Što je koračni motor: vrste i način rada

Što je koračni motor: vrste i način rada

Koračni motor je elektromehanički uređaj koji električnu snagu pretvara u mehaničku. Također, to je sinhroni elektromotor bez četkica koji može podijeliti potpuno okretanje u opsežan broj koraka. Položajem motora može se točno upravljati bez ikakvog mehanizma povratne sprege, sve dok je motor pažljivo prilagođen aplikaciji. Koračni motori slični su preklopnim nevoljni motori. Koračni motor koristi teoriju rada za magnete kako bi vratilo motora okrenulo tačnu udaljenost kada je osiguran puls električne energije. Stator ima osam polova, a rotor šest polova. Rotoru će trebati 24 impulsa električne energije da pomiče 24 koraka da napravi jednu potpunu revoluciju. Drugi način da se to kaže je da će se rotor pomicati točno 15 ° za svaki impuls električne energije koji motor primi.



Načelo gradnje i rada

The konstrukcija koračnog motora je prilično vezan uz a Istosmjerni motor . Sadrži trajni magnet poput rotora koji je u sredini i on će se okrenuti kad na njega djeluje sila. Ovaj je rotor zatvoren kroz br. statora koji je preko njega namotan kroz magnetsku zavojnicu. Stator je postavljen blizu rotora tako da magnetska polja unutar statora mogu kontrolirati kretanje rotora.


Koračni motor





Koračastim motorom može se upravljati napajanjem svakog statora jedan po jedan. Tako će se stator magnetizirati i raditi poput elektromagnetskog pola koji koristi odbojnu energiju na rotoru za pomicanje naprijed. Alternativno namatanje statora, kao i razmagnetivanje, postepeno će pomicati rotor i omogućuje mu okretanje kroz veliku kontrolu.

The princip rada koračnog motora je Elektromagnetizam. Uključuje rotor koji je izrađen od trajnog magneta, dok je stator od elektromagneta. Jednom kada se opskrbi namotom statora, magnetsko polje će se razvijati unutar statora. Sada će se rotor u motoru početi pomicati s rotirajućim magnetskim poljem statora. Dakle, ovo je temeljno načelo rada ovog motora.



Konstrukcija koračnog motora

Konstrukcija koračnog motora

U ovom se motoru nalazi mekano željezo koje je zatvoreno kroz elektromagnetski stator. Polovi statora, kao i rotor, ne ovise o vrsti koraka. Jednom kad se statori ovog motora napune, rotor će se okrenuti da se poravna sa statorom, inače se okreće kako bi imao najmanji razmak kroz stator. Na taj se način statori aktiviraju u nizu za okretanje koračnog motora.

Tehnike vožnje

Tehnika vožnje koračnim motorom s mogu biti mogući s nekim posebnim krugovima zbog njihovog složenog dizajna. Postoji nekoliko metoda za upravljanje ovim motorom, neke od njih razmatraju se u nastavku uzimanjem primjera četverofaznog koračnog motora.


Način pojedinačnog uzbuđenja

Osnovna metoda upravljanja koračnim motorom je jednostruki način pobude. To je stara metoda koja se trenutno ne koristi puno, ali treba znati o ovoj tehnici. U ovoj će se tehnici svaka faza inače statora jedna pored druge pokretati jedna po jedna, alternativno, posebnim krugom. To će namagniti i razmagnetizirati stator za pomicanje rotora prema naprijed.

Puni korak

U ovoj se tehnici istovremeno aktiviraju dva statora umjesto jednog u vrlo kraćem vremenskom razdoblju. Ova tehnika rezultira velikim zakretnim momentom i omogućuje motoru da pokreće veliko opterećenje.

Vožnja u pola koraka

Ova je tehnika prilično povezana s pogonom u punom koraku, jer će se dva statora poredati jedan pored drugog tako da će se prvo aktivirati, a treći nakon toga. Ova vrsta ciklusa za prvo prebacivanje dva statora i nakon tog trećeg statora pokretat će motor. Ova tehnika rezultirat će poboljšanom razlučivošću koračnog motora uz smanjenje okretnog momenta.

