Vad är en stegmotor: Typer och dess funktion

En stegmotor är en elektromekanisk anordning som omvandlar elektrisk kraft till mekanisk kraft. Det är också en borstlös, synkron elmotor som kan dela upp en hel rotation i ett expansivt antal steg. Motorns position kan kontrolleras exakt utan någon återkopplingsmekanism, så länge som motorn är noggrant dimensionerad för applikationen. Stegmotorer liknar kopplade motvilliga motorer. Stegmotorn använder teorin om magneter för att få motoraxeln att vrida ett exakt avstånd när en puls av elektricitet tillhandahålls. Statorn har åtta poler och rotorn har sex poler. Rotorn kräver 24 pulser med el för att flytta de 24 stegen för att göra en fullständig varv. Ett annat sätt att säga detta är att rotorn kommer att röra sig exakt 15 ° för varje elpuls som motorn får.

Konstruktion och arbetsprincip

De konstruktion av en stegmotor är ganska relaterad till en likströmsmotor . Den innehåller en permanentmagnet som Rotor som är i mitten och den kommer att vrida sig när kraft påverkar den. Denna rotor är innesluten genom ett nr. av statorn som lindas genom en magnetisk spole över den. Statorn är anordnad nära rotorn så att magnetfält i statorerna kan kontrollera rotorns rörelse.

Stegmotor

Stegmotorn kan styras genom att aktivera varje stator en efter en. Så statorn kommer att magnetisera och fungerar som en elektromagnetisk pol som använder avstötande energi på rotorn för att gå framåt. Statorns alternativa magnetisering såväl som avmagnetisering kommer att skifta rotorn gradvis och låta den vända genom stor kontroll.

De stegmotorns arbetsprincip är elektromagnetism. Den innehåller en rotor som är tillverkad med en permanentmagnet medan en stator är med elektromagneter. När tillförseln till statorn lindas kommer magnetfältet att utvecklas inuti statorn. Nu börjar rotorn i motorn att röra sig med statornas roterande magnetfält. Så detta är den grundläggande arbetsprincipen för denna motor.

Stegmotor konstruktion

I denna motor finns det ett mjukt järn som är inneslutet genom de elektromagnetiska statorerna. Statorns och rotorns stolpar beror inte på vilken typ av steg. När statorn på denna motor är aktiverad kommer rotorn att rotera för att ställa in sig själv med statorn, annars vänder den för att ha minst gap genom statorn. På detta sätt aktiveras statorerna i en serie för att rotera stegmotorn.

Körtekniker

Stegmotor körteknik s kan vara möjligt med vissa speciella kretsar på grund av deras komplexa design. Det finns flera metoder för att driva denna motor, några av dem diskuteras nedan genom att ta ett exempel på en fyrfas stegmotor.

Single Excitation Mode

Den grundläggande metoden för att driva en stegmotor är ett enda excitationsläge. Det är en gammal metod och används för närvarande inte mycket men man måste känna till denna teknik. I denna teknik utlöses varje fas annars stator bredvid varandra en efter en alternativt med en speciell krets. Detta kommer att magnetisera och avmagnetisera statorn för att flytta rotorn framåt.

Full Step Drive

I denna teknik aktiveras två statorer åt gången istället för en under en mycket kortare tidsperiod. Denna teknik resulterar i högt vridmoment och låter motorn köra hög belastning.

Half Step Drive

Denna teknik är ganska relaterad till Fullstegsdrivningen eftersom de två statorerna kommer att ordnas bredvid varandra så att den aktiveras först medan den tredje aktiveras efter det. Denna typ av cykel för att byta två statorer först och därefter kommer den tredje statorn att köra motorn. Denna teknik kommer att resultera i förbättrad upplösning av stegmotorn samtidigt som vridmomentet minskar.

Micro Stepping

Denna teknik används oftast på grund av dess noggrannhet. Den variabla stegströmmen kommer att levereras av stegmotordrivkrets mot statorspolar i form av en sinusformad vågform. Noggrannheten i varje steg kan förbättras med denna lilla stegström. Denna teknik används i stor utsträckning eftersom den ger hög noggrannhet och minskar driftsbuller i stor utsträckning.

