Wat is stappenmotor en hoe het werkt

Van een eenvoudige dvd-speler of printer bij u thuis tot een zeer geavanceerde CNC-machine of robotarm, stappenmotoren zijn bijna overal te vinden. Het vermogen om elektronisch gestuurde nauwkeurige bewegingen te maken, heeft ervoor gezorgd dat deze motoren toepassing vinden in veel katten, zoals bewakingscamera's, harde schijven, CNC-machines, 3D-printers, robotica, montagerobots, lasersnijders en nog veel meer. In dit artikel laten we zien wat deze motoren speciaal maakt en de theorie erachter. We zullen leren hoe u er een voor uw toepassing kunt gebruiken.

Inleiding tot stappenmotoren

Zoals alle motoren hebben ook de stappenmotoren een stator en een rotor, maar in tegenstelling tot een normale DC-motor bestaat de stator uit afzonderlijke sets spoelen. Het aantal spoelen zal verschillen afhankelijk van het type stappenmotor, maar begrijp voorlopig dat in een stappenmotor de rotor uit metalen palen bestaat en dat elke pool wordt aangetrokken door een set spoel in de stator. Het onderstaande diagram toont een stappenmotor met 8 statorpolen en 6 rotorpolen.

Als je de spoelen op de stator bekijkt, zijn ze gerangschikt in termen van spoelparen, zoals A en A 'een paar vormen B en B' een paar vormen enzovoort. Elk van deze spoelparen vormt dus een elektromagneet en kan afzonderlijk worden bekrachtigd met behulp van een stuurcircuit. Wanneer een spoel wordt bekrachtigd, werkt deze als een magneet en wordt de rotorpool erop uitgelijnd, wanneer de rotor roteert om zichzelf aan te passen aan de stator, wordt dit als één stap genoemd. Op dezelfde manier kunnen we de motor in kleine stapjes draaien om een ​​volledige rotatie te maken, door de spoelen in een reeks van energie te voorzien.

Soorten stappenmotoren

Er zijn hoofdzakelijk drie soorten stappenmotoren op basis van constructie, namelijk:

• Stappenmotor met variabele reluctantie: ze hebben een ijzeren kernrotor die wordt aangetrokken naar de statorpolen en zorgt voor beweging door minimale weerstand tussen stator en rotor.
• Stappenmotor met permanente magneet: ze hebben een rotor met een permanente magneet en worden afgestoten of aangetrokken naar de stator volgens de toegepaste pulsen.
• Hybride synchrone stappenmotor: ze zijn een combinatie van variabele reluctantie en permanentmagneetstappenmotor.

Daarnaast kunnen we de stappenmotoren ook classificeren als Unipolair en Bipolair op basis van het type statorwikkeling.

• Bipolaire stappenmotor: de statorspoelen op dit type motor hebben geen gemeenschappelijke draad. De aandrijving van dit type stappenmotor is anders en complex en ook het stuurcircuit kan niet eenvoudig worden ontworpen zonder een microcontroller.
• Unipolaire stappenmotor: bij dit type stappenmotor kunnen we de middelste aftakking van beide fasewikkelingen nemen voor een gemeenschappelijke aarde of voor een gemeenschappelijk vermogen, zoals hieronder weergegeven. Dit maakt het gemakkelijk om de motoren aan te drijven, er zijn ook veel soorten Unipolaire stappenmotor

Oké, dus in tegenstelling tot een normale gelijkstroommotor heeft deze vijf draden van allerlei mooie kleuren die eruit komen en waarom is dat zo? Om dit te begrijpen, moeten we eerst weten hoe een stepper is die we al hebben besproken. Allereerst steppers motoren niet draaien, ze stappen en dus zijn ze ook wel bekend als stappenmotoren. Dit betekent dat ze slechts één stap per keer zullen bewegen. Deze motoren hebben een reeks spoelen erin en deze spoelen moeten op een bepaalde manier worden bekrachtigd om de motor te laten draaien. Wanneer elke spoel wordt bekrachtigd, neemt de motor een stap en een opeenvolging van bekrachtiging zorgt ervoor dat de motor continue stappen maakt, waardoor hij draait. Laten we eens kijken naar de spoelen in de motor om precies te weten waar deze draden vandaan komen.

Zoals je kunt zien, heeft de motor een unipolaire spoel met 5 afleidingen. Er zijn vier spoelen die in een bepaalde volgorde moeten worden bekrachtigd. De rode draden worden geleverd met + 5V en de resterende vier draden worden naar aarde getrokken om de respectieve spoel te activeren. We gebruiken elke microcontroller om deze spoelen in een bepaalde volgorde van stroom te voorzien en de motor het vereiste aantal stappen te laten uitvoeren. Er zijn weer veel sequenties die u kunt gebruiken, normaal gesproken wordt een 4-staps gebruikt en voor een nauwkeurigere bediening kan ook een 8-staps bediening worden gebruikt. De sequentietabel voor 4-stapsregeling wordt hieronder weergegeven.