Mikro koračanje

Ova se tehnika najčešće koristi zbog svoje točnosti. Struja s promjenjivim korakom napajat će krug pokretačkog koračnog motora prema zavojnicama statora unutar oblika sinusnog valnog oblika. Točnost svakog koraka može se poboljšati ovom malom strujom koraka. Ova se tehnika intenzivno koristi jer pruža visoku točnost, kao i veliku smanjenje radne buke.

Krug koračnog motora i njegov rad

Koračni motori rade drugačije od Motori istosmjerne četke , koji se okreću kad se na njihove stezaljke nanese napon. Koračni motori, s druge strane, učinkovito imaju višestruke nazubljene elektromagnete raspoređene oko željeza u obliku središnjeg zupčanika. Elektromagneti se napajaju vanjskim upravljačkim krugom, na primjer, mikrokontrolerom.

Krug koračnog motora

Krug koračnog motora

Da bi se osovina motora zakrenula, prvo se daje jedna snaga elektromagnetu, zbog čega zubi zupčanika magnetski privlače zube elektromagneta. U trenutku kada su zubi zupčanika tako poravnati s prvim elektromagnetom, malo su odmaknuti od sljedećeg elektromagneta. Dakle, kad je sljedeći elektromagnet UKLJUČEN, a prvi ISKLJUČEN, zupčanik se lagano okreće da se poravna sa sljedećim i odatle se postupak ponavlja. Svaka od tih blagih rotacija naziva se korakom, s cjelobrojnim brojem koraka koji čine punu rotaciju.

Na taj se način motor može precizno okretati. Koračni motor se ne okreće kontinuirano, oni se okreću u koracima. Postoje 4 zavojnice s 90ilimeđusobno kut fiksiran na statoru. Priključci koračnog motora određuju se načinom na koji su zavojnice međusobno povezane. U koračnom motoru zavojnice nisu povezane. Motor ima 90ilikorak rotacije s namotajima u cikličkom redoslijedu, određujući smjer vrtnje osovine.

Rad ovog motora prikazan je radom prekidača. Zavojnice se aktiviraju serijski u intervalima od 1 sekunde. Osovina se okreće za 90ilisvaki put kad se aktivira sljedeća zavojnica. Njegov okretni moment pri maloj brzini izravno će varirati ovisno o struji.

Vrste koračnih motora

Postoje tri glavne vrste koračnih motora, a to su:

  • Steper sa stalnim magnetom
  • Hibridni sinkroni steper
  • Stepenik s promjenjivom nevoljkošću

Koračni motor s trajnim magnetom

Motori s trajnim magnetima koriste trajni magnet (PM) u rotoru i djeluju na privlačenje ili odbijanje između PM rotora i elektromagneta statora.

Ovo je najčešći tip koračnih motora u usporedbi s različitim vrstama koračnih motora dostupnih na tržištu. Ovaj motor uključuje trajne magnete u konstrukciji motora. Ova vrsta motora je također poznata i kao motor sa limenkom / limenkom. Glavna prednost ovog koračnog motora je manji proizvodni trošak. Za svaku revoluciju ima 48-24 koraka.

Koračni motor s promjenjivom relukcijom

Motori s promjenjivom reluktancijom (VR) imaju obični željezni rotor i rade na principu da se minimalna relukcija javlja s minimalnim razmakom, stoga se točke rotora privlače prema polovima statorskog magneta.

Koračni motor poput promjenjive opiranja osnovna je vrsta motora i koristi se posljednjih mnogo godina. Kao što i samo ime govori, kutni položaj rotora uglavnom ovisi o nevoljkosti magnetskog kruga koji se može stvoriti među zubima statora, kao i rotora.

Hibridni sinkroni koračni motor

Hibridni koračni motori nazvani su zato što koriste kombinaciju tehnika trajnog magneta (PM) i promjenjive relukcije (VR) za postizanje maksimalne snage u malim veličinama pakiranja.

