Apa itu Motor Stepper: Jenis & Cara Kerja

Motor stepper adalah alat elektromekanik yang mengubah kuasa elektrik menjadi kuasa mekanikal. Juga, ia adalah motor elektrik tanpa sikat yang dapat membahagikan putaran penuh menjadi beberapa langkah yang luas. Kedudukan motor dapat dikendalikan dengan tepat tanpa adanya mekanisme maklum balas, selagi motor diselaraskan dengan teliti pada aplikasi. Motor stepper serupa dengan dihidupkan motor keengganan. Motor stepper menggunakan teori operasi untuk magnet untuk membuat poros motor memutar jarak tepat apabila denyut elektrik disediakan. Stator mempunyai lapan kutub, dan rotor mempunyai enam tiang. Rotor akan memerlukan 24 denyut elektrik untuk menggerakkan 24 langkah untuk membuat satu revolusi lengkap. Cara lain untuk mengatakan ini adalah bahawa pemutar akan bergerak tepat 15 ° untuk setiap denyut elektrik yang diterima oleh motor.

Prinsip Pembinaan & Kerja

The pembinaan motor stepper cukup berkaitan dengan a Motor DC . Ia termasuk magnet kekal seperti Rotor yang berada di tengah & ia akan berpusing setelah daya bertindak di atasnya. Rotor ini dilampirkan melalui no. stator yang dililit melalui gegelung magnet di seluruhnya. Stator disusun berhampiran rotor sehingga medan magnet di dalam stator dapat mengawal pergerakan rotor.

Motor Stepper

Motor stepper dapat dikawal dengan memberi tenaga kepada setiap stator satu persatu. Oleh itu stator akan membuat magnet & berfungsi seperti tiang elektromagnetik yang menggunakan tenaga tolakan pada rotor untuk bergerak ke hadapan. Pemagnetan alternatif stator serta demagnetisasi akan menggerakkan pemutar secara beransur-ansur & membolehkannya berputar melalui kawalan yang hebat.

The prinsip kerja motor stepper adalah Electro-Magnetism. Ini termasuk rotor yang dibuat dengan magnet kekal sedangkan stator dengan elektromagnet. Setelah bekalan diberikan untuk penggulungan stator maka medan magnet akan dikembangkan di dalam stator. Sekarang rotor di motor akan mula bergerak dengan medan magnet berputar stator. Jadi ini adalah asas kerja asas motor ini.

Pembinaan Motor Stepper

Di motor ini, ada besi lembut yang tertutup melalui statik elektromagnetik. Tiang stator dan rotor tidak bergantung pada jenis stepper. Setelah stator motor ini diaktifkan maka pemutar akan berputar untuk berbaris dengan stator sebaliknya berpusing untuk mempunyai jurang paling sedikit melalui stator. Dengan cara ini, stator diaktifkan secara bersiri untuk memutar motor stepper.

Teknik Memandu

Teknik pemanduan motor stepper boleh dilakukan dengan beberapa litar khas kerana reka bentuknya yang rumit. Terdapat beberapa kaedah untuk menggerakkan motor ini, beberapa di antaranya dibincangkan di bawah dengan mengambil contoh motor stepper empat fasa.

Mod Pengujaan Tunggal

Kaedah asas menggerakkan motor stepper adalah mod pengujaan tunggal. Ini adalah kaedah lama dan tidak banyak digunakan pada masa ini tetapi kita harus tahu mengenai teknik ini. Dalam teknik ini setiap fasa sebaliknya stator di sebelah satu sama lain akan dicetuskan satu persatu secara bergantian dengan litar khas. Ini akan memagnetkan & mendemagnetkan stator untuk menggerakkan pemutar ke hadapan.

Pemacu Langkah Penuh

Dalam teknik ini, dua stator diaktifkan pada satu masa dan bukannya satu dalam jangka masa yang sangat kurang. Teknik ini menghasilkan daya kilas tinggi & membolehkan motor menggerakkan beban tinggi.

