Mikä on askelmoottori ja miten se toimii

Stepper-moottoreita löytyy melkein kaikkialta kodin yksinkertaisesta DVD-soittimesta tai tulostimesta erittäin hienostuneeseen CNC-koneeseen tai robottivarreen. Sen kyky tehdä elektronisesti ohjattuja tarkkoja liikkeitä on saanut nämä moottorit käyttämään sovelluksia monissa felideissä, kuten valvontakameroissa, kiintolevyssä, CNC-koneissa, 3D-tulostimissa, robotiikassa, kokoonpanoroboteissa, laserleikkureissa ja paljon muuta. Tässä artikkelissa opitaan, mikä tekee näistä moottoreista erityisiä ja sen taustalla olevan teorian. Opimme käyttämään yhtä sovelluksessasi.

Johdanto askelmoottoreihin

Kuten kaikissa moottoreissa, myös askelmoottoreissa on staattori ja roottori, mutta toisin kuin normaalissa tasavirtamoottorissa, staattori koostuu yksittäisistä kelaryhmistä. Käärien lukumäärä vaihtelee askelmoottorin tyypin mukaan, mutta ymmärrä nyt vain, että askelmoottorissa roottori koostuu metallipylväistä ja kutakin napaa houkuttelee staattorissa oleva kela. Alla olevassa kaaviossa on esitetty askelmoottori, jossa on 8 staattorin napaa ja 6 roottorin napaa.

Jos katsot staattorin keloja, ne on järjestetty kelapareina, kuten A ja A 'muodostavat parin B ja B' muodostavat parin ja niin edelleen. Joten jokainen tästä kelaparista muodostaa sähkömagneetin ja ne voidaan virrata erikseen käyttämällä ohjainpiiriä. Kun kela saa virran, se toimii magneettina ja roottorin napa kohdistuu siihen, kun roottori pyörii säätääkseen itsensä kohdistumaan staattoriin, sitä kutsutaan yhdeksi vaiheeksi. Vastaavasti käämejä vetämällä peräkkäin voimme pyörittää moottoria pienin askelin täydellisen pyörimisen suorittamiseksi.

Askelmoottoreiden tyypit

Rakentamiseen perustuvia askelmoottoreita on pääasiassa kolmea tyyppiä:

• Vaihteleva haluttomuusaskelmamoottori: Niissä on rautasydänroottori, joka on houkuteltu kohti staattorin napoja ja tarjoaa liikkeen minimaalisen haluttomuuden avulla staattorin ja roottorin välillä.
• Pysyvä magneetti-askelmoottori: Niissä on kestomagneettiroottori ja ne työnnetään tai houkutellaan kohti staattoria sovellettujen pulssien mukaan.
• Hybridi synkroninen askelmoottori: Ne ovat yhdistelmä vaihtelevaa reluktanssia ja kestomagneetti-askelmoottoria.

Tämän lisäksi voimme myös luokitella askelmoottorit Unipolariksi ja Bipolariksi staattorikäämityksen tyypin perusteella.

• Bipolaarinen askelmoottori: Tämän tyyppisen moottorin staattorikäämeissä ei ole yhteistä johtoa. Tämän tyyppisen askelmoottorin käyttö on erilaista ja monimutkaista, eikä myöskään käyttöpiiriä voida suunnitella helposti ilman mikro-ohjainta.
• Unipolar-askelmoottori: Tämän tyyppisessä askelmoottorissa voimme ottaa molempien vaihekäämien keskimmäisen napautuksen yhteiselle maalle tai yhteiselle teholle, kuten alla on esitetty. Tämä helpottaa moottorien käyttöä, myös Unipolar-askelmoottoreissa on monia tyyppejä

Okei, joten toisin kuin normaalissa tasavirtamoottorissa, tässä on viisi johtoa kaikilla hienoilla väreillä ja miksi se on niin? Tämän ymmärtämiseksi meidän pitäisi ensin tietää, kuinka askel, josta jo keskustelimme. Ensinnäkin askelmoottorit eivät pyöri, vaan askeleet, joten ne tunnetaan myös askelmoottoreina. Eli ne liikkuvat vain yhden askeleen kerrallaan. Näissä moottoreissa on sekvenssi keloja, ja nämä kelat on kytkettävä tietyllä tavalla jännitteeseen, jotta moottori pyörii. Kun kutakin kelaa kytketään jännitteeseen, moottori ottaa askeleen ja energisointijärjestys saa moottorin jatkamaan vaiheita, jolloin se pyörii. Katsotaanpa moottorin sisällä olevia keloja, jotta tiedämme tarkalleen, mistä nämä johdot tulevat.

Kuten näette, moottorissa on yksipolaarinen 5-johdin kela. On neljä kelaa, jotka on kytkettävä jännitteeseen tietyssä järjestyksessä. Punaiset johdot toimitetaan + 5 V: lla ja loput neljä johtoa vedetään maahan vastaavan kelan laukaisemiseksi. Käytämme mitä tahansa mikro-ohjainta näiden kelojen virroittamiseen tietyssä järjestyksessä ja saamme moottorin suorittamaan tarvittavan määrän vaiheita. Jälleen on monia sekvenssejä, joita voit käyttää, normaalisti käytetään 4-vaiheista ja tarkemman ohjauksen mahdollistamiseksi voidaan käyttää myös 8-vaiheista ohjausta. 4-vaiheisen ohjauksen järjestystaulukko on esitetty alla.

