Mi a léptető motor és hogyan működik

Az otthoni egyszerű DVD-lejátszótól vagy nyomtatótól kezdve a rendkívül kifinomult CNC-gépig vagy a robotkarig szinte mindenhol megtalálhatók a Stepper motorok. Elektronikus vezérlésű, precíz mozgásokra való képessége miatt ezek a motorok számos felidőben megtalálhatók, mint például térfigyelő kamerák, merevlemez, CNC gépek, 3D nyomtatók, robotika, összeszerelő robotok, lézervágók és még sok más. Ebben a cikkben megtudhatjuk, mi teszi különlegessé ezeket a motorokat és a mögöttes elméletet. Megtanuljuk, hogyan kell használni egyet az Ön számára.

Bevezetés a léptetőmotorokba

Mint minden motorhoz, a léptetőmotorokhoz is tartozik egy állórész és egy rotor, de a normál egyenáramú motorral ellentétben az állórész külön tekercsekből áll. A tekercsek száma a léptetőmotor típusától függően változik, de egyelőre csak azt kell megérteni, hogy egy léptetőmotorban a rotor fémoszlopokból áll, és mindegyik pólust az állórészben lévő tekercskészlet vonzza. Az alábbi ábra egy léptetőmotort mutat, 8 állórész-oszloppal és 6 rotoroszloppal.

Ha megnézzük az állórész tekercseit, azok tekercspárok szerint vannak elrendezve, mint például A és A 'alkot pár B, B' pedig pár és így tovább. Tehát e tekercspárok mindegyike elektromágneset képez, és egyenként áram alá helyezhetők egy meghajtó áramkör segítségével. Amikor egy tekercs feszültség alá kerül, mágnesként működik, és a rotoroszlop hozzá igazodik, amikor a rotor forog, hogy beállítsa magát az állórészhez való igazodáshoz, egy lépésként hívják. Hasonlóképpen a tekercsek egymás utáni feszültségellátásával kis lépésekben forgathatjuk a motort, hogy teljes forgást végezzünk.

A léptető motorok típusai

A felépítésen alapuló főként három léptetőmotor létezik:

• Változtatható reluktivitású léptetőmotor: Vasmagú forgórészük van, amely vonzódik az állórész pólusaihoz, és minimális vonakodással biztosítják a mozgást az állórész és a rotor között.
• Állandó mágneses léptetőmotor: állandó mágneses rotorral rendelkeznek, és az alkalmazott impulzusok szerint az állórész felé taszítják vagy vonzzák őket.
• Hibrid szinkron léptetőmotor: Változtatható reluktivitás és állandó mágneses léptetőmotor kombinációja.

Ettől eltekintve az állórész tekercselésének típusa alapján a léptetőmotorokat is Unipolar és Bipolar kategóriába sorolhatjuk.

• Bipoláris léptetőmotor: Az ilyen típusú motor állórésztekercseinek nem lesz közös vezetéke. Az ilyen típusú léptetőmotorok hajtása eltérő és összetett, és a meghajtó áramkört sem lehet könnyen megtervezni mikrovezérlő nélkül.
• Unipoláris léptetőmotor: Ebben a típusú léptetőmotorban mindkét fázistekercs középső csapolását megtehetjük közös föld vagy közös teljesítmény érdekében, az alábbiak szerint. Ez megkönnyíti a motorok vezetését, az Unipolar léptetőmotorokban is sokféle van

Oké, tehát egy normál egyenáramú motorral ellentétben ebben öt fantasztikus színű vezeték jön ki belőle, és miért van így? Ennek megértéséhez először tudnunk kell, hogy egy lépésről beszélünk, amelyet már megbeszéltünk. Először stepperek motorok nem forog, akkor lépjen, és így is ismert léptető motorok. Vagyis egyszerre csak egy lépést mozognak. Ezekben a motorokban tekercsek sorozata van jelen, és ezeket a tekercseket különös módon kell bekapcsolni, hogy a motor forogjon. Amikor minden tekercset feszültség alá helyeznek, a motor egy lépést tesz, és az áramellátás sorrendje a motort folyamatos lépésekre készteti, ezáltal forogva. Vessünk egy pillantást a motor belsejében lévő tekercsekre, hogy pontosan tudjuk, honnan származnak ezek a vezetékek.

Amint láthatja, a motor unipoláris 5 vezetékes tekercselrendezéssel rendelkezik. Négy tekercs van, amelyeket bizonyos sorrendben kell feszültség alá helyezni. A piros vezetékeket + 5 V-mal látják el, és a fennmaradó négy vezetéket a földre húzzák a megfelelő tekercs beindításához. Bármely mikrovezérlőt használjuk ezeknek a tekercseknek az adott sorrendben történő bekapcsolására, és a motor számára a szükséges számú lépés végrehajtására. Ismét sokféle sorrend használható, általában egy 4 lépéses , és a pontosabb vezérléshez egy 8 lépéses vezérlés is használható. Az alábbiakban bemutatjuk a 4 lépéses vezérlés sorrendjét.