Setengah Langkah Memandu

Teknik ini agak berkaitan dengan pemacu langkah penuh kerana kedua-dua stator akan disusun di sebelah satu sama lain sehingga akan diaktifkan terlebih dahulu sedangkan yang ketiga akan diaktifkan selepas itu. Kitaran seperti ini untuk menukar dua stator pertama & selepas itu stator ketiga akan menggerakkan motor. Teknik ini akan menghasilkan resolusi motor stepper yang lebih baik sambil mengurangkan daya kilas.

Melangkah Mikro

Teknik ini paling kerap digunakan kerana ketepatannya. Arus langkah berubah akan dibekalkan oleh litar pemacu motor stepper ke arah gegelung stator dalam bentuk bentuk gelombang sinusoidal. Ketepatan setiap langkah dapat ditingkatkan dengan arus langkah kecil ini. Teknik ini digunakan secara meluas kerana memberikan ketepatan tinggi serta mengurangkan kebisingan operasi pada tahap yang besar.

Litar Motor Stepper & Pengoperasiannya

Motor stepper beroperasi berbeza dari Motor berus DC , yang berputar apabila voltan digunakan pada terminal mereka. Motor stepper, sebaliknya, mempunyai banyak elektromagnet bergigi yang disusun di sekitar sepotong besi berbentuk gear pusat. Elektromagnet diberi tenaga oleh litar kawalan luaran, misalnya, mikrokontroler.

Litar Motor Stepper

Untuk menjadikan poros motor berpusing, elektromagnet pertama diberi kuasa, yang menjadikan gigi gear secara magnetis tertarik pada gigi elektromagnet. Pada titik ketika gigi roda gigi sejajar dengan elektromagnet pertama, gigi tersebut sedikit diimbangi dari elektromagnet seterusnya. Oleh itu, apabila elektromagnet seterusnya dihidupkan dan yang pertama dimatikan, gear berpusing sedikit untuk sejajar dengan yang berikutnya dan dari situ prosesnya diulang. Setiap putaran kecil itu disebut langkah, dengan bilangan bulat bilangan bulat membuat putaran penuh.

Dengan cara itu, motor dapat dipusingkan dengan tepat. Motor stepper tidak berpusing secara berterusan, mereka berputar secara berperingkat. Terdapat 4 gegelung dengan 90^atausudut antara satu sama lain terpaku pada stator. Sambungan motor stepper ditentukan oleh cara gegelung saling berkaitan. Dalam motor stepper, gegelung tidak bersambung. Motor mempunyai 90^ataulangkah putaran dengan gegelung diberi tenaga dalam urutan kitaran, menentukan arah putaran poros.

Kerja motor ini ditunjukkan dengan mengoperasikan suis. Gegelung diaktifkan secara bersiri dalam selang 1 saat. Poros berpusing 90^atausetiap kali gegelung seterusnya diaktifkan. Tork kelajuan rendahnya akan berubah secara langsung dengan arus.

Jenis Motor Stepper

Terdapat tiga jenis motor stepper utama, iaitu:

• Stepper magnet kekal
• Stepper segerak hibrid
• Stepper keengganan berubah-ubah

Motor Stepper Magnet Kekal

Motor magnet kekal menggunakan magnet kekal (PM) di rotor dan beroperasi pada daya tarikan atau tolakan antara PM rotor dan elektromagnet stator.

Ini adalah jenis motor stepper yang paling biasa dibandingkan dengan pelbagai jenis motor stepper yang terdapat di pasaran. Motor ini merangkumi magnet kekal dalam pembinaan motor. Motor jenis ini juga dikenali sebagai timah tin / tin-stack motor. Manfaat utama motor stepper ini adalah kurang kos pembuatan. Untuk setiap revolusi, ia mempunyai 48-24 langkah.

Motor Stepper Keengganan Berubah

Motor Reluctance Reluctance (VR) mempunyai rotor besi biasa dan beroperasi berdasarkan prinsip bahawa keengganan minimum berlaku dengan jurang minimum, oleh itu titik rotor tertarik ke arah kutub magnet stator.