Vaihe	Käämi virtaa
Vaihe 1	A ja B
Vaihe 2	B ja C
Vaihe 3	C ja D
Vaihe 4	D ja A

Joten nyt, miksi tätä moottoria kutsutaan 28-BYJ48: ksi ? Vakavasti!!! Minä en tiedä. Tällä moottorilla ei ole teknistä syytä nimetä sitä; ehkä meidän ei pitäisi sukeltaa siihen paljon syvemmälle. Katsotaanpa joitain tärkeitä teknisiä tietoja, jotka on saatu tämän moottorin datalehdestä alla olevassa kuvassa.

Se on pää, joka on täynnä tietoa, mutta meidän on tarkasteltava muutamia tärkeitä, jotta voimme tietää, minkä tyyppisiä askelmia käytämme, jotta voimme ohjelmoida sen tehokkaasti. Ensinnäkin tiedämme, että se on 5 V: n askelmoottori, koska me virtaa punaista johtoa 5 V: lla. Sitten tiedämme myös, että se on nelivaiheinen askelmoottori, koska siinä oli neljä kelaa. Nyt välityssuhteen annetaan olevan 1:64. Tämä tarkoittaa, että akseli, jonka näet ulkopuolella, pyörittää täydellisesti vain, jos sisällä oleva moottori pyörii 64 kertaa. Tämä johtuu moottorin ja lähtöakselin väliin kytketyistä hammaspyöristä, jotka auttavat lisäämään vääntömomenttia.

Toinen tärkeä huomioitava tieto on juoksukulma: 5.625 ° / 64. Tämä tarkoittaa, että moottori, kun se toimii 8-vaiheisessa järjestyksessä, liikkuu 5,625 astetta kussakin vaiheessa ja se vie 64 vaihetta (5,625 * 64 = 360) yhden täyden kierroksen suorittamiseksi.

Askelmoottorin vaiheiden laskeminen kierrosta kohden

On tärkeää tietää, kuinka askelmoottori lasketaan vallankumousta kohden, koska vasta sitten voit ohjelmoida / ajaa sitä tehokkaasti.

Oletetaan, että käytämme moottoria 4-vaiheisessa järjestyksessä, joten askelmakulma on 11,25 °, koska se on 5,625 ° (annettu taulukossa) 8-vaiheiselle jaksolle, se on 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Askeleet kierrosta kohti = 360 / askelkulma Tässä 360 / 11,25 = 32 askelta kierrosta kohden.

Miksi tarvitsemme ohjainmoduuleja askelmoottoreille?

Useimmat askelmoottorit toimivat vain ohjainmoduulin avulla. Tämä johtuu siitä, että ohjainmoduuli (mikro-ohjain / digitaalipiiri) ei pysty tuottamaan tarpeeksi virtaa I / O-nastoistaan ​​moottorin toimintaan. Joten käytämme ulkoista moduulia, kuten ULN2003- moduulia, askelmoottorin ohjaimena. Ohjainmoduuleja on monen tyyppisiä, ja yhden luokitus muuttuu käytetyn moottorin tyypin mukaan. Kaikkien ohjainmoduulien ensisijainen periaate on hankkia / upottaa riittävästi virtaa moottorin toimintaan. Sen lisäksi on myös ohjainmoduuleja, joihin logiikka on ohjelmoitu valmiiksi, mutta emme keskustele siitä täällä.

Jos olet utelias tietämään, kuinka askelmoottoria pyöritetään käyttämällä jotakin mikro-ohjainta ja ohjain-IC: tä, olemme kirjoittaneet monia artikkeleita sen toiminnasta eri mikrokontrollereilla:

• Yhdistetty askelmoottori Arduino Unon kanssa
• Liitäntäaskelmamoottori STM32F103C8: n kanssa
• Liitäntäaskelmamoottori PIC-mikrokontrollerilla
• Liitäntäaskelmamoottori MSP430G2: n kanssa
• Askelmoottori liitetään 8051-mikrokontrolleriin
• Askelmoottorin ohjaus Raspberry Pi: llä

Uskon, että sinulla on tarpeeksi tietoa projektisi edellyttämien askelmoottoreiden hallintaan. Katsotaanpa Stepper-moottoreiden etuja ja haittoja.

Stepper-moottoreiden edut

Yksi merkittävä etu askelmoottorissa on, että sillä on erinomainen asennon ohjaus ja sitä voidaan siten käyttää tarkkaan ohjaukseen. Lisäksi sillä on erittäin hyvä pitomomentti, mikä tekee siitä ihanteellisen valinnan robottisovelluksiin. Askelmoottoreilla katsotaan myös olevan pitkä käyttöikä kuin tavallisilla tasa- tai servomoottoreilla.

Askelmoottoreiden haitat

Kuten kaikilla moottoreilla, myös Stepper-moottoreilla on omat haittansa, koska se pyörii pieniä askelia pitkin, sillä ei voida saavuttaa suuria nopeuksia. Lisäksi se kuluttaa voimaa vääntömomentin pitämiseen, vaikka se olisi ihanteellinen, mikä lisää virrankulutusta.