Lépés	Tekercs feszültség alatt
1. lépés	A és B
2. lépés	B és C
3. lépés	C és D
4. lépés	D és A

Tehát most miért hívják ezt a motort 28-BYJ48-nak ? Komolyan!!! Nem tudom. Ennek a motornak nincs technikai oka annak, hogy így nevezték el; talán nem kellene sokkal mélyebben belemerülnünk. Nézzük meg néhány fontos műszaki adatot, amelyet e motor adatlapján kaptunk az alábbi képen.

Ez egy információval teli fej, de néhány fontosat meg kell vizsgálnunk, hogy tudjuk, milyen típusú lépcsőt használunk, hogy hatékonyan programozzuk. Először tudjuk, hogy ez egy 5 V-os léptetőmotor, mivel a vörös vezetéket 5 V-tal tápláljuk. Aztán azt is tudjuk, hogy ez egy négyfázisú léptetőmotor, mivel négy tekercs volt benne. Most az áttétel aránya 1:64. Ez azt jelenti, hogy a tengely, amelyet kívül lát, csak akkor fog teljes teljes körű forgást végrehajtani, ha a motor belső része 64-szer forog. Ennek oka a motor és a kimenőtengely között összekötött fogaskerekek, ezek a fogaskerekek segítik a nyomaték növelését.

Egy másik fontos adat, amelyet észre kell venni, a lépésszög: 5.625 ° / 64. Ez azt jelenti, hogy a motor, amikor 8 lépéses sorrendben működik, minden lépésnél 5,625 fokot mozog, és egy teljes forgatás elvégzéséhez 64 lépést (5.625 * 64 = 360) kell végrehajtani.

A lépésenkénti lépésenkénti lépések kiszámítása

Fontos tudni, hogyan kell kiszámítani a lépésenkénti motor fordulatszám szerinti lépéseit, mert csak ezután lehet hatékonyan programozni / vezetni.

Tegyük fel, hogy a motort 4 lépéses sorrendben fogjuk működtetni, így a lépésszög 11,25 ° lesz, mivel a 8 lépéses sorozat esetében 5,625 ° (az adatlapban megadva) 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Lépésenkénti fordulat = 360 / lépésszög Itt 360 / 11,25 = 32 lépés / fordulat.

Miért van szükség Driver modulokra a léptetőmotorokhoz?

A legtöbb léptetőmotor csak egy meghajtó modul segítségével fog működni. Ennek oka, hogy a vezérlő modul (mikrokontroller / digitális áramkör) nem képes elegendő áramot szolgáltatni az I / O csapokról a motor működéséhez. Tehát egy külső modult, például az ULN2003 modult fogunk használni léptető motor meghajtóként. A meghajtó moduloknak sokféle típusa van, és az egyik besorolása változik a használt motor típusától függően. Az összes meghajtómodul elsődleges elve az lesz, hogy elegendő áramot kapjon / süllyesszen el a motor működéséhez. Ezen kívül vannak olyan illesztőprogram-modulok, amelyekbe a logika előre be van programozva, de itt nem tárgyalunk róla.

Ha kíváncsi arra, hogyan kell forgatni a léptetőmotort valamilyen mikrovezérlő és meghajtó IC segítségével, akkor számos cikket ismertettünk annak működéséről különböző mikrovezérlőkkel:

• A léptető motor összekapcsolása az Arduino Uno-val
• Összekötő léptetőmotor és STM32F103C8
• Összekötő léptetőmotor PIC mikrovezérlővel
• A léptető motor összekapcsolása az MSP430G2-vel
• Léptetőmotor összekapcsolása a 8051 mikrokontrollerrel
• Léptetőmotor-vezérlés Raspberry Pi-vel

Most úgy gondolom, hogy elegendő információval rendelkezik a projektjéhez szükséges léptető motor vezérléséhez. Vizsgáljuk meg a Stepper motorok előnyeit és hátrányait.

A Stepper motorok előnyei

A léptetőmotor egyik fő előnye, hogy kiváló helyzetszabályozással rendelkezik, ezért felhasználható a pontos vezérléshez. Nagyon jó tartási nyomatékkal rendelkezik, ami ideális választást jelent robotikus alkalmazásokhoz. A léptetőmotorok élettartama is magas, mint a normál egyenáramú vagy szervomotoroké.

A léptető motorok hátrányai

Mint minden motorhoz, a léptetőmotoroknak is megvannak a maga hátrányai, mivel kis lépésekkel forog, így nem képes nagy sebességet elérni. Emellett a nyomaték megtartásához is energiát fogyaszt, még akkor is, ha ideális, ezáltal növelve az energiafogyasztást.