Motor stepper seperti keengganan pemboleh ubah adalah jenis asas motor dan ia digunakan sejak bertahun-tahun yang lalu. Seperti namanya, kedudukan sudut rotor bergantung terutamanya pada keengganan litar magnetik yang dapat terbentuk di antara gigi stator dan juga rotor.

Motor Stepper Segerak Hibrid

Motor stepper hibrid diberi nama kerana mereka menggunakan gabungan teknik magnet kekal (PM) dan keengganan pemboleh ubah (VR) untuk mencapai daya maksimum dalam ukuran paket kecil.

Jenis motor yang paling popular adalah motor stepper hibrid kerana memberikan prestasi yang baik jika dibandingkan dengan rotor magnet kekal dari segi kelajuan, resolusi langkah, dan torsi menahan. Tetapi, motor stepper jenis ini mahal jika dibandingkan dengan motor stepper magnet kekal. Motor ini menggabungkan ciri-ciri motor kekal dan motor stepper keengganan berubah-ubah. Motor ini digunakan di mana sudut melangkah kurang diperlukan seperti 1.5, 1.8 & 2.5 darjah.

Bagaimana Memilih Motor Stepper?

Sebelum memilih motor stepper untuk keperluan anda, sangat penting untuk memeriksa keluk tork-speed motor. Oleh itu, maklumat ini tersedia dari pereka motor, dan ini adalah simbol grafik tork motor pada kelajuan yang ditentukan. Keluk kelajuan tork motor harus sesuai dengan keperluan aplikasi atau jika tidak, prestasi sistem yang diharapkan tidak dapat diperoleh.

Jenis Pendawaian

Motor stepper umumnya adalah motor dua fasa seperti unipolar sebaliknya bipolar. Untuk setiap fasa dalam motor unipolar, terdapat dua belitan. Di sini, diketuk tengah adalah petunjuk utama di antara dua belitan ke arah tiang. Motor unipolar mempunyai 5 hingga 8 plumbum.

Dalam pembinaan, di mana tiang dua tiang dibahagi namun diketuk tengah, motor stepper ini merangkumi enam plumbum. Sekiranya paip pusat dua tiang pendek di dalam, maka motor ini merangkumi lima plumbum. Unipolar dengan 8 petunjuk akan memudahkan kedua-dua siri & sambungan selari sementara motor dengan lima plumbum atau enam plumbum mempunyai sambungan siri stator coil. Pengoperasian motor unipolar dapat dipermudah kerana semasa mengoperasikannya, tidak ada keperluan untuk membalikkan arus arus dalam litar pemanduan yang dikenal sebagai motor bifilar.

Dalam motor stepper bipolar, untuk setiap tiang, terdapat satu belitan tunggal. Arah bekalan perlu berubah melalui litar pemanduan sehingga menjadi kompleks sehingga motor ini disebut motor yang tidak serupa.

Kawalan Motor Stepper dengan Mengubah Denyutan Jam

Kawalan motor stepper litar adalah litar sederhana dan kos rendah, terutamanya digunakan dalam aplikasi kuasa rendah. Litar ditunjukkan dalam gambar, yang terdiri daripada 555 pemasa IC sebagai getaran berbilang stabil. Kekerapan dikira dengan menggunakan hubungan yang diberikan.

Kekerapan = 1 / T = 1.45 / (RA + 2RB) C Di mana RA = RB = R2 = R3 = 4.7 kilo-ohm dan C = C2 = 100 µF.

Kawalan Motor Stepper dengan Mengubah Denyutan Jam

Keluaran pemasa digunakan sebagai jam untuk dua 7474 dual 'D' flip-flop (U4 dan U3) yang dikonfigurasikan sebagai pembilang cincin. Apabila kuasa pada mulanya dihidupkan, hanya flip-flop pertama yang ditetapkan (iaitu output Q pada pin 5 dari U3 akan berada pada logik '1') dan tiga flip-flop yang lain diset semula (iaitu output Q berada pada logik 0). Setelah menerima denyutan jam, output logik ‘1’ dari flip-flop pertama beralih ke flip-flop kedua (pin 9 dari U3).