Najpopularniji tip motora je hibridni koračni motor jer daje dobre performanse u usporedbi s rotorom s trajnim magnetom u smislu brzine, razlučivosti koraka i zadržavanja momenta. Ali, ova vrsta koračnih motora skupa je u usporedbi s koračnim motorima s trajnim magnetima. Ovaj motor kombinira značajke koračnih motora s trajnim magnetom i promjenjivim relukcionim motorima. Ovi se motori koriste tamo gdje je potreban manji kut koraka poput 1,5, 1,8 i 2,5 stupnja.

Kako odabrati koračni motor?

Prije odabira koračnog motora prema vašim zahtjevima, vrlo je važno ispitati krivulju okretnog momenta i motora. Dakle, ove su informacije dostupne od dizajnera motora i predstavljaju grafički simbol zakretnog momenta motora pri određenoj brzini. Krivulja okretaja i okretnog momenta motora trebala bi se usko podudarati s potrebama primjene, inače se ne mogu dobiti očekivane performanse sustava.

Vrste ožičenja

Koračni motori su uglavnom dvofazni motori poput unipolarnih, inače bipolarnih. Za svaku fazu u unipolarnom motoru postoje dva namota. Ovdje je središnji otvor uobičajeni jedan koji vodi između dva namota prema polu. Unipolarni motor ima 5 do 8 vodova.

U konstrukciji, gdje su zajednički dijelovi dvaju polova podijeljeni, no kako je središnji, ovaj koračni motor uključuje šest vodova. Ako su dvopolne središnje slavine kratke iznutra, tada ovaj motor uključuje pet vodova. Unipolarni s 8 vodova olakšat će i serijsko i paralelno spajanje, dok motor s pet ili šest vodova ima serijski priključak statorske zavojnice. Rad unipolarnog motora može se pojednostaviti jer tijekom njihovog rada ne postoji zahtjev za okretanjem protoka struje unutar pogonskog kruga koji su poznati kao bifilarni motori.

U bipolarnom koračnom motoru za svaki pol postoji jedan namot. Smjer opskrbe mora se mijenjati kroz pogonski krug tako da postane složen pa se ti motori nazivaju jednofilarni motori.

Upravljanje koračnim motorom mijenjanjem impulsa sata

Upravljanje koračnim motorom sklop je jednostavan i jeftin sklop, koji se uglavnom koristi u aplikacijama male snage. Krug je prikazan na slici koja se sastoji od 555 tajmera IC kao stabilni multi-vibrator. Učestalost se izračunava pomoću dane veze.

Frekvencija = 1 / T = 1,45 / (RA + 2RB) C Gdje je RA = RB = R2 = R3 = 4,7 kilo-ohma i C = C2 = 100 µF.

Upravljanje koračnim motorom mijenjanjem impulsa sata

Upravljanje koračnim motorom mijenjanjem impulsa sata

Izlaz tajmera koristi se kao sat za dvije 7474 dvostruke 'D' japanke (U4 i U3) konfigurirane kao brojač prstena. Kad se napajanje inicijalno uključi, postavi se samo prvi flip-flop (tj. Q izlaz na pinu 5 U3 bit će na logici '1'), a ostala tri flip-flopa se resetiraju (tj. Izlaz Q je na logici 0). Po primanju takta impulsa, logički '1' izlaz prvog flip-flopa prebacuje se na drugi flip-flop (pin 9 U3).

Dakle, izlaz logike 1 nastavlja se kružno pomicati sa svakim taktom. Q izlazi sve četiri japanke pojačani su tranzistorskim nizovima od Darling tone unutar ULN2003 (U2) i povezani s namotima koračnog motora narančaste, smeđe, žute, crne do 16, 15,14, 13 od ULN2003 i crvene do + imam opskrbu.

Zajednička točka namota spojena je na napajanje + 12V istosmjerne struje, koja je također spojena na pin 9 ULN2003. Oznaka boje koja se koristi za namote može se razlikovati od marke do marke. Kad je napajanje uključeno, upravljački signal spojen na SET pin prvog flip-flopa i CLR pinova ostala tri japanke postaje aktivan 'nisko' (zbog sklopa za ponovno uključivanje koji formira R1 -C1 kombinacija) za postavljanje prvog flip-flopa i resetiranje preostala tri flip-flopa.

