- Uvod v koračne motorje
- Vrste koračnih motorjev
- Izračun korakov na vrtljaj za koračni motor
- Zakaj potrebujemo pogonske module za koračne motorje?
- Prednosti koračnih motorjev
- Slabosti koračnih motorjev
Stepper motorje je mogoče najti skoraj povsod, od preprostega DVD-predvajalnika ali tiskalnika v vašem domu do zelo dovršenega CNC-stroja ali robotske roke. Zmožnost elektronsko nadzorovanih natančnih premikov je omogočila, da ti motorji najdejo aplikacijo pri mnogih napravah, kot so nadzorne kamere, trdi disk, CNC stroji, 3D tiskalniki, robotika, montažni roboti, laserski rezalniki in še veliko več. V tem članku se naučimo, kaj naredi te motorje posebne, in teorijo, ki stoji za tem. Naučili se bomo, kako uporabiti enega za vas.
Uvod v koračne motorje
Kot vsi motorji imajo tudi koračni motorji stator in rotor, toda za razliko od običajnega enosmernega motorja je stator sestavljen iz posameznih sklopov tuljav. Število tuljav se bo razlikovalo glede na vrsto koračnega motorja, vendar za zdaj samo razumite, da je v koračnem motorju rotor sestavljen iz kovinskih polov in bo vsak pol privlačil niz tuljav v statorju. Spodnji diagram prikazuje koračni motor z 8 statorjev in 6 rotorji.
Če si ogledate tuljave na statorju, so razporejene glede na pare tuljav, kot sta A in A 'tvori par B in B' tvori par itd. Torej je vsak ta par tuljav elektromagnet in jih je mogoče napajati posamično s pomočjo gonilniškega vezja. Ko se tuljava napaja, deluje kot magnet in rotorski pol se nanjo poravna, ko se rotor zavrti, da se prilagodi poravnavi s statorjem, se imenuje kot en korak. Podobno lahko z zaporednim polnjenjem tuljav motor zavrtimo v majhnih korakih, da naredimo popolno rotacijo.
Vrste koračnih motorjev
Obstajajo predvsem tri vrste koračnih motorjev, ki temeljijo na konstrukciji, in sicer:
- Koračni motor s spremenljivo odpornostjo: imajo rotor iz železnega jedra, ki ga privlači proti statorskim polovom in zagotavlja gibanje z minimalno odpornostjo med statorjem in rotorjem.
- Koračni motor s trajnimi magneti : Imajo rotor s stalnim magnetom in se odbijajo ali privlačijo proti statorju glede na uporabljene impulze.
- Hibridni sinhroni koračni motor: so kombinacija spremenljivega odpornosti in koračnega motorja s trajnim magnetom.
Poleg tega lahko koračne motorje razvrstimo med unipolarne in bipolarne glede na vrsto statorskega navitja.
- Bipolarni koračni motor: statorske tuljave na tej vrsti motorja ne bodo imele skupne žice. Pogon te vrste koračnega motorja je drugačen in zapleten, prav tako pa pogonskega kroga ni mogoče enostavno oblikovati brez mikrokrmilnika.
- Enopolni koračni motor : Pri tej vrsti koračnega motorja lahko vzamemo osrednji navoj obeh faznih navitij za skupno ozemljitev ali skupno moč, kot je prikazano spodaj. To olajša vožnjo z motorji, veliko je tudi vrst koračnih motorjev Unipolar
V redu, za razliko od običajnega enosmernega motorja ima ta pet žic vseh modnih barv in zakaj je tako? Da bi to razumeli, bi morali najprej vedeti, kako je stepper, o katerem smo že razpravljali. Najprej se koračni motorji ne vrtijo, temveč stopijo, zato so znani tudi kot koračni motorji. To pomeni, da se bodo premaknili le en korak naenkrat. Ti motorji imajo v sebi zaporedje tuljav, ki jih je treba na poseben način napajati, da se motor vrti. Ko se vsaka tuljava napaja, motor naredi korak in zaporedje napajanja povzroči, da motor neprekinjeno koraka, tako da se vrti. Oglejmo si tuljave v motorju, da natančno vemo, od kod prihajajo te žice.
Kot lahko vidite, ima motor enopolarno 5-svinčno tuljavo. Obstajajo štiri tuljave, ki jih je treba v določenem zaporedju napajati. Rdeče žice bodo dobavljene z + 5V, preostale štiri žice pa bodo potegnjene na tla za sprožitev ustrezne tuljave. Uporabljamo kateri koli mikrokrmilnik za napajanje teh tuljav v določenem zaporedju in za doseganje zahtevanega števila korakov. Ponovno obstaja veliko zaporedij, ki jih lahko uporabite, običajno se uporabljajo 4 koraki , za natančnejši nadzor pa se lahko uporabi tudi 8 stopenjski nadzor. Tabela zaporedja za 4-stopenjski nadzor je prikazana spodaj.