Oleh itu, output logik 1 terus berubah secara bulat dengan setiap denyutan jam. Keluaran Q dari keempat-empat flip-flop diperkuat dengan tatasusunan transistor Darling-ton di dalam ULN2003 (U2) dan disambungkan ke belitan motor stepper berwarna oren, coklat, kuning, hitam hingga 16, 15,14, 13 dari ULN2003 dan merah ke + ve bekalan.

Titik lilitan biasa disambungkan ke bekalan DC + 12V, yang juga disambungkan ke pin 9 dari ULN2003. Kod warna yang digunakan untuk belitan mungkin berbeza dari membuat hingga membuat. Apabila kuasa dihidupkan, isyarat kawalan yang disambungkan ke pin SET flip-flop pertama dan pin CLR dari tiga flip-flop lain aktif 'rendah' ​​(kerana rangkaian power-on-reset yang dibentuk oleh R1 -C1 kombinasi) untuk menetapkan flip-flop pertama dan menetapkan semula baki tiga flip-flop.

Apabila diset semula, Q1 dari IC3 menjadi 'tinggi' sementara semua output Q yang lain 'rendah'. Reset luaran dapat diaktifkan dengan menekan suis reset. Dengan menekan suis tetapan semula, anda boleh menghentikan motor stepper. Motor kembali berputar ke arah yang sama dengan melepaskan suis reset.

Perbezaan antara Motor Stepper dan Motor Servo

Motor servo sesuai untuk aplikasi tork & kelajuan tinggi sedangkan motor stepper lebih murah sehingga digunakan di mana torsi pegangan tinggi, pecutan dengan rendah ke sederhana, diperlukan fleksibiliti operasi gelung tertutup yang terbuka. Perbezaan antara motor stepper dan motor servo merangkumi yang berikut.

Motor Stepper vs Motor DC

Kedua-dua motor stepper dan dc digunakan dalam aplikasi industri yang berbeza tetapi perbezaan utama antara kedua motor ini sedikit membingungkan. Di sini, kami menyenaraikan beberapa ciri umum antara kedua-dua reka bentuk ini. Setiap ciri dibincangkan di bawah.

Parameter Motor Stepper

Parameter motor stepper terutamanya merangkumi sudut langkah, langkah untuk setiap revolusi, langkah untuk setiap detik, dan RPM.

Sudut Langkah

Sudut langkah motor stepper dapat didefinisikan sebagai sudut di mana pemutar motor berpusing setelah satu nadi diberikan kepada input stator. Resolusi motor boleh didefinisikan sebagai bilangan langkah motor dan jumlah putaran rotor.

Resolusi = Bilangan Langkah / Bilangan Revolusi Rotor

Susunan motor dapat diputuskan melalui sudut langkah & dinyatakan dalam darjah. Resolusi motor (nombor langkah) adalah no. langkah-langkah yang berlaku dalam satu putaran rotor. Apabila sudut langkah motor kecil maka resolusi tinggi untuk susunan motor ini.

Ketepatan susunan objek melalui motor ini bergantung terutamanya pada resolusi. Setelah resolusi tinggi maka ketepatannya akan rendah.

Beberapa motor ketepatan dapat membuat 1000 langkah dalam satu revolusi termasuk 0,36 darjah sudut langkah. Motor biasa merangkumi 1.8 darjah sudut langkah dengan 200 langkah untuk setiap revolusi. Sudut langkah yang berbeza seperti 15 darjah, 45 darjah, dan 90 darjah sangat biasa pada motor biasa. Bilangan sudut boleh berubah dari dua hingga enam dan sudut langkah kecil dapat dicapai melalui bahagian tiang berlubang.

Langkah untuk Setiap Revolusi

Langkah-langkah untuk setiap resolusi dapat didefinisikan sebagai jumlah sudut langkah yang diperlukan untuk revolusi total. Formula untuk ini ialah 360 ° / Step Angle.