Nakon resetiranja, Q1 IC3 ide 'visoko', dok svi ostali Q izlazi idu 'nisko'. Vanjsko resetiranje može se aktivirati pritiskom na prekidač za resetiranje. Pritiskom na prekidač za resetiranje možete zaustaviti koračni motor. Motor se ponovno počinje okretati u istom smjeru otpuštanjem prekidača za resetiranje.

Razlika između koračnog motora i servo motora

Servo motori su prikladni za velike okretne momente i brzine, dok je koračni motor jeftiniji pa se koriste tamo gdje je potreban veliki zakretni moment, ubrzanje s malim do srednjim, fleksibilnost rada u otvorenom, inače zatvorenom krugu. Razlika između koračnog motora i servo motora uključuje sljedeće.

Koračni motor

Servo motor

Motor koji se kreće diskretnim koracima poznat je kao koračni motor.Servo motor je jedna vrsta motora sa zatvorenom petljom koja je spojena na enkoder radi pružanja povratne informacije o brzini i položaja.

Koračni motor koristi se tamo gdje su upravljanje, kao i preciznost, glavni prioritetiServo motor se koristi tamo gdje je brzina glavni prioritet

Ukupni broj polova koračnog motora kreće se od 50 do 100Ukupni broj polova servo motora kreće se od 4 do 12
U sustavu zatvorene petlje, ti se motori gibaju s dosljednim impulsomOvi motori trebaju enkoder za promjenu impulsa za kontrolu položaja.

Okretni moment je velik u manje brzineOkretni moment je mali pri velikim brzinama
Vrijeme pozicioniranja je brže tijekom kratkih potezaVrijeme pozicioniranja je brže tijekom dugih poteza
Pokret inercije visoke tolerancijePokret inercije niske tolerancije
Ovaj je motor pogodan za mehanizme male krutosti poput remenice i remenaNije prikladno za mehanizam manje krutosti
Odaziv je visokOdziv je nizak
Koriste se za fluktuirajuća opterećenjaNe koriste se za fluktuirajuća opterećenja
Podešavanje pojačanja / podešavanja nije potrebnoPotrebno je prilagoditi pojačanje / podešavanje

Stepper motor vs DC motor

I koračni i jednosmjerni motori koriste se u različitim industrijskim primjenama, ali glavne razlike između ova dva motora pomalo su zbunjujuće. Ovdje navodimo neke zajedničke karakteristike između ova dva dizajna. U nastavku se govori o svakoj karakteristici.

Karakteristike

Koračni motor

Istosmjerni motor

Kontrolne karakteristike Jednostavan i koristi mikrokontrolerJednostavno i bez dodatnih dodataka
Raspon brzine Niskih od 200 do 2000 o / minUmjereno
Pouzdanost VisokoUmjereno
Učinkovitost NiskaVisoko
Karakteristike okretnog momenta ili brzine Najveći okretni moment pri manjoj brziniVeliki okretni moment pri manjoj brzini
Trošak NiskaNiska

Parametri koračnog motora

Parametri koračnog motora uglavnom uključuju kut koraka, korake za svaku rotaciju, korake za svaku sekundu i okretaje u minuti.

Kut koraka

Kut koraka koračnog motora može se definirati kao kut pod kojim se rotor motora okreće nakon što se na ulaz statora da jedan puls. Razlučivost motora može se definirati kao broj koraka motora i broj okretaja rotora.

Razlučivost = Broj koraka / broj okretaja rotora

Raspored motora može se odrediti kroz kut koraka i izražava se u stupnjevima. Razlučivost motora (broj koraka) je br. koraka koji se izvrše unutar jednog okretaja rotora. Kad je kut koraka motora mali, tada je razlučivost velika za raspored ovog motora.

Točnost rasporeda predmeta pomoću ovog motora uglavnom ovisi o razlučivosti. Jednom kada je razlučivost visoka, točnost će biti niska.

