Ano ang stepper motor at kung paano ito gumagana

Mula sa isang simpleng DVD player o printer sa iyong bahay hanggang sa isang sopistikadong CNC machine o Robotic Arm, ang mga Stepper motor ay matatagpuan halos saanman. Ang kakayahang gumawa ng tumpak na paggalaw ng elektronikong ito ay gumawa ng mga motor na ito na makahanap ng application sa maraming felids tulad ng surveillance camera, Hard disk, CNC machine, 3D Printers, Robotics, Assembly robots, Laser cutter at marami pa. Sa artikulong ito ipaalam sa amin malaman kung ano ang espesyal sa mga motor na ito at ang teorya sa likod nito. Malalaman namin kung paano gumamit ng isa para sa iyo application.

Panimula sa Stepper Motors

Tulad ng lahat ng mga motor ang mga stepper motor ay mayroon ding stator at isang rotor, ngunit hindi katulad ng isang normal na DC motor ang stator ay binubuo ng mga indibidwal na hanay ng mga coil. Ang bilang ng mga coil ay magkakaiba batay sa uri ng stepper motor, ngunit sa ngayon ay nauunawaan lamang na sa isang stepper motor ang rotor ay binubuo ng mga metal poste at ang bawat poste ay maaakit ng isang hanay ng coil sa stator. Ang diagram sa ibaba ay nagpapakita ng isang stepper motor na may 8 stator poste at 6 rotor poste.

Kung titingnan mo ang mga coil sa stator, nakaayos ang mga ito sa mga tuntunin ng mga pares ng coil, tulad ng A at A na "bumubuo ng isang pares B at B 'na bumubuo ng isang pares at iba pa. Kaya't ang bawat isa sa pares ng coil na ito ay bumubuo ng isang electromagnet at maaari silang palakasin nang paisa-isa gamit ang isang circuitry ng driver. Kapag ang isang coil ay napasigla ito ay gumaganap bilang isang magnet at ang poste ng rotor ay nakahanay dito, kapag ang rotor ay umiikot upang ayusin ang sarili upang makahanay sa stator ito ay tinatawag na isang hakbang. Katulad nito sa pamamagitan ng pag-energize ng mga coil sa isang pagkakasunud-sunod maaari nating paikutin ang motor sa maliliit na hakbang upang makagawa ng isang kumpletong pag-ikot.

Mga uri ng stepper motor

Higit sa lahat mayroong tatlong uri ng mga stepper motor batay sa konstruksyon, na kung saan ay:

Variable stepper motor na stepper: Mayroon silang iron core rotor na naaakit sa mga poste ng poste at nagbibigay ng paggalaw sa pamamagitan ng minimum na pag-aatubili sa pagitan ng stator at rotor.
Permanenteng magnetikong stepper motor: Mayroon silang permanenteng magnet rotor at sila ay itinaboy o naaakit patungo sa stator ayon sa inilapat na pulso.
Hybrid kasabay na stepper motor: Ang mga ito ay kumbinasyon ng Variable na pag-aatubili at permanenteng magnet stepper motor.

Maliban dito maaari din nating maiuri ang mga stepper motor bilang Unipolar at Bipolar batay sa uri ng paikot-ikot na stator.

Bipolar Stepper Motor: Ang mga stator coil sa ganitong uri ng motor ay hindi magkakaroon ng isang karaniwang kawad. Ang pagmamaneho ng ganitong uri ng stepper motor ay magkakaiba at kumplikado at pati na rin ang circuit ng pagmamaneho ay hindi madaling madisenyo nang walang microcontroller.
Unipolar Stepper Motor: Sa ganitong uri ng stepper motor maaari naming makuha ang gitnang pag-tap ng parehong phase winding para sa isang karaniwang lupa o para sa isang karaniwang lakas tulad ng ipinakita sa ibaba. Ginagawa nitong madali upang himukin ang mga motor, maraming uri sa Unipolar stepper motor din

Okay, kaya hindi tulad ng isang normal na DC motor ang isang ito ay may limang mga wire ng lahat ng mga magagarang kulay na lumalabas dito at bakit ganito? Upang maunawaan ito dapat muna nating malaman kung paano ang isang stepper na tinalakay na natin. Una sa lahat ang mga steppers motor ay hindi paikutin, lumalakad sila at kilala rin sila bilang step motor. Ibig sabihin, isang hakbang lang ang galaw nila. Ang mga motor na ito ay mayroong isang pagkakasunud-sunod ng mga coil na naroroon sa kanila at ang mga coil na ito ay kailangang palakasin sa isang partikular na paraan upang paikutin ang motor. Kapag ang bawat likaw ay pinalakas ang motor ay tumatagal ng isang hakbang at ang isang pagkakasunud-sunod ng energization ay gagawa ng motor na tuloy-tuloy na mga hakbang, kaya't paikutin ito. Tingnan natin ang mga coil na naroroon sa loob ng motor upang malaman ang eksaktong alam mula sa kung saan nagmula ang mga wires na ito.

Tulad ng nakikita mo ang motor ay may unipolar 5-lead coil pag-aayos. Mayroong apat na mga coil na kailangang palakasin sa isang partikular na pagkakasunud-sunod. Ang mga Red wires ay bibigyan ng + 5V at ang natitirang apat na wires ay hilahin sa lupa para sa pag-trigger ng kani-kanilang coil. Gumagamit kami ng anumang microcontroller upang pasiglahin ang mga coil na ito sa isang partikular na pagkakasunud-sunod at gawin ang motor na kinakailangang bilang ng mga hakbang. Muli maraming mga pagkakasunud-sunod na maaari mong gamitin, karaniwang ginagamit ang isang 4 na hakbang at para sa mas tumpak na kontrol ay maaari ding magamit ang isang 8-step na kontrol. Ang talahanayan ng pagkakasunud-sunod para sa 4-step control ay ipinapakita sa ibaba.