Langkah untuk Setiap Detik

Parameter semacam ini digunakan terutamanya untuk mengukur bilangan langkah yang diliputi dalam setiap saat.

Revolusi per Minit

RPM adalah revolusi seminit. Ia digunakan untuk mengukur kekerapan revolusi. Oleh itu, dengan menggunakan parameter ini, kita dapat mengira bilangan putaran dalam satu minit. Hubungan utama antara parameter motor stepper adalah seperti berikut.

Langkah untuk Setiap Detik = Revolusi per Minit x Langkah per Revolusi / 60

Interfacing Motor Stepper dengan Mikrokontroler 8051

Interface motor stepper dengan 8051 sangat mudah dengan menggunakan tiga mod seperti pemacu gelombang, pemacu langkah penuh & pemacu setengah langkah dengan memberikan 0 & 1 ke empat wayar motor berdasarkan mod pemacu mana yang harus kita pilih untuk menjalankan motor ini.

Baki dua wayar mesti digabungkan dengan bekalan voltan. Di sini motor stepper unipolar digunakan di mana empat hujung gegelung disambungkan ke empat pin utama port-2 di mikrokontroler menggunakan ULN2003A.

Pengawal mikro ini tidak membekalkan arus yang mencukupi untuk menggerakkan gegelung sehingga IC pemacu semasa menyukai ULN2003A. ULN2003A mesti digunakan dan ia adalah koleksi 7 pasang transistor NPN Darlington. Perancangan pasangan Darlington dapat dilakukan melalui dua transistor bipolar yang disambungkan untuk mencapai penguatan arus maksimum.

Dalam IC pemacu ULN2003A, pin input adalah 7, pin output adalah 7, di mana dua pin adalah untuk bekalan kuasa & terminal Ground. Di sini digunakan pin 4-input & 4-output. Sebagai alternatif kepada ULN2003A, L293D IC juga digunakan untuk penguatan arus.

Anda perlu memerhatikan dua wayar biasa & empat wayar gegelung dengan berhati-hati jika tidak, motor stepper tidak akan berpusing. Ini dapat diperhatikan dengan mengukur rintangan melalui multimeter tetapi multimeter tidak akan menunjukkan bacaan di antara dua fasa wayar. Setelah wayar biasa & dua wayar lain berada dalam fasa yang sama maka ia mesti menunjukkan rintangan yang sama sedangkan titik penamat kedua gegelung pada fasa yang serupa akan menunjukkan rintangan berganda berbanding dengan rintangan di antara titik sepunya dan satu titik akhir.

Penyelesaian masalah

• Penyelesaian masalah adalah proses untuk memeriksa status motor sama ada motor berfungsi atau tidak. Senarai semak berikut digunakan untuk menyelesaikan masalah motor stepper.
• Pertama, sahkan sambungan serta kod litar.
• Sekiranya betul, sahkan seterusnya bahawa motor mendapat bekalan voltan yang betul atau sebaliknya ia hanya bergetar namun tidak berputar.
• Sekiranya bekalan voltan baik, maka sahkan titik akhir empat gegelung yang bersekutu dengan ULN2003A IC.
• Mula-mula, temui dua titik akhir umum & perbaiki pada bekalan 12v, setelah itu pasangkan baki empat wayar ke IC ULN2003A. Sehingga motor stepper dimulakan, cubalah semua kemungkinan kombinasi. Sekiranya sambungan ini tidak betul maka motor ini akan bergetar di tempat berpusing.

Bolehkah Motor Stepper Berjalan Secara Berterusan?

Secara amnya, semua motor berjalan atau berputar secara berterusan tetapi sebahagian besar motor tidak dapat berhenti semasa berada di bawah kuasa, Apabila anda cuba menyekat poros motor ketika ia berada di bawah bekalan kuasa maka ia akan terbakar atau pecah.