Stegmotorkrets och dess drift

Stegmotorer fungerar annorlunda än DC borstmotorer , som roterar när spänning appliceras på deras terminaler. Stegmotorer har å andra sidan effektivt flera tandade elektromagneter anordnade runt ett centralt kugghjul. Elektromagneterna får energi från en extern styrkrets, till exempel en mikrokontroller.

Stegmotorkrets

För att få motoraxeln att vridas får först en elektromagnet kraft, vilket gör att kugghjulets tänder lockas magnetiskt till elektromagnetens tänder. Vid den punkt då kugghjulets tänder således är inriktade mot den första elektromagneten är de något förskjutna från nästa elektromagnet. Så när nästa elektromagnet slås PÅ och den första stängs AV roterar växeln något för att stämma överens med nästa och därifrån upprepas processen. Var och en av dessa små rotationer kallas ett steg, med ett heltal steg som gör en full rotation.

På så sätt kan motorn vridas med en exakt. Stegmotorn roterar inte kontinuerligt utan de roterar stegvis. Det finns 4 spolar med en 90^ellervinkel mellan varandra fixerad på statorn. Stegmotoranslutningarna bestäms av hur spolarna är sammankopplade. I en stegmotor är inte spolarna anslutna. Motorn har en 90^ellerrotationssteg där spolarna aktiveras i en cyklisk ordning och bestämmer axelns rotationsriktning.

Funktionen på denna motor visas genom att manövrera omkopplaren. Spolarna aktiveras i serie i intervaller om 1 sekund. Axeln roterar 90^ellervarje gång nästa spole aktiveras. Dess vridmoment med låg hastighet varierar direkt med strömmen.

Typer av stegmotor

Det finns tre huvudtyper av stegmotorer, de är:

• Permanent magnetsteg
• Hybrid synkron stepper
• Stepp med variabel motvilja

Stegmotor för permanentmagnet

Permanenta magnetmotorer använder en permanentmagnet (PM) i rotorn och arbetar på attraktionen eller avstötningen mellan rotorn PM och statorelektromagneterna.

Detta är den vanligaste typen av stegmotor jämfört med olika typer av stegmotorer som finns på marknaden. Denna motor inkluderar permanentmagneter i motorns konstruktion. Denna typ av motor är också känd som tenn-kan / kan-stackmotor. Den största fördelen med denna stegmotor är lägre tillverkningskostnad. För varje revolution har den 48-24 steg.

Stegmotor med variabel motstånd

Variabla motståndsmotorer (VR) har en vanlig järnrotor och fungerar utifrån principen att minsta motstånd uppstår med minsta mellanrum, varför rotorpunkterna dras mot statormagnetpolerna.

Stegmotorn som variabel motstånd är den grundläggande typen av motor och har använts under de senaste många åren. Som namnet antyder beror rotorns vinkelläge huvudsakligen på magnetkretsens motstånd som kan bildas mellan statortänderna och en rotor.

Hybrid synkron stegmotor

Hybrida stegmotorer namnges för att de använder en kombination av permanentmagnet (PM) och variabel reluktans (VR) för att uppnå maximal effekt i små förpackningsstorlekar.

Den mest populära typen av motor är hybrid stegmotor eftersom det ger bra prestanda jämfört med en permanentmagnetrotor när det gäller hastighet, stegupplösning och hållmoment. Men den här typen av stegmotor är dyr jämfört med stegmotorer med permanentmagnet. Denna motor kombinerar funktionerna hos både permanentmagneten och stegmotorer med variabel reluktans. Dessa motorer används där mindre stegvinkel krävs som 1,5, 1,8 och 2,5 grader.

Hur man väljer en stegmotor?

Innan du väljer en stegmotor för ditt behov är det mycket viktigt att undersöka motorns vridmomenthastighetskurva. Så informationen är tillgänglig från motordesignern och det är en grafisk symbol för motorns vridmoment vid en specificerad hastighet. Motorns vridmoment-hastighetskurva bör matcha noggrant applikationens nödvändigheter, annars kan den förväntade systemprestandan inte uppnås.