Stap	Spoel bekrachtigd
Stap 1	A en B
Stap 2	B en C
Stap 3	C en D
Stap 4	D en A

Dus waarom heet deze motor nu de 28-BYJ48 ? Ernstig!!! Ik weet het niet. Er is geen technische reden waarom deze motor zo wordt genoemd; misschien moeten we er niet veel dieper in duiken. Laten we eens kijken naar enkele van de belangrijke technische gegevens die zijn verkregen uit het gegevensblad van deze motor in de onderstaande afbeelding.

Dat is een hoofd vol informatie, maar we moeten een paar belangrijke bekijken om te weten welk type stepper we gebruiken, zodat we het efficiënt kunnen programmeren. Ten eerste weten we dat het een 5V stappenmotor is, aangezien we de rode draad bekrachtigen met 5V. Dan weten we ook dat het een vierfasige stappenmotor is omdat er vier spoelen in zitten. Nu wordt de overbrengingsverhouding gegeven op 1:64. Dit betekent dat de as die je aan de buitenkant ziet, alleen een volledige omwenteling maakt als de motor binnen 64 keer draait. Dit komt door de tandwielen die zijn verbonden tussen de motor en de uitgaande as, deze tandwielen helpen bij het verhogen van het koppel.

Een ander belangrijk gegeven om op te merken is de pashoek: 5.625 ° / 64. Dit betekent dat de motor, wanneer hij in een 8-stappenreeks werkt, voor elke stap 5,625 graden beweegt en dat er 64 stappen nodig zijn (5,625 * 64 = 360) om een ​​volledige rotatie te voltooien.

Berekening van de stappen per omwenteling voor stappenmotor

Het is belangrijk om te weten hoe je de stappen per omwenteling voor je stappenmotor berekent, want alleen dan kun je deze effectief programmeren / rijden.

Laten we aannemen dat we de motor in een reeks van 4 stappen zullen laten werken, zodat de staphoek 11,25 ° zal zijn, aangezien deze 5,625 ° is (gegeven in het gegevensblad) voor een reeks van 8 stappen, zal deze 11,25 ° zijn (5,625 * 2 = 11,25).

Stappen per omwenteling = 360 / staphoek Hier 360 / 11,25 = 32 stappen per omwenteling.

Waarom hebben we stuurprogrammamodules nodig voor stappenmotoren?

De meeste stappenmotoren werken alleen met behulp van een driver-module. Dit komt doordat de controllermodule (microcontroller / digitaal circuit) niet genoeg stroom kan leveren via de I / O-pinnen om de motor te laten werken. We zullen dus een externe module zoals de ULN2003- module gebruiken als stappenmotoraandrijving. Er zijn veel soorten stuurprogrammamodules en de classificatie van één zal veranderen op basis van het type motor dat wordt gebruikt. Het primaire principe voor alle stuurprogrammamodules is om voldoende stroom te genereren / af te voeren om de motor te laten werken. Afgezien daarvan zijn er ook stuurprogrammamodules waarin de logica is voorgeprogrammeerd, maar daar zullen we het hier niet over hebben.

Als je nieuwsgierig bent naar hoe je een stappenmotor moet draaien met een microcontroller en driver-IC, dan hebben we veel artikelen behandeld over de werking ervan met verschillende microcontrollers:

• Stappenmotor koppelen met Arduino Uno
• Interfacestappenmotor met STM32F103C8
• Interfacestappenmotor met PIC-microcontroller
• Interfacestappenmotor met MSP430G2
• Stappenmotor-interface met 8051 Microcontroller
• Stappenmotorbesturing met Raspberry Pi

Nu denk ik dat je genoeg informatie hebt om elke stappenmotor te besturen die je nodig hebt voor je project. Laten we eens kijken naar het voor- en nadeel van stappenmotoren.

Voordelen van stappenmotoren

Een groot voordeel van de stappenmotor is dat deze een uitstekende positieregeling heeft en daarom kan worden gebruikt voor nauwkeurige besturingstoepassingen. Het heeft ook een zeer goed houdkoppel, waardoor het een ideale keuze is voor robottoepassingen. Stappenmotoren worden ook geacht een lange levensduur te hebben dan normale DC- of servomotoren.

Nadelen van stappenmotoren

Zoals alle motoren hebben ook Stappenmotoren zijn eigen nadelen, aangezien hij roteert door kleine stapjes te nemen, kan hij geen hoge snelheden halen. Het verbruikt ook vermogen om het koppel vast te houden, zelfs wanneer het ideaal is, waardoor het stroomverbruik toeneemt.