Sebagai alternatif, motor stepper dirancang untuk membuat langkah diskrit, kemudian tunggu di sana lagi melangkah dan tetap di sana. Sekiranya kita mahu menjadikan motor berada di satu lokasi untuk masa yang lebih sedikit sebelum melangkah lagi, ia akan kelihatan seperti berputar secara berterusan. Penggunaan kuasa motor ini tinggi tetapi pelesapan kuasa berlaku sebaik sahaja motor dihentikan atau direka dengan baik maka ada peluang untuk terlalu panas. Oleh sebab itu, bekalan arus motor sering berkurang apabila motor berada dalam posisi menahan untuk jangka masa yang lebih lama.

Sebab utama adalah, apabila motor berputar, bahagian kuasa elektrik inputnya dapat diubah menjadi kuasa mekanikal. Apabila motor dihentikan semasa berputar, maka semua daya input dapat diubah menjadi panas di bahagian dalam gegelung.

Kelebihan

The kelebihan motor stepper sertakan perkara berikut.

• Kekasaran
• Pembinaan sederhana
• Boleh berfungsi dalam sistem kawalan gelung terbuka
• Penyelenggaraannya rendah
• Ia berfungsi dalam apa jua keadaan
• Kebolehpercayaan adalah tinggi
• Sudut putaran motor berkadar dengan nadi input.
• Motor mempunyai tork penuh semasa berhenti.
• Kedudukan tepat dan kebolehulangan pergerakan kerana motor stepper yang baik mempunyai ketepatan 3 - 5% dari satu langkah dan kesalahan ini tidak terkumpul dari satu langkah ke langkah berikutnya.
• Tindak balas yang baik untuk memulakan, berhenti, dan membalikkan.
• Sangat dipercayai kerana tidak ada berus sentuhan di dalam motor. Oleh itu hayat motor hanya bergantung pada hayat galas.
• Tindak balas motor terhadap denyutan input digital memberikan kawalan gelung terbuka, menjadikan motor lebih mudah dan lebih murah untuk dikawal.
• Adalah mungkin untuk mencapai putaran segerak berkelajuan rendah dengan beban yang digabungkan terus ke batang.
• Pelbagai kelajuan putaran dapat direalisasikan kerana kecepatannya sebanding dengan frekuensi denyut input.

Kekurangan

The kelemahan motor stepper sertakan perkara berikut.

• Kecekapan rendah
• Torsi motor akan menurun dengan pantas dengan kelajuan
• Ketepatan rendah
• Maklum balas tidak digunakan untuk menentukan langkah yang mungkin dilewatkan
• Tork Kecil ke arah Nisbah Inertia
• Sangat bising
• Sekiranya motor tidak dikawal dengan betul maka resonans boleh berlaku
• Pengoperasian motor ini tidak mudah dengan kelajuan yang sangat tinggi.
• Litar kawalan khusus diperlukan
• Berbanding dengan motor DC, ia menggunakan arus lebih banyak

Permohonan

The aplikasi motor stepper sertakan perkara berikut.

1. Mesin Perindustrian - Motor Stepper digunakan dalam alat pengukur automotif dan peralatan mesin peralatan pengeluaran automatik.
2. Keselamatan - produk pengawasan baru untuk industri keselamatan.
3. Perubatan - Motor stepper digunakan di dalam alat pengimbas perubatan, alat sampling, dan juga terdapat di dalam fotografi gigi digital, pam cecair, alat pernafasan, dan mesin analisis darah.
4. Elektronik Pengguna - Motor stepper dalam kamera untuk fungsi fokus dan zoom kamera digital automatik.

Dan juga memiliki aplikasi mesin perniagaan, aplikasi periferal komputer.

Oleh itu, ini semua berkaitan gambaran keseluruhan motor stepper seperti pembinaan, prinsip kerja, perbezaan, kelebihan, kekurangan, dan aplikasinya. Sekarang anda mendapat idea mengenai jenis motor super dan aplikasinya jika anda mempunyai pertanyaan mengenai topik ini atau elektrikal dan projek elektronik tinggalkan komen di bawah.

Kredit Foto

• Motor Stepper oleh MST