Hakbang

Ang Coil Energized

Hakbang 1

A at B

Hakbang 2

B at C

Hakbang 3

C at D

Hakbang 4

D at A

Kaya ngayon, bakit tinawag itong motor na ito na 28-BYJ48 ? Grabe !!! Hindi ko alam Walang teknikal na dahilan para sa motor na ito para sa pagngangalang ganoon; marahil hindi tayo dapat sumisid dito. Tingnan natin ang ilang mahahalagang teknikal na data na nakuha mula sa datasheet ng motor na ito sa larawan sa ibaba.

Iyon ay isang punong puno ng impormasyon, ngunit kailangan nating tingnan ang ilang mahahalagang malaman upang malaman kung anong uri ng stepper ang ginagamit namin upang maisagawa namin ito ng programa nang mahusay. Una alam namin na ito ay isang 5V Stepper motor dahil pinapag-energize namin ang Red wire na may 5V. Pagkatapos, alam din natin na ito ay isang apat na phase stepper motor dahil mayroon itong apat na coil dito. Ngayon, ang ratio ng gear ay ibinibigay na 1:64. Nangangahulugan ito na ang baras na nakikita mo sa labas ay gagawa lamang ng isang kumpletong pag-ikot kung ang motor sa loob ay umiikot ng 64 beses. Ito ay dahil sa mga gears na konektado sa pagitan ng motor at output shaft, ang mga gears na ito ay tumutulong sa pagtaas ng metalikang kuwintas.

Ang isa pang mahalagang data na mapapansin ay ang Stride Angle: 5.625 ° / 64. Nangangahulugan ito na ang motor kapag nagpapatakbo sa pagkakasunud-sunod ng 8-hakbang ay lilipat ng 5.625 degree para sa bawat hakbang at kukuha ng 64 na hakbang (5.625 * 64 = 360) upang makumpleto ang isang buong pag-ikot.

Kinakalkula ang Mga Hakbang bawat Rebolusyon para sa Stepper Motor

Mahalagang malaman kung paano makalkula ang mga hakbang sa bawat Rebolusyon para sa iyong stepper motor sapagkat doon mo lamang ito mapaprograpi / maitutulak ito nang mabisa.

Hinahayaan nating ipapatakbo natin ang motor sa 4 na hakbang na pagkakasunud-sunod kaya ang angulo ng hakbang ay 11.25 ° dahil ito ay 5.625 ° (ibinigay sa datasheet) para sa 8 hakbang na pagkakasunud-sunod, ito ay magiging 11.25 ° (5.625 * 2 = 11.25).

Mga hakbang sa bawat rebolusyon = 360 / anggulo ng hakbang Dito, 360 / 11.25 = 32 mga hakbang sa bawat rebolusyon.

Bakit kailangan ng mga module ng Driver para sa Stepper Motors?

Karamihan sa mga stepper motor ay gagana lamang sa tulong ng isang module ng driver. Ito ay dahil ang module ng magsusupil (Microcontroller / Digital circuit) ay hindi makakapagbigay ng sapat na kasalukuyang mula sa mga I / O na pin para gumana ang motor. Sa gayon gagamitin namin ang isang panlabas na module tulad ng ULN2003 module bilang stepper motor driver. Mayroong maraming uri ng module ng driver at ang rating ng isa ay magbabago batay sa uri ng motor na ginamit. Ang pangunahing prinsipyo para sa lahat ng mga module ng pagmamaneho ay ang pagmulan / paglubog ng sapat na kasalukuyang para gumana ang motor. Maliban doon mayroon ding mga module ng driver na mayroong pre-program na lohika dito, ngunit hindi namin tatalakayin dito.

Kung gusto mong malaman kung paano paikutin ang isang stepper motor na gumagamit ng ilang microcontroller at driver IC, kung gayon sinasaklaw namin ang maraming mga artikulo sa pagpapatakbo nito sa iba't ibang mga microcontroller:

Ang Interfacing Stepper Motor na may Arduino Uno
Ang Interfacing Stepper Motor na may STM32F103C8
Pag-interfacing ng Stepper Motor na may PIC Microcontroller
Pag-interfacing ng Stepper Motor na may MSP430G2
Ang Stepper Motor Interfacing na may 8051 Microcontroller
Control ng Stepper Motor na may Raspberry Pi

Ngayon naniniwala akong mayroon kang sapat na impormasyon upang makontrol ang anumang stepper motor na kailangan mo para sa iyong proyekto. Tingnan natin ang kalamangan at kawalan ng mga motor ng Stepper.

Mga kalamangan ng Stepper motors

Ang isang pangunahing bentahe ng stepper motor ay mayroon itong mahusay na kontrol sa posisyon at samakatuwid ay maaaring gamitin para sa tumpak na application ng kontrol. Gayundin mayroon itong napakahusay na hawak na metalikang kuwintas na ginagawang perpektong pagpipilian para sa mga robotic application. Ang mga stepper motor ay isinasaalang-alang din na mayroong mataas na oras ng buhay kaysa sa normal na DC o servo motor.

Mga Disadvantages ng Stepper Motors

Tulad ng lahat ng mga motor na Stepper Motors ay mayroon ding sariling mga dehado, dahil umiikot ito sa pamamagitan ng paggawa ng maliliit na hakbang hindi ito makakamit ng mataas na bilis. Gayundin kumokonsumo ito ng lakas para sa paghawak ng metalikang kuwintas kahit na ito ay mainam sa gayon pagtaas ng pagkonsumo ng kuryente.