Bagaimana Motor Stepper Berfungsi

Dalam posting ini kita akan belajar mengenai motor stepper. Kami akan meneroka apa itu motor stepper, mekanisme kerja asasnya, jenis motor stepper, mod stepping, dan terakhir kelebihan dan kekurangannya.

Apakah motor stepper?

Motor stepper adalah motor tanpa berus, poros berputarnya (rotor) menyelesaikan satu putaran dengan bilangan langkah yang ditentukan. Kerana sifat putaran yang melangkah, ia dinamakan sebagai motor stepper.

Motor stepper menyediakan kawalan tepat pada sudut putaran dan kepantasan. Ini adalah reka bentuk gelung terbuka, yang bermaksud tidak ada mekanisme maklum balas yang dilaksanakan untuk mengesan putaran.

Ia dapat mengubah kelajuannya, mengubah arah berputar dan terkunci dalam satu kedudukan serta-merta. Bilangan langkah ditentukan oleh bilangan gigi yang terdapat di pemutar. Contohnya: jika motor stepper terdiri daripada 200 gigi,

360 (darjah) / 200 (tiada gigi) = 1.8 darjah

Jadi, setiap langkah akan menjadi 1.8 darjah. Motor stepper dikendalikan oleh mikrokontroler dan litar pemacu. Ia digunakan secara meluas dalam pencetak laser, pencetak 3D, pemacu optik, robotik dll.

Mekanisme kerja asas:

Motor stepper mungkin terdiri daripada beberapa tiang yang dililit dengan wayar tembaga bertebat yang disebut stator atau bahagian motor yang tidak bergerak. Bahagian motor yang bergerak dipanggil rotor, yang terdiri daripada sebilangan gigi.

Apabila satu tiang diaktifkan, gigi terdekat akan sejajar dengan tiang yang diaktifkan dan gigi lain pada rotor akan sedikit mengimbangi atau tidak sejajar dengan tiang yang tidak diaktifkan.

Tiang seterusnya akan bertenaga dan tiang sebelumnya akan dinyahaktifkan, sekarang tiang yang tidak selaras akan sejajar dengan tiang yang sedang diaktifkan, ini membuat satu langkah.

Tiang seterusnya diberi tenaga dan tiang sebelumnya dinyahaktifkan, ini membuat langkah lain dan kitaran ini berterusan beberapa kali untuk membuat satu putaran penuh.

Berikut adalah contoh lain yang sangat mudah bagaimana motor stepper berfungsi:

Secara amnya gigi rotor adalah magnet yang disusun secara bergantian dengan gaya Kutub Utara dan Selatan. Seperti kutub yang menghalau dan tidak seperti tiang yang menarik, kini tiang berliku ‘A’ diaktifkan dan menganggap tiang bertenaga sebagai Kutub Utara dan rotor sebagai Kutub Selatan, ini menarik kutub selatan rotor ke arah tiang ‘A’ seperti yang ditunjukkan dalam gambar.

Sekarang tiang A dinyahaktifkan dan tiang ‘B’ diberi tenaga, sekarang kutub selatan rotor akan sejajar dengan tiang ‘B’. Tiang serupa ‘C’ dan tiang ‘D’ akan memberi tenaga dan dinyahaktifkan dengan cara yang sama untuk menyelesaikan satu putaran.

Sekarang anda akan memahami bagaimana mekanisme kerja motor stepper.

Jenis motor stepper:

Terdapat tiga jenis motor stepper:

• Stepper magnet kekal
• Stepper enggan yang berubah-ubah
• Stepper segerak hibrid

Stepper Magnet Kekal:

Motor stepper magnet kekal menggunakan gigi magnet kekal dalam rotor yang disusun secara bergilir tiang (Utara-Selatan-Utara-Selatan ......), ini memberikan tork yang lebih besar.