Typer av ledningar

Stegmotorerna är i allmänhet tvåfasmotorer som unipolära annars bipolära. För varje fas i en unipolär motor finns två lindningar. Här är mittuttaget en vanlig ledning mellan två lindningar mot en stolpe. Den enpoliga motorn har 5 till 8 ledningar.

I konstruktionen, där det gemensamma av två poler är uppdelat oavsett hur man centrerar, har denna stegmotor sex ledningar. Om de tvåpoliga mittkranarna är korta inuti, har denna motor fem ledningar. Unipolär med 8 ledningar underlättar både serie- och parallellanslutning medan motorn med fem ledare eller sex ledningar har statorspolens seriekoppling. Driften av den unipolära motorn kan förenklas eftersom det inte finns något krav på att vända strömmen i drivkretsen, som kallas bifilarmotorer, under drift.

I en bipolär stegmotor finns det en enda lindning för varje pol. Leveransriktningen måste förändras genom drivkretsen så att den blir komplex så dessa motorer kallas unifilar-motorer.

Stegmotorstyrning med varierande klockpulser

Stegmotorstyrning krets är en enkel och billig krets som främst används i applikationer med låg effekt. Kretsen visas i figuren, som består av 555 timers IC som en stabil multivibrator. Frekvensen beräknas med hjälp av det givna förhållandet.

Frekvens = 1 / T = 1,45 / (RA + 2RB) C där RA = RB = R2 = R3 = 4,7 kilo-ohm och C = C2 = 100 µF.

Stegmotorstyrning med varierande klockpulser

Utgången från timern används som en klocka för två 7474 dubbla 'D' flip-flops (U4 och U3) konfigurerade som en ringräknare. När strömmen initialt slås på är endast den första vippan inställd (dvs Q-utgången vid stift 5 i U3 kommer att vara vid logik '1') och de andra tre vipporna återställs (dvs utgången från Q är vid logik 0). Vid mottagning av en klockpuls flyttas den första flip-flopens logiska '1' -utgång till den andra flip-flop (stift 9 i U3).

Således fortsätter logik 1-utgången att cirkulera med varje klockpuls. Q-utgångar för alla de fyra flip-flopsna förstärks av Darling-ton-transistorarrayer inuti ULN2003 (U2) och kopplas till stegmotorns lindningar orange, brun, gul, svart till 16, 15,14, 13 av ULN2003 och den röda till + har leverans.

Den gemensamma punkten för lindningen är ansluten till + 12V DC-matningen, som också är ansluten till stift 9 på ULN2003. Färgkoden som används för lindningarna kan variera från fabrikat till fabrikat. När strömmen slås på, blir styrsignalen ansluten till SET-stiftet på den första vippan och CLR-stiften på de andra tre vipporna aktiva 'lågt' (på grund av den återstartande krets som bildas av R1 -C1-kombination) för att ställa in den första vippan och återställa de återstående tre vipporna.

Vid återställning blir Q1 i IC3 'hög' medan alla andra Q-utgångar blir 'låga'. En extern återställning kan aktiveras genom att trycka på återställningsknappen. Genom att trycka på återställningsknappen kan du stoppa stegmotorn. Motorn börjar åter rotera i samma riktning genom att släppa på återställningsomkopplaren.

Skillnad mellan stegmotor och servomotor

Servomotorer är lämpliga för applikationer med högt vridmoment och hastighet medan stegmotorn är billigare så att de används där högt vridmoment, acceleration med låg till medium, öppen annars i övrigt sluten slinga krävs. Skillnaden mellan stegmotor och servomotor inkluderar följande.

Stepper Motor vs DC Motor

Både steg- och likströmsmotorer används i olika industriella applikationer men de största skillnaderna mellan dessa två motorer är lite förvirrande. Här listar vi några vanliga egenskaper mellan dessa två mönster. Varje egenskap diskuteras nedan.

Stegmotorns parametrar

Stegmotorparametrarna innefattar främst stegvinkel, steg för varje varv, steg för varje sekund och varvtal.

