- Introduktion til Stepper Motors
- Typer af trinmotorer
- Beregning af trin pr. Revolution for trinmotor
- Hvorfor har vi brug for drivermoduler til Stepper Motors?
- Fordele ved trinmotorer
- Ulemper ved Stepper Motors
Fra en simpel DVD-afspiller eller printer i dit hjem til en meget sofistikeret CNC-maskine eller robotarm, findes trinmotorer næsten overalt. Dens evne til at foretage elektronisk kontrollerede præcise bevægelser har fået disse motorer til at finde anvendelse i mange katte som overvågningskameraer, harddisk, CNC-maskiner, 3D-printere, robotter, monteringsrobotter, laserskærere og meget mere. Lad os i denne artikel lære, hvad der gør disse motorer specielle og teorien bag den. Vi lærer, hvordan du bruger en til din applikation.
Introduktion til Stepper Motors
Som alle motorer har trinmotorer også en stator og en rotor, men i modsætning til en normal jævnstrømsmotor består statoren af individuelle sæt spoler. Antallet af spoler vil variere afhængigt af typen af trinmotor, men for nu skal du bare forstå, at i en trinmotor består rotoren af metalstænger, og hver pol tiltrækkes af et sæt spole i statoren. Nedenstående diagram viser en trinvis motor med 8 statorstaver og 6 rotorpoler.
Hvis du ser på spolerne på statoren, er de arrangeret i form af spolepar, som A og A 'danner et par B og B' danner et par og så videre. Så hvert af disse spolepar danner en elektromagnet, og de kan strømforsynes individuelt ved hjælp af et driverkredsløb. Når en spole får energi fungerer den som en magnet, og rotorpolen bliver justeret efter den, når rotoren drejer for at justere sig selv til at justere med statoren kaldes den som et trin. Tilsvarende ved at aktivere spolerne i en sekvens kan vi rotere motoren i små trin for at foretage en fuldstændig rotation.
Typer af trinmotorer
Der er hovedsagelig tre typer trinmotorer baseret på konstruktion, som er:
- Trinløs trinmotor med modstandsdygtighed: De har jernkernerotor, der tiltrækkes mod statorpolerne og giver bevægelse ved minimal modstand mellem stator og rotor.
- Permanent magnetisk trinmotor: De har permanent magnetrotor, og de afvises eller tiltrækkes mod statoren i henhold til de anvendte impulser.
- Hybrid synkron trinmotor: De er en kombination af variabel modstand og trinmotor med permanent magnet.
Bortset fra dette kan vi også klassificere stepmotorer som Unipolar og Bipolar baseret på typen af statorvikling.
- Bipolar trinmotor: Statorspolerne på denne type motor har ikke en fælles ledning. Kørslen af denne type trinmotor er forskellig og kompleks, og også drivkredsen kan ikke let designes uden en mikrocontroller.
- Unipolar trinmotor : I denne type trinmotor kan vi tage centerhakningen af både faseviklingerne for en fælles jord eller for en fælles effekt som vist nedenfor. Dette gør det nemt at køre motorerne, der er også mange typer i enpolet trinmotor
Okay, så i modsætning til en normal jævnstrømsmotor har denne fem ledninger i alle smarte farver, der kommer ud af den, og hvorfor er det så? For at forstå dette skal vi først vide, hvordan en stepper, som vi allerede diskuterede. Først og fremmest roterer steppermotorer ikke, de træder, og de er også kendt som trinmotorer. Det betyder, at de kun bevæger sig et trin ad gangen. Disse motorer har en sekvens af spoler til stede, og disse spoler skal aktiveres på en bestemt måde for at få motoren til at rotere. Når hver spole aktiveres, tager motoren et skridt, og en sekvens af aktivering får motoren til at tage kontinuerlige trin og dermed få den til at rotere. Lad os tage et kig på spolerne i motoren for at vide nøjagtigt, hvorfra disse ledninger kommer fra.
Som du kan se, har motoren enpolet 5-leder-spolearrangement. Der er fire spoler, der skal aktiveres i en bestemt rækkefølge. De røde ledninger leveres med + 5V, og de resterende fire ledninger trækkes til jorden for at udløse den respektive spole. Vi bruger enhver mikrokontroller til at aktivere disse spoler i en bestemt rækkefølge og få motoren til at udføre det krævede antal trin. Igen er der mange sekvenser, du kan bruge, normalt bruges et 4-trins, og til mere præcis kontrol kan en 8-trins kontrol også bruges. Sekvenstabellen til 4-trins styring er vist nedenfor.