Stepper enggan berubah-ubah:

Stepper enggan yang berubah-ubah menggunakan bahan besi lembut sebagai rotor dengan sebilangan gigi dan beroperasi berdasarkan prinsip bahawa keengganan minimum berlaku pada jurang minimum, yang bermaksud gigi rotor terdekat tertarik ke arah tiang ketika digerakkan, seperti logam semakin menarik ke arah magnet.

Stepper segerak hibrid:

Pada motor stepper hibrid kedua kaedah yang disebutkan di atas digabungkan untuk mendapatkan tork maksimum. Ini adalah jenis motor stepper yang paling biasa dan juga kaedah yang mahal.
Mod melangkah:

Terdapat 3 jenis mod melangkah

• Mod melangkah penuh
• Mod separuh langkah
• Mod melangkah mikro

Mod Melangkah Penuh:

Dalam mod langkah penuh dapat difahami dengan contoh berikut: jika motor stepper mempunyai 200 gigi maka, satu langkah penuh adalah 1.8 darjah (yang diberikan pada awal artikel) ia tidak akan berputar kurang atau lebih daripada 1.8 darjah.

Langkah penuh dikelaskan kepada dua jenis:

• Mod fasa tunggal
• Mod dua fasa

Dalam kedua mod fasa, rotor mengambil satu langkah penuh, perbezaan asas antara keduanya adalah, mod tunggal memberikan tork kurang dan mod dua fasa memberikan lebih banyak tork.

• Mod Fasa Tunggal:

Dalam mod fasa tunggal hanya satu fasa (sekelompok penggulungan / tiang) diaktifkan pada waktu tertentu, ini adalah kaedah yang paling sedikit memakan tenaga tetapi juga memberikan tork yang kurang.

• Mod Dua Fasa:

Dalam mod dua fasa, dua fasa (dua kumpulan penggulungan / tiang) diaktifkan pada waktu tertentu ia menghasilkan lebih banyak tork (30% hingga 40%) mod fasa tunggal.

Mod separuh langkah:

Mod setengah melangkah dilakukan untuk menggandakan resolusi motor. Dalam separuh langkah seperti namanya, diperlukan setengah dari satu langkah penuh, bukannya penuh 1,8 darjah, setengah langkah mengambil 0,9 darjah.
Separuh langkah dicapai dengan menukar mod fasa tunggal dan mod fasa dua secara alternatif. Ia mengurangkan tekanan pada bahagian mekanikal dan meningkatkan kelancaran putaran. Separuh langkah mengurangkan tork sekitar 15%. Tetapi tork dapat ditingkatkan dengan meningkatkan arus yang dikenakan pada motor.

Melangkah mikro:

Melangkah mikro dilakukan untuk putaran yang paling lancar. Satu langkah penuh dibahagi hingga 256 langkah. Untuk langkah mikro memerlukan pengawal mikrostep khas. Torknya dikurangkan sekitar 30%.

Pemacu perlu memasukkan gelombang sinusoidal untuk putaran bendalir. Pemandu memberikan dua input sinusoidal dengan 90 darjah fasa keluar.

Ia memberikan kawalan terbaik terhadap putaran dan mengurangkan tekanan mekanikal dengan ketara dan mengurangkan kebisingan operasi.

Kelebihan dan kekurangan utama motor stepper dapat dipelajari dengan perkara berikut:

Kelebihan:

• Kawalan terbaik terhadap putaran sudut.
• Tork tinggi pada kelajuan perlahan.
• Perubahan seketika dalam arah putaran.
• Pembinaan mekanikal minimum.

Kekurangan:

• Kuasa habis digunakan walaupun tidak ada putaran, ini dilakukan untuk mengunci pemutar ke kedudukan tetap.
• Tidak ada mekanisme maklum balas untuk membetulkan kesalahan putaran dan untuk mengesan kedudukan semasa.
• Ia memerlukan litar pemandu yang rumit.
• Tork dikurangkan pada kelajuan yang lebih tinggi.
• Tidak mudah untuk mengawal motor pada kelajuan yang lebih tinggi.