, var rasties rezonanse
• Ar ļoti lielu ātrumu šī motora darbība nav viegla.
• Īpaša vadības ķēde ir nepieciešama
• Salīdzinot ar līdzstrāvas motoriem, tas izmanto vairāk strāvas

Pieteikumi

The pakāpju motora pielietojums iekļaujiet sekojošo.

1. Rūpnieciskās mašīnas - Stepper motori tiek izmantoti automobiļu mērierīcēs un darbgaldu automatizētās ražošanas iekārtās.
2. Drošība - jauni uzraudzības produkti drošības nozarei.
3. Medicīniskā - Stepper motori tiek izmantoti medicīniskajos skeneros, paraugu ņemšanas ierīcēs, kā arī atrodami zobu digitālajās fotogrāfijās, šķidruma sūkņos, respiratoros un asins analīzes iekārtās.
4. Elektronika - Stepper motori kamerās automātiskas digitālās kameras fokusēšanas un tālummaiņas funkcijām.

Un arī biznesa lietojumprogrammas, datoru perifērijas ierīces.

Tādējādi tas ir viss pārskats par soļu motoru piemēram, konstrukcija, darbības princips, atšķirības, priekšrocības, trūkumi un to pielietojums. Tagad jums ir ideja par super motoru veidiem un to pielietojumu, ja jums ir kādi jautājumi par šo tēmu vai elektrisko un elektroniskie projekti atstājiet komentārus zemāk.

Fotoattēlu kredīts

• Stepper Motors līdz MST