Trin |
Spole aktiveret |
Trin 1 |
A og B |
Trin 2 |
B og C |
Trin 3 |
C og D |
Trin 4 |
D og A |
Så nu, hvorfor hedder denne motor 28-BYJ48 ? Helt seriøst!!! Jeg ved ikke. Der er ingen teknisk grund til, at denne motor bliver navngivet sådan; måske skulle vi ikke dykke meget dybere ned i det. Lad os se på nogle af de vigtige tekniske data opnået fra databladet til denne motor i billedet nedenfor.
Det er et hoved fuld af information, men vi er nødt til at se på nogle få vigtige for at vide, hvilken type stepper vi bruger, så vi kan programmere det effektivt. Først ved vi, at det er en 5V trinmotor, da vi strømmer den røde ledning med 5V. Derefter ved vi også, at det er en firetrins trinmotor, da den havde fire spoler i den. Nu er gearforholdet givet 1:64. Dette betyder, at akslen, som du ser udenfor, kun vil foretage en fuldstændig rotation, hvis motoren indeni drejer 64 gange. Dette skyldes de gear, der er forbundet mellem motoren og udgangsakslen, og disse gear hjælper med at øge drejningsmomentet.
En anden vigtig data, der skal bemærkes, er Stride Angle: 5.625 ° / 64. Dette betyder, at motoren, når den kører i 8-trins sekvens, bevæger sig 5,625 grader for hvert trin, og det tager 64 trin (5,625 * 64 = 360) for at fuldføre en fuld rotation.
Beregning af trin pr. Revolution for trinmotor
Det er vigtigt at vide, hvordan man beregner trinene pr. Revolution for din trinmotor, for kun da kan du programmere / køre den effektivt.
Lad os antage, at vi vil betjene motoren i 4-trins sekvens, så skridtvinklen vil være 11,25 °, da den er 5,625 ° (givet i datablad) til 8-trins sekvens, den vil være 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).
Trin pr. Omdrejning = 360 / trinvinkel Her, 360 / 11,25 = 32 trin pr. Omdrejning.
Hvorfor har vi brug for drivermoduler til Stepper Motors?
De fleste trinmotorer fungerer kun ved hjælp af et drivermodul. Dette skyldes, at controllermodulet (Microcontroller / Digital circuit) ikke er i stand til at levere tilstrækkelig strøm fra sine I / O-ben til, at motoren kan fungere. Så vi bruger et eksternt modul som ULN2003- modul som trinmotordriver. Der er mange typer drivermodul, og vurderingen af en ændres afhængigt af den anvendte motortype. Det primære princip for alle førermoduler er at kilde / synke nok strøm til, at motoren kan køre. Bortset fra det er der også drivermoduler, der har logikken forprogrammeret i den, men vi vil ikke diskutere om det her.
Hvis du er nysgerrig efter at vide, hvordan du roterer en stepper motor ved hjælp af en mikrokontroller og driver IC, så har vi dækket mange artikler om dens drift med forskellige mikrokontrollere:
- Interfacing trinmotor med Arduino Uno
- Interfacing trinmotor med STM32F103C8
- Interfacing trinmotor med PIC Microcontroller
- Interfacing trinmotor med MSP430G2
- Stepper Motor Interfacing med 8051 Microcontroller
- Stepper Motor Control med Raspberry Pi
Nu tror jeg, du har tilstrækkelig information til at kontrollere enhver trinmotor, som du har brug for til dit projekt. Lad os se på fordelen og ulempen ved trinmotorer.
Fordele ved trinmotorer
En stor fordel ved trinmotor er, at den har fremragende positionskontrol og dermed kan bruges til præcis kontrolanvendelse. Det har også et meget godt holdemoment, hvilket gør det til et ideelt valg til robotapplikationer. Trinmotorer anses også for at have en høj levetid end normal DC- eller servomotor.
Ulemper ved Stepper Motors
Som alle motorer kommer også Stepper Motors med sine egne ulemper, da den roterer ved at tage små skridt, kan den ikke opnå høje hastigheder. Det bruger også strøm til at holde drejningsmoment, selv når det er ideelt, hvilket øger strømforbruget.