Hoe stappenmotoren werken

In deze post gaan we leren over stappenmotor. We zullen onderzoeken wat stappenmotor is, het fundamentele werkingsmechanisme, soorten stappenmotoren, stapmodi en ten slotte de voor- en nadelen ervan.

Wat is een stappenmotor?

Stappenmotor is een borstelloze motor waarvan de roterende as (rotor) één omwenteling voltooit met een bepaald aantal stappen. Vanwege de getrapte aard van de rotatie krijgt het zijn naam als stappenmotor.

Stappenmotor biedt nauwkeurige controle over draaihoek en snelheid. Het is een open-loop-ontwerp, wat betekent dat er geen feedbackmechanisme is geïmplementeerd om de rotatie te volgen.

Het kan zijn snelheid variëren, de draairichting veranderen en onmiddellijk in één positie vergrendelen. Het aantal stappen wordt bepaald door het aantal tanden in de rotor. Bijvoorbeeld: als een stappenmotor uit 200 tanden bestaat,

360 (graden) / 200 (aantal tanden) = 1,8 graden

Dus elke stap is 1,8 graden. Stappenmotoren worden bestuurd door microcontrollers en een stuurcircuit. Het wordt veel gebruikt in laserprinters, 3D-printers, optische stations, robotica enz.

Fundamenteel werkingsmechanisme:

Een stappenmotor kan bestaan ​​uit een aantal polen die zijn gewikkeld met geïsoleerde koperdraad, de zogenaamde stator of een niet-bewegend deel van de motor. Het bewegende deel van de motor wordt rotor genoemd, die uit verschillende aantallen tanden bestaat.

Wanneer een pool wordt bekrachtigd, worden de dichtstbijzijnde tanden uitgelijnd met die bekrachtigde pool en zal de andere tand op de rotor enigszins afwijken of niet uitgelijnd zijn met andere niet-bekrachtigde polen.

De volgende paal wordt bekrachtigd en de vorige paal wordt gedeactiveerd, nu worden de niet-uitgelijnde polen uitgelijnd met de momenteel bekrachtigde paal, dit is een enkele stap.

De volgende paal wordt bekrachtigd en de vorige paal wordt ontkrachtigd, dit maakt nog een stap en deze cyclus gaat verschillende keren door om een ​​volledige rotatie te maken.

Hier is nog een heel eenvoudig voorbeeld van hoe de stappenmotor werkt:

Over het algemeen zijn de rotortanden magneten die afwisselend op de noordpool en op de zuidpool zijn gerangschikt. Zoals polen afstoten en in tegenstelling tot pool aantrekken, wordt nu paalwikkeling ‘A’ bekrachtigd en neemt de geactiveerde pool aan als noordpool en rotor als zuidpool, dit trekt de zuidpool van de rotor aan naar de pool ‘A’ stator, zoals weergegeven in de afbeelding.

Nu is pool A spanningsloos en wordt pool ‘B’ geactiveerd, nu zal de zuidpool van de rotor uitlijnen met pool ‘B’. Soortgelijke pool ‘C’ en pool ‘D’ zullen op dezelfde manier bekrachtigd en gedeactiveerd worden om één rotatie te voltooien.

Inmiddels zou je begrijpen hoe een stappenmotor werkt.

Soorten stappenmotor:

Er zijn drie soorten stappenmotoren:

• Permanente magneetstepper
• Variabele onwillige stepper
• Hybride synchrone stepper

Permanente magneetstepper:

Permanentmagneetstappenmotoren gebruiken permanentmagneet tanden in de rotor die afwisselend poolmanier zijn opgesteld (Noord-Zuid-Noord-Zuid ……), dit zorgt voor een groter koppel.

Variabele onwillige stepper:

Variabele onwillige stepper gebruikt zacht ijzermateriaal als rotor met een aantal tanden en werkt volgens het principe dat minimale terughoudendheid optreedt bij een minimale opening, wat betekent dat de dichtstbijzijnde tanden van de rotor worden aangetrokken naar de paal wanneer deze wordt geactiveerd, zoals een metaal wordt aangetrokken richting een magneet.

Hybride synchrone stepper:

In een hybride stappenmotor worden beide bovengenoemde methoden gecombineerd om een ​​maximaal koppel te krijgen. Dit is het meest voorkomende type stappenmotor en ook een dure methode.
Stapmodi:

Er zijn 3 soorten stepping-modi

• Volledige stepping-modus
• Half-stepping-modus
• Micro stepping-modus

Volledige stepping-modus:

In de modus voor volledige stappen kan het volgende voorbeeld worden uitgelegd: als een stappenmotor 200 tanden heeft, is één volledige stap 1,8 graden (die aan het begin van het artikel wordt gegeven), hij zal niet minder of meer dan 1,8 graden draaien.

Volledige stap is verder onderverdeeld in twee typen:

• Eenfasige modus
• Tweefasige modus

In zowel de fasemodus neemt de rotor een volledige stap, het fundamentele verschil tussen deze twee is, de enkele modus geeft minder koppel en de tweefasemodus geeft meer koppel.

• Eenfase-modus:

In enkelfasige modus wordt slechts één fase (een groep wikkelingen / palen) tegelijk bekrachtigd, dit is de methode die het minst energie verbruikt, maar geeft ook minder koppel.

• Tweefasige modus:

In tweefasemodus wordt tweefasig (twee groepen wikkelingen / pool) op een bepaald moment bekrachtigd en produceert het meer koppel (30% tot 40%) in de enkelfasige modus.

Halve stepping-modus:

Halve stepping-modus wordt gedaan voor een dubbele resolutie van de motor. In een halve stap, zoals de naam suggereert, duurt het de helft van de ene volledige stap, in plaats van de volledige 1,8 graden duurt de halve stap 0,9 graden.
Een halve stap wordt bereikt door afwisselend de enkelfasige modus en de dubbele fase-modus te wijzigen. Het vermindert de spanning op mechanische onderdelen en verhoogt de soepelheid bij het draaien. Halve stap vermindert het koppel met ongeveer 15%. Maar het koppel kan worden verhoogd door de stroom die op de motor wordt toegepast te verhogen.

Micro stepping:

Micro stepping wordt gedaan voor de meest vloeiende rotatie. Een volledige stap is verdeeld over 256 stappen. Voor micro stepping is een speciale microstep controller nodig. Zijn koppel wordt met ongeveer 30% verminderd.

De stuurprogramma's moeten een sinusvormige golf invoeren voor vloeiende rotatie. De drivers geven twee sinusvormige ingangen met een uitfasering van 90 graden.

Het geeft de beste controle over de rotatie en vermindert de mechanische belasting aanzienlijk en vermindert het operationele geluid.

De belangrijkste voor- en nadelen van stappenmotor kunnen worden geleerd met de volgende punten:

Voordelen:

• Beste controle over hoekrotatie.
• Hoog koppel bij lage snelheid.
• Onmiddellijke verandering in draairichting.
• Minimale mechanische constructie.

Nadelen:

• Er wordt stroom verbruikt, zelfs als er geen rotatie is, dit wordt gedaan om de rotor in een vaste positie te vergrendelen.
• Er is geen feedbackmechanisme om rotatiefouten te corrigeren en de huidige positie te volgen.
• Het heeft een gecompliceerd stuurcircuit nodig.
• Koppel wordt verminderd bij hogere snelheid.
• Het is niet eenvoudig om de motor op hogere snelheid te besturen.