Stegvinkel

Stegmotorens stegvinkel kan definieras som vinkeln vid vilken motorns rotor vrider sig när en enda puls ges till stators ingång. Motorns upplösning kan definieras som antalet steg i motorn och rotorns varvtal.

Upplösning = antal steg / antal rotorer

Motorns arrangemang kan bestämmas genom stegvinkeln och det uttrycks inom grader. Upplösningen för en motor (stegnumret) är nej. av steg som gör inom en enda rotation av rotorn. När motorns stegvinkel är liten är upplösningen hög för arrangemanget av denna motor.

Exaktheten av objektens arrangemang genom denna motor beror främst på upplösningen. När upplösningen är hög kommer noggrannheten att vara låg.

Vissa noggrannhetsmotorer kan skapa 1000 steg inom en och samma varv inklusive 0,36 graders stegvinkel. En typisk motor inkluderar 1,8 grader stegvinkel med 200 steg för varje varv. De olika stegvinklarna som 15 grader, 45 grader och 90 grader är mycket vanliga i normala motorer. Antalet vinklar kan ändras från två till sex och en liten stegvinkel kan uppnås genom slitsade poldelar.

Steg för varje revolution

Stegen för varje upplösning kan definieras som antalet stegvinklar som krävs för en total varv. Formeln för detta är 360 ° / stegvinkel.

Steg för varje sekund

Denna typ av parameter används huvudsakligen för att mäta antalet steg som täcks inom varje sekund.

Revolution per minut

Varvtalet är revolutionen per minut. Den används för att mäta revolutionens frekvens. Så genom att använda denna parameter kan vi beräkna antalet varv på en minut. Huvudförhållandet mellan stegmotorns parametrar är som följande.

Steg för varje sekund = Revolution per minut x Steg per revolution / 60

Stegmotorgränssnitt med 8051 mikrokontroller

Stegmotorgränssnitt med 8051 är mycket enkelt genom att använda tre lägen som vågdrift, fullstegsdrift och halvstegsdrift genom att ge 0 & 1 till motorns fyra ledningar baserat på vilket drivläge vi måste välja för att köra denna motor.

De återstående två ledningarna måste kopplas till en spänningsförsörjning. Här används den enpoliga stegmotorn där de fyra ändarna av spolarna är anslutna till de fyra primära stiften på port-2 i mikrokontrollern med ULN2003A.

Denna mikrokontroller levererar inte tillräcklig ström för att driva spolarna så den nuvarande drivrutinen IC gillar ULN2003A. ULN2003A måste användas och det är samlingen av 7- par NPN Darlington-transistorer. Utformningen av Darlington-paret kan göras genom två bipolära transistorer som är anslutna för att uppnå maximal strömförstärkning.

I ULN2003A-drivrutin IC är ingångsstift 7, utgångar 7, där två stift är för strömförsörjning och jordanslutningar. Här används 4-ingångar och 4-utgångar. Som ett alternativ till ULN2003A används L293D IC också för förstärkning av ström.

Du måste observera två vanliga ledningar och fyra spoltrådar mycket noggrant, annars trampar inte stegmotorn. Detta kan observeras genom att mäta motståndet genom en multimeter men multimetern visar inga avläsningar mellan de två faserna i ledningarna. När den gemensamma ledningen och de andra två ledningarna är i samma fas måste den visa ett liknande motstånd medan de två spolernas slutpunkter i samma fas visar dubbelt motstånd jämfört med motstånd mellan gemensam punkt och en slutpunkt.

Felsökning

• Felsökning är processen för att kontrollera motorstatus om motorn fungerar eller inte. Följande checklista används för att felsöka stegmotorn.
• Kontrollera först anslutningarna samt kretsens kod.
• Om det är ok, kontrollera sedan att motorn får rätt spänningsförsörjning, annars vibrerar den helt enkelt men roterar inte.
• Om spänningsförsörjningen är bra kontrollerar du ändpunkterna för de fyra spolarna som är allierade med ULN2003A IC.
• Upptäck först de två allmänna slutpunkterna och fixa dem till 12V-försörjning, efter det fixera de återstående fyra ledningarna till IC ULN2003A. Testa alla möjliga kombinationer tills stegmotorn startar. Om anslutningen till detta inte är korrekt kommer denna motor att vibrera istället för att rotera.

