Kaj je koračni motor: vrste in njegovo delovanje

Koračni motor je elektromehanska naprava, ki električno moč pretvori v mehansko. Prav tako gre za sinhroni brezkrtačni elektromotor, ki lahko polno vrtenje razdeli na obsežno število korakov. Položaj motorja je mogoče natančno nadzorovati brez kakršnega koli povratnega mehanizma, če je motor skrbno prilagojen aplikaciji. Koračni motorji so podobni vklopljenim nenaklonjeni motorji. Koračni motor uporablja teorijo delovanja magnetov, da gred motorja obrne natančno razdaljo, kadar je zagotovljen impulz električne energije. Stator ima osem polov, rotor pa šest polov. Rotor potrebuje 24 impulzov električne energije, da premakne 24 korakov, da naredi en popoln obrat. To lahko rečemo tudi tako, da se bo rotor premikal natančno 15 ° za vsak impulz električne energije, ki ga motor prejme.

Načelo gradnje in dela

The konstrukcija koračnega motorja je pošteno povezano z a Enosmerni motor . Vključuje trajni magnet, kot je rotor, ki je na sredini in se bo obrnil, ko nanj začne delovati sila. Ta rotor je zaprt s št. statorja, ki je navit skozi magnetno tuljavo. Stator je nameščen blizu rotorja, tako da lahko magnetna polja znotraj statorjev nadzorujejo gibanje rotorja.

Koračni motor

Koračni motor lahko nadzorujete tako, da vsak stator napajate enega za drugim. Tako se bo stator magnetiziral in deloval kot elektromagnetni pol, ki uporablja odbojno energijo na rotorju, da se premakne naprej. Alternativno namakanje in razmagnetenje statorja bo rotor postopoma premikalo in mu omogočilo, da se vrti z velikim nadzorom.

The Način delovanja koračnega motorja je elektromagnetizem. Vključuje rotor, ki je izdelan s trajnim magnetom, medtem ko je stator z elektromagneti. Ko je napajanje navitja statorja zagotovljeno, se bo magnetno polje razvilo znotraj statorja. Zdaj se bo rotor v motorju začel premikati z vrtljivim magnetnim poljem statorja. To je torej temeljno načelo delovanja tega motorja.

Gradnja koračnih motorjev

V tem motorju je mehko železo, ki je zaprto skozi elektromagnetni stator. Polovi statorja in rotorja niso odvisni od vrste koraka. Ko so statorji tega motorja pod napetostjo, se bo rotor zasukal, da se bo poravnal s statorjem, sicer se obrne, da bo imel najmanj razmika med statorjem. Na ta način se statorji zaporedno aktivirajo za vrtenje koračnega motorja.

Vozne tehnike

Tehnika vožnje s koračnim motorjem s so lahko zaradi nekaterih kompleksnih načrtov mogoča pri nekaterih posebnih vezjih. Obstaja več načinov za pogon tega motorja, nekateri od njih so obravnavani v nadaljevanju na primeru štirifaznega koračnega motorja.

Način enojnega vzbujanja

Osnovni način vožnje koračnega motorja je način enojnega vzbujanja. To je stara metoda, ki se trenutno ne uporablja veliko, vendar je treba vedeti o tej tehniki. Pri tej tehniki se vsaka faza, sicer stator drug ob drugem, sproži ena za drugo, alternativno s posebnim vezjem. To bo magnetiziralo in razmagnetilo stator za premikanje rotorja naprej.

Pogon v celoti

Pri tej tehniki se hkrati aktivira dva statorja namesto enega v zelo krajšem časovnem obdobju. Ta tehnika povzroči velik navor in omogoča motorju, da poganja veliko obremenitev.

Polstopenjski pogon

Ta tehnika je dokaj povezana s pogonom v polnem koraku, ker bosta statorja razporejena drug ob drugem, tako da se bo najprej aktiviral, tretji pa po tem. Ta vrsta cikla za preklop dveh statorjev najprej in po tem tretjem statorju bo poganjala motor. Ta tehnika bo izboljšala ločljivost koračnega motorja in hkrati zmanjšala navor.

Mikro koraki

Ta tehnika se zaradi svoje natančnosti najpogosteje uporablja. Spremenljiv koračni tok bo napajal do vezje gonilnika koračnega motorja proti statorskim tuljavam v obliki sinusne valovne oblike. Natančnost vsakega koraka lahko poveča ta majhen tok koraka. Ta tehnika se pogosto uporablja, ker zagotavlja visoko natančnost in v veliki meri zmanjšuje hrup pri delovanju.

Krog koračnega motorja in njegovo delovanje

Koračni motorji delujejo drugače kot Enosmerni krtačni motorji , ki se zasukajo, ko na njihove sponke deluje napetost. Koračni motorji pa imajo večkratno zobne elektromagnete, razporejene okoli osrednjega železa v obliki zobnika. Elektromagnete napaja zunanje krmilno vezje, na primer mikrokrmilnik.

Krog koračnega motorja

Da se gred motorja zavrti, dobi najprej en elektromagnet moč, zaradi česar zobniki zobnika magnetno privlačijo zobe elektromagneta. Ko so zobniki zobnika tako poravnani na prvi elektromagnet, so rahlo odmaknjeni od naslednjega elektromagneta. Torej, ko je naslednji elektromagnet vklopljen in prvi izklopljen, se orodje rahlo zavrti, da se poravna z naslednjim in od tam postopek ponovi. Vsako od teh rahlih rotacij imenujemo korak, pri čemer celo število korakov naredi popolno rotacijo.

Na ta način lahko motor natančno zavrti. Koračni motor se ne vrti neprekinjeno, vrtijo se v korakih. Obstajajo 4 tuljave z 90^alikot med seboj pritrjen na statorju. Povezave koračnega motorja se določijo z načinom medsebojnega povezovanja tuljav. V koračnem motorju tuljave niso povezane. Motor ima 90^alikorak vrtenja, pri čemer se tuljave napajajo v cikličnem vrstnem redu, kar določa smer vrtenja gredi.

Delovanje tega motorja je prikazano s pritiskom na stikalo. Tuljave se aktivirajo zaporedno v intervalih po 1 s. Gred se vrti za 90^alivsakič, ko se aktivira naslednja tuljava. Njegov navor pri nizki hitrosti se bo neposredno spreminjal glede na tok.

Vrste koračnih motorjev

Obstajajo tri glavne vrste koračnih motorjev, in sicer:

• Steper s trajnim magnetom
• Hibridni sinhroni steper
• Korