Cum funcționează motoarele Stepper

În acest post vom învăța despre motorul pas cu pas. Vom explora ce este motorul pas cu pas, mecanismul său de funcționare fundamental, tipurile de motor pas cu pas, modurile pas cu pas și, în cele din urmă, avantajele și dezavantajele acestuia.

Ce este motorul pas cu pas?

Motorul pas cu pas este un motor fără perii, arborele său rotativ (rotorul) finalizează o rotație cu un număr determinat de trepte. Datorită naturii de rotație în trepte, ea devine motor pas cu pas.

Motorul pas cu pas oferă control precis asupra unghiului de rotație și viteză. Este un design cu buclă deschisă, ceea ce înseamnă că nu este implementat niciun mecanism de feedback pentru urmărirea rotației.

Poate varia viteza, poate schimba direcția de rotație și se poate bloca instantaneu într-o singură poziție. Numărul de trepte este determinat de numărul de dinți prezenți în rotor. De exemplu: dacă un motor pas cu pas constă din 200 de dinți, atunci,

360 (grad) / 200 (nr de dinți) = 1,8 grade

Deci, fiecare pas va fi de 1,8 grade. Motoarele pas cu pas sunt controlate de microcontrolere și circuitul driverului. Este utilizat pe scară largă în imprimante laser, imprimante 3D, unități optice, robotică etc.

Mecanism fundamental de lucru:

Un motor pas cu pas poate consta din mai multe numere de poli înfășurați cu sârmă de cupru izolată numită stator sau parte nemotoră a motorului. Partea în mișcare a motorului se numește rotor, care constă din mai multe numere de dinți.

Când un pol este energizat, cei mai apropiați dinți se aliniază cu acel pol energizat, iar celălalt dinte de pe rotor va fi ușor compensat sau nealiniat cu alți poli ne-energizați.

Următorul pol va fi energizat și polul anterior va fi dezactivat, acum polii nealiniați se vor alinia cu polul curent energizat, acest lucru va face un singur pas.

Următorul pol se energizează, iar polul anterior se dezactivează, acesta face un alt pas și acest ciclu continuă de mai multe ori pentru a face o rotație completă.

Iată un alt exemplu foarte simplu de funcționare a motorului pas cu pas:

În general, dinții rotorului sunt magneți dispuși alternativ la polul nord și sud. La fel ca polii care se resping și, spre deosebire de atracția polului, acum înfășurarea polului „A” este energizată și presupune polul energizat ca Pol Nord și rotor ca Pol Sud, acesta atrage polul sudic al rotorului către statorul polului A, așa cum se arată în imagine.

Acum polul A este dezactivat, iar polul ‘B’ este energizat, acum polul sudic al rotorului se va alinia cu polul ‘B’. Polul „C” și polul „D” similare se vor energiza și dez-energiza în același mod pentru a finaliza o rotație.

Până acum ați înțelege cum funcționează un mecanism cu motor pas cu pas.

Tipuri de motor pas cu pas:

Există trei tipuri de motor pas cu pas:

• Stepper cu magnet permanent
• Pas cu pas reticent variabil
• Stepper sincron hibrid

Magnet permanent pas cu pas:

Motoarele cu pas permanent cu magnet permanent utilizează dinți cu magnet permanent în rotor, care sunt dispuși în mod alternativ al polului (nord-sud-nord-sud ...), acest lucru asigurând un cuplu mai mare.

Pas cu pas reticent variabil:

Pasul cu reticență variabilă folosește material de fier moale ca rotor cu mai mulți dinți și funcționează pe baza principiului că reticența minimă apare la spațiul minim, ceea ce înseamnă că cei mai apropiați dinți ai rotorului sunt atrași spre pol atunci când este energizat, ca un metal care atrage spre un magnet.

Stepper sincron hibrid:

La motorul pas cu pas hibrid, ambele metode menționate mai sus sunt combinate pentru a obține un cuplu maxim. Acesta este cel mai comun tip de motor pas cu pas și, de asemenea, metoda costisitoare.
Moduri de trepte:

Există 3 tipuri de moduri de pas

• Mod pas complet
• Mod pe jumătate de pas
• Modul micro pas cu pas

Mod pas complet:

În modul pas complet se poate înțelege prin următorul exemplu: dacă un motor pas cu pas are 200 de dinți, atunci un pas complet are 1,8 grade (care este dat la începutul articolului) nu se va roti mai puțin sau mai mult de 1,8 grade.

Pasul complet este clasificat în continuare în două tipuri:

• Mod monofazat
• Mod bifazic

În ambele moduri de fază, rotorul face un pas complet, diferența de bază dintre aceste două este, modul unic oferă un cuplu mai mic și modul în două faze oferă un cuplu mai mare.

• Mod monofazat:

În modul monofazat, o singură fază (un grup de înfășurare / stâlp) este alimentată la un moment dat, este cea mai mică metodă consumatoare de energie, dar oferă și un cuplu mai mic.

• Modul în două faze:

În modul bifazic, bifazic (două grupe de înfășurare / stâlp) este alimentat la un moment dat și produce un cuplu mai mare (30% până la 40%) în modul monofazat.

Mod pe jumătate de pas:

Modul pe jumătate de pas se face pentru rezoluția dublă a motorului. În jumătate de pas, după cum sugerează și numele, este nevoie de jumătate din pasul complet, în loc de 1,8 grade, jumătate de pas are 0,9 grade.
Jumătatea este realizată prin schimbarea alternativă a modului monofazat și a modului dublu fază. Reduce stresul asupra pieselor mecanice și crește netezimea în rotație. Jumătate de pas reduce cuplul cu aproximativ 15%. Dar cuplul poate fi crescut prin creșterea curentului aplicat motorului.

Micro-pas:

Micro-pasul se face pentru cea mai buna rotatie. Un pas complet este împărțit până la 256 de pași. Pentru micro stepping este nevoie de un controler microstep special. Cuplul său se deduce cu aproximativ 30%.

Driverele trebuie să introducă undă sinusoidală pentru rotația fluidului. Driverele oferă două intrări sinusoidale cu eliminarea treptată la 90 de grade.

Oferă cel mai bun control asupra rotației și reduce semnificativ stresul mecanic și reduce zgomotul operațional.

Principalele avantaje și dezavantaje ale motorului pas cu pas pot fi învățate cu următoarele puncte:

Avantaje:

• Cel mai bun control asupra rotației unghiulare.
• Cuplu ridicat la viteză mică.
• Schimbare instantanee în direcția de rotație.
• Construcție mecanică minimă.

Dezavantaje:

• Puterea este consumată chiar și în lipsa rotației, acest lucru se face pentru blocarea rotorului în poziție fixă.
• Nu există mecanism de feedback pentru a corecta împotriva erorilor de rotație și pentru a urmări poziția curentă.
• Are nevoie de un circuit sofer complicat.
• Cuplul este redus la viteză mai mare.
• Nu este ușor să controlați motorul la viteză mai mare.