Kan stegmotorer köra kontinuerligt?

Generellt går alla motorer kontinuerligt eller roterar men de flesta av motorerna kan inte stanna medan de är under ström. När du försöker begränsa axeln på en motor när den är under strömförsörjning kommer den att brinna eller gå sönder.

Alternativt är stegmotorer utformade för att göra ett diskret steg, vänta sedan steg igen och stanna där. Om vi ​​vill få motorn att stanna på ett enda ställe i kortare tid innan vi går igen så ser det ut att rotera kontinuerligt. Dessa motorers energiförbrukning är hög men effektförlusten sker huvudsakligen när motorn har stoppats eller designats dåligt då det finns en risk för överhettning. Av denna anledning minskar motorns strömförsörjning ofta när motorn har hållit i en längre tid.

Den främsta anledningen är att när motorn roterar kan dess ingående elektriska effektdel ändras till mekanisk effekt. När motorn stannar medan den roterar kan all ingångseffekt ändras till värme på insidan av spolen.

Fördelar

De fördelar med stegmotor inkluderar följande.

• Robusthet
• Enkel konstruktion
• Kan arbeta i ett öppet kontrollsystem
• Underhållet är lågt
• Det fungerar i alla situationer
• Pålitligheten är hög
• Motorns rotationsvinkel är proportionell mot ingångspulsen.
• Motorn har fullt vridmoment vid stillastående.
• Exakt positionering och repeterbarhet av rörelse eftersom bra stegmotorer har en noggrannhet på 3-5% av ett steg och detta fel är icke-kumulativt från ett steg till ett annat.
• Utmärkt svar på start, stopp och backning.
• Mycket pålitlig eftersom det inte finns några kontaktborstar i motorn. Därför beror motorns livslängd helt enkelt på lagrets livslängd.
• Motorns svar på digitala ingångspulser ger öppen slingstyrning, vilket gör motorn enklare och billigare att styra.
• Det är möjligt att uppnå synkron rotation med mycket låg hastighet med en last som är direkt kopplad till axeln.
• Ett stort antal rotationshastigheter kan realiseras eftersom hastigheten är proportionell mot frekvensen för ingångspulserna.

Nackdelar

De nackdelar med stegmotor inkluderar följande.

• Effektiviteten är låg
• Motorns vridmoment minskar snabbt med hastighet
• Noggrannheten är låg
• Feedback används inte för att specificera potentiella missade steg
• Litet vridmoment mot tröghetsförhållande
• Extremt bullriga
• Om motorn inte styrs ordentligt kan resonanser uppstå
• Manövrering av denna motor är inte lätt vid mycket höga hastigheter.
• Den särskilda styrkretsen är nödvändig
• Jämfört med likströmsmotorer använder den mer ström

Applikationer

De tillämpningar av stegmotor inkluderar följande.

1. Industriella maskiner - Stegmotorer används i fordonsmätare och automatiserad produktionsutrustning för verktygsmaskiner.
2. säkerhet - Nya övervakningsprodukter för säkerhetsindustrin.
3. Medicinsk Stegmotorer används i medicinska skannrar, provtagare, och finns också i digital tandfotografering, vätskepumpar, andningsskydd och blodanalysmaskiner.
4. Hemelektronik - Stegmotorer i kameror för automatisk digital kamerafokus och zoomfunktioner.

Och har också applikationer för affärsmaskiner, applikationer för kringutrustning till datorer.

Således handlar det här om en översikt över stegmotorn som konstruktion, arbetsprincip, skillnader, fördelar, nackdelar och dess tillämpningar. Nu har du fått en uppfattning om vilka typer av supermotorer och deras applikationer om du har frågor om detta ämne eller det elektriska och elektroniska projekt lämna kommentarerna nedan.

Fotokredit

• Stepper Motor av MST