Korak |
Tuljava pod napetostjo |
Korak 1 |
A in B |
2. korak |
B in C |
3. korak |
C in D |
4. korak |
D in A |
Zakaj se torej ta motor imenuje 28-BYJ48 ? Resno !!! Nevem. Za ta motor ni nobenega tehničnega razloga, da bi bil tako imenovan; morda se ne bi smeli poglobiti vanjo. Oglejmo si nekaj pomembnih tehničnih podatkov, dobljenih iz podatkovnega lista tega motorja na spodnji sliki.
To je glava polna informacij, vendar moramo preučiti nekaj pomembnih, da bomo vedeli, katero vrsto koraka uporabljamo, da ga lahko učinkovito programiramo. Najprej vemo, da gre za 5V koračni motor, saj rdečo žico napajamo s 5V. Nato vemo tudi, da gre za štirifazni koračni motor, saj je imel v sebi štiri tuljave. Zdaj je prestavno razmerje 1:64. To pomeni, da se gred, ki jo vidite zunaj, popolnoma zavrti le, če se motor v notranjosti zavrti 64-krat. To je posledica zobnikov, ki so povezani med motorjem in izhodno gredjo, zato ti zobniki pomagajo povečati navor.
Drug pomemben podatek, ki ga je treba opaziti, je kot koraka: 5,625 ° / 64. To pomeni, da se bo motor, če deluje v 8-stopenjskem zaporedju, premaknil za 5,625 stopinj za vsak korak in bo potreboval 64 korakov (5,625 * 64 = 360), da bo dokončal eno popolno rotacijo.
Izračun korakov na vrtljaj za koračni motor
Pomembno je vedeti, kako izračunati korake na vrtljaj za vaš koračni motor, saj ga le tako lahko učinkovito programirate / poganjate.
Predpostavimo, da bomo motor uporabljali v 4-stopenjskem zaporedju, tako da bo kot koraka 11,25 °, saj je za 8-stopenjsko zaporedje 5,625 ° (podano v obrazcu), bo 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).
Koraki na vrtljaj = 360 / kot koraka Tukaj je 360 / 11.25 = 32 korakov na vrtljaj.
Zakaj potrebujemo pogonske module za koračne motorje?
Večina koračnih motorjev bo delovala le s pomočjo gonilniškega modula. To je zato, ker krmilni modul (mikrokrmilnik / digitalno vezje) ne bo mogel zagotoviti dovolj toka iz svojih V / I zatičev za delovanje motorja. Kot gonilnik koračnega motorja bomo uporabili zunanji modul, kot je ULN2003. Obstaja veliko vrst vozniških modulov, ki se bodo spremenile glede na vrsto uporabljenega motorja. Primarno načelo vseh pogonskih modulov bo, da vir / potop dovolj toka za delovanje motorja. Poleg tega obstajajo tudi gonilniški moduli, ki imajo vnaprej programirano logiko, vendar o tem tukaj ne bomo razpravljali.
Če vas zanima, kako vrteti koračni motor z uporabo nekega mikrokrmilnika in gonilnika IC, smo z različnimi mikrokrmilniki zajeli številne članke o njegovem delovanju:
- Povezava koračnega motorja z Arduino Uno
- Povezava koračnega motorja s STM32F103C8
- Povezava koračnega motorja z mikrokrmilnikom PIC
- Povezava koračnega motorja z MSP430G2
- Povezava koračnega motorja z mikrokrmilnikom 8051
- Nadzor koračnega motorja z Raspberry Pi
Zdaj verjamem, da imate dovolj informacij za nadzor katerega koli koračnega motorja, ki ga potrebujete za svoj projekt. Oglejmo si prednost in slabost koračnih motorjev.
Prednosti koračnih motorjev
Ena glavnih prednosti koračnega motorja je ta, da ima odličen nadzor položaja in ga je zato mogoče uporabiti za natančno uporabo. Poleg tega ima zelo dober navor, zaradi česar je idealna izbira za robotske aplikacije. Šteje se, da imajo tudi koračni motorji daljšo življenjsko dobo kot običajni enosmerni ali servo motor.
Slabosti koračnih motorjev
Tako kot vsi motorji tudi pri Stepper Motors obstajajo lastne slabosti, saj se vrti z majhnimi koraki in ne more doseči visokih hitrosti. Prav tako porabi moč za zadrževanje navora, tudi kadar je idealen, s čimer poveča porabo energije.