Neki motori s preciznošću mogu stvoriti 1000 koraka u jednom okretaju, uključujući 0,36 stupnjeva kuta. Tipični motor uključuje kut koraka od 1,8 stupnjeva s 200 koraka za svaku rotaciju. Različiti kutovi koraka poput 15 stupnjeva, 45 stupnjeva i 90 stupnjeva vrlo su česti u normalnim motorima. Broj kutova može se mijenjati od dva do šest, a mali kut koraka može se postići kroz prorezane dijelove stupa.

Koraci za svaku revoluciju

Koraci za svaku rezoluciju mogu se definirati kao broj kutova koraka potrebnih za ukupnu revoluciju. Formula za to je kut od 360 ° / korak.

Koraci za svaku sekundu

Ova vrsta parametra uglavnom se koristi za mjerenje broja koraka obuhvaćenih u svakoj sekundi.

Revolucija u minuti

RPM je broj okretaja u minuti. Koristi se za mjerenje učestalosti okretaja. Dakle, pomoću ovog parametra možemo izračunati broj okretaja u jednoj minuti. Glavni odnos između parametara koračnog motora je sljedeći.

Koraci za svaku sekundu = Revolucija u minuti x Koraci po revoluciji / 60

Povezivanje koračnog motora s mikrokontrolerom 8051

Povezivanje koračnog motora s 8051 vrlo je jednostavno korištenjem tri načina poput valovnog pogona, pogona s punim korakom i pogona s pola koraka davanjem 0 & 1 na četiri žice motora na temelju kojeg pogona moramo odabrati način rada ovog motora.

Preostale dvije žice moraju biti povezane s naponom. Ovdje se koristi unipolarni koračni motor gdje su četiri kraja zavojnica spojena na primarne četiri zatiča priključka-2 u mikrokontroleru pomoću ULN2003A.

Ovaj mikrokontroler ne isporučuje dovoljno struje za pogon zavojnica, tako da se trenutnom IC upravljačkom programu sviđa ULN2003A. Mora se koristiti ULN2003A i to je skup od 7 parova NPN Darlingtonovih tranzistora. Dizajniranje Darlingtonovog para može se izvršiti pomoću dva bipolarna tranzistora koja su povezana za postizanje maksimalnog pojačanja struje.

U IC upravljačkog programa ULN2003A, ulazne igle su 7, izlazne igle 7, gdje su dva pina za priključke za napajanje i uzemljenje. Ovdje se koriste pinovi s 4 ulaza i 4 izlaza. Kao alternativa ULN2003A, L293D IC se također koristi za pojačavanje struje.

Morate vrlo pažljivo promatrati dvije zajedničke žice i četiri žice zavojnice, inače se koračni motor neće okrenuti. To se može primijetiti mjerenjem otpora pomoću multimetra, ali multimetar neće prikazivati ​​očitanja između dvije faze žica. Jednom kad su zajednička žica i druge dvije žice u jednakoj fazi, tada mora pokazivati ​​sličan otpor, dok će dvije završne točke zavojnica u sličnoj fazi pokazati dvostruki otpor u usporedbi s otporom među zajedničkom točkom i jednom krajnjom točkom.

Rješavanje problema

  • Rješavanje problema postupak je za provjeru statusa motora radi li motor ili ne. Sljedeći kontrolni popis koristi se za rješavanje problema koračnog motora.
  • Prvo provjerite veze kao i kôd kruga.
  • Ako je u redu, sljedeći put provjerite je li motor pravilno napajan, ili će jednostavno vibrirati, ali se neće okretati.
  • Ako je opskrba naponom dobra, provjerite krajnje točke četiri zavojnice koja je povezana s ULN2003A IC.
  • Prvo otkrijte dvije opće krajnje točke i pričvrstite ih na napajanje od 12v, nakon toga pričvrstite preostale četiri žice na IC ULN2003A. Dok se koračni motor ne pokrene, isprobajte sve moguće kombinacije. Ako veza s ovim nije ispravna, tada će ovaj motor vibrirati umjesto da se okreće.

Mogu li koračni motori raditi kontinuirano?

