Hur Stepper Motors fungerar

I det här inlägget ska vi lära oss mer om stegmotor. Vi kommer att utforska vad stegmotor är, dess grundläggande arbetsmekanism, typer av stegmotor, steglägen och slutligen dess fördelar och nackdelar.

Vad är stegmotor?

Stegmotor är borstlös motor, dess roterande axel (rotor) fullbordar en rotation med ett bestämt antal steg. På grund av den stegvisa rotationsnaturen får den sitt namn som stegmotor.

Stegmotor ger exakt kontroll över rotationsvinkel och hastighet. Det är en design med öppen slinga, vilket innebär att ingen återkopplingsmekanism är implementerad för att spåra rotationen.

Det kan variera sin hastighet, ändra rotationsriktning och låsa i en position direkt. Antalet steg bestäms av antalet tänder som finns i rotorn. Till exempel: om en stegmotor består av 200 tänder,

360 (grad) / 200 (antal tänder) = 1,8 grader

Så varje steg blir 1,8 grader. Stegmotorer styrs av mikrokontroller och förarkrets. Det används ofta i laserskrivare, 3D-skrivare, optiska enheter, robotik etc.

Grundläggande arbetsmekanism:

En stegmotor kan bestå av flera antal poler lindade med isolerad koppartråd som kallas stator eller icke rörlig del av motorn. Den rörliga delen av motorn kallas som rotor, som består av flera antal tänder.

När en pol är aktiverad kommer de närmaste tänderna att anpassas till den aktiverade polen och den andra tanden på rotorn kommer att förskjutas något eller inte i linje med andra icke-aktiverade stolpar.

Nästa pol kommer att få energi och den tidigare polen kommer att bli strömlös, nu kommer de oinriktade polerna att anpassas till den nuvarande energipolen, detta gör ett enda steg.

Nästa pol får energi och föregående pol blir avaktiverad, detta gör ytterligare ett steg och denna cykel fortsätter flera gånger för att göra en full rotation.

Här är ett annat mycket enkelt exempel på hur stegmotor fungerar:

Generellt är rotortänderna magneter arrangerade alternerande nord- och sydpoligt. Precis som poler stöter bort och till skillnad från polattraktion aktiveras nu polslindning 'A' och antar energipol som nordpol och rotor som sydpol, detta lockar rotor sydpol mot pol 'A' -stator som visas i bilden.

Nu är pol A frånkopplad och pol 'B' är aktiverad, nu kommer rotorns södra pol att stämma överens med pol 'B'. Liknande pol 'C' och pol 'D' kommer att aktivera och avaktivera på samma sätt för att slutföra en rotation.

Nu skulle du förstå hur en stegmotor fungerar mekanism.

Stegmotortyper:

Det finns tre typer av stegmotor:

• Permanent magnetsteg
• Variabel motvillig steg
• Hybrid synkron steg

Permanent magnetsteg:

Stegmotorer med permanentmagnet använder permanentmagnetkuggar i rotorn som är ordnade på växelvis pol (Nord-Syd-Nord-Syd ...), vilket ger större vridmoment.

Variabel motvillig trappsteg:

Variabel motvillig stepper använder mjukt järnmaterial som rotor med flera antal tänder och fungerar baserat på principen att minsta motvilliga uppstår vid minsta mellanrum, vilket innebär att närmaste rotorns tänder lockas mot polen när den får energi, som att en metall blir lockande mot en magnet.

Hybrid synkron stepper:

I hybrid stegmotor kombineras både ovan nämnda metod för att få maximalt vridmoment. Detta är den vanligaste typen av stegmotor och också dyrbar metod.
Steglägen:

Det finns 3 typer av steglägen

• Fullt stegningsläge
• Halvstegsläge
• Micro step-läge

Full Stepping-läge:

I fullstegsläge kan förstås av följande exempel: om en stegmotor har 200 tänder så är ett helt steg 1,8 grader (vilket ges i början av artikeln) kommer det inte att rotera mindre eller mer än 1,8 grader.

Hela steget klassificeras ytterligare i två typer:

• Enfasläge
• Tvåfasläge

I båda faslägena tar rotorn ett helt steg, den grundläggande skillnaden mellan dessa två är, enkelläge ger mindre vridmoment och tvåfasläge ger mer vridmoment.

• Enfasläge:

I enfasläge aktiveras endast en fas (en grupp lindning / pol) vid en given tidpunkt, det är den minst energiförbrukande metoden men det ger också mindre vridmoment.

• Tvåfasläge:

I tvåfasläge aktiveras tvåfas (två grupp av lindning / pol) vid en given tidpunkt, det ger mer vridmoment (30% till 40%) i enfasläget.

Halvstegsläge:

Halvtrappningsläget görs för att dubbla motorns upplösning. I halvsteg som namnet antyder tar det hälften av det hela steget, istället för hela 1,8 grader, tar halvsteget 0,9 grader.
Halvsteg uppnås genom att ändra enfasläge och dubbelfasläge alternativt. Det minskar belastningen på mekaniska delar och ökar jämnheten i rotation. Halvsteg minskar vridmomentet med cirka 15%. Men vridmomentet kan ökas genom att öka strömmen som appliceras på motorn.

Micro stegning:

Mikrostegning görs för den smidigaste rotationen. Ett helt steg delas upp till 256 steg. För mikrostegning behöver den en speciell mikrostegsregulator. Vridmomentet härleds med cirka 30%.

Förarna måste mata in sinusformad våg för att rotera vätskan. Förarna ger två sinusformade ingångar med 90 graders utfasning.

Det ger bästa kontroll över rotation och minskar mekanisk spänning avsevärt och minskar driftsbruset.

De största fördelarna och nackdelarna med stegmotor kan läras med följande punkter:

Fördelar:

• Bästa kontroll över vinkelrotation.
• Högt vridmoment vid låg hastighet.
• Omedelbar förändring i rotationsriktning.
• Minimal mekanisk konstruktion.

Nackdelar:

• Kraft förbrukas även under ingen rotation vilket görs för att låsa rotorn till fast läge.
• Det finns ingen återkopplingsmekanism för att korrigera mot rotationsfel och spåra aktuell position.
• Det behöver komplicerad förarkrets.
• Momentet reduceras vid högre hastighet.
• Det är inte lätt att styra motorn vid högre hastighet.