Općenito, svi motori kontinuirano rade ili se okreću, ali većina motora se ne može zaustaviti dok su pod naponom. Kada pokušate ograničiti osovinu motora kada je pod napajanjem, tada će izgorjeti ili se slomiti.

Alternativno, koračni motori su dizajnirani da naprave diskretni korak, a zatim ponovo pričekaju korak i ostaju tamo. Ako želimo da motor ostane na jednom mjestu manje vremena prije ponovnog koraka, to će izgledati kao da se neprekidno okreće. Potrošnja energije ovih motora je velika, ali do rasipanja snage dolazi uglavnom kad se motor zaustavi ili loše projektira, tada postoji mogućnost pregrijavanja. Iz tog razloga, trenutna opskrba motora često se smanjuje kada je motor duže vrijeme u položaju zadržavanja.

Glavni razlog je što se motor jednom okreće, a njegov ulazni dio snage može se promijeniti u mehaničku. Kad se motor zaustavi dok se okreće, tada se sva ulazna snaga može promijeniti u toplinu s unutarnje strane zavojnice.

Prednosti

The prednosti koračnog motora uključuju sljedeće.

  • Hrapavost
  • Jednostavna konstrukcija
  • Može raditi u upravljačkom sustavu otvorene petlje
  • Održavanje je slabo
  • Djeluje u bilo kojoj situaciji
  • Pouzdanost je velika
  • Kut rotacije motora proporcionalan je ulaznom impulsu.
  • Motor ima pun okretni moment u mirovanju.
  • Precizno pozicioniranje i ponovljivost kretanja jer dobri koračni motori imaju točnost od 3 - 5% koraka, a ta se pogreška ne kumulira iz jednog u drugi korak.
  • Izvrsan odgovor na pokretanje, zaustavljanje i vožnju unatrag.
  • Vrlo pouzdan jer u motoru nema kontaktnih četkica. Stoga vijek trajanja motora jednostavno ovisi o vijeku ležaja.
  • Reakcija motora na digitalne ulazne impulse omogućuje upravljanje otvorenom petljom, čineći motor jednostavnijim i jeftinijim za upravljanje.
  • Moguće je postići vrlo malu brzinu sinkrone rotacije s teretom koji je izravno povezan s osovinom.
  • Može se ostvariti širok raspon brzina rotacije jer je brzina proporcionalna frekvenciji ulaznih impulsa.

Mane

The nedostaci koračnog motora uključuju sljedeće.

  • Učinkovitost je niska
  • Okretni moment motora brzo će opadati brzinom
  • Točnost je niska
  • Povratne informacije se ne koriste za određivanje potencijalno propuštenih koraka
  • Mali okretni moment prema omjeru inercije
  • Izuzetno bučno
  • Ako se motorom ne upravlja pravilno, mogu nastati rezonancije
  • Rukovanje ovim motorom nije lako pri vrlo velikim brzinama.
  • Neophodan je namjenski upravljački krug
  • U usporedbi s istosmjernim motorima, koristi više struje

Prijave

The primjene koračnog motora uključuju sljedeće.

  1. Industrijski strojevi - Koračni motori koriste se u automobilskim mjernim uređajima i automatiziranoj proizvodnoj opremi za alatne strojeve.
  2. Sigurnost - novi nadzorni proizvodi za sigurnosnu industriju.
  3. Medicinski - Stepenski motori koriste se u medicinskim skenerima, uzorkivačima, a nalaze se i u digitalnoj zubnoj fotografiji, pumpi za tekućinu, respiratorima i uređajima za analizu krvi.
  4. Potrošačke elektronike - Koračni motori u fotoaparatima za automatsko fokusiranje i zumiranje digitalnih fotoaparata.

Također imaju aplikacije za poslovne strojeve, računalne periferne uređaje.

Dakle, ovdje se radi o svemu pregled koračnog motora poput konstrukcije, principa rada, razlika, prednosti, nedostataka i njegovih primjena. Sada imate ideju o vrstama super motora i njihovoj primjeni ako imate pitanja o ovoj temi ili o električnim i elektronički projekti ostavite komentare u nastavku.

Foto kredit

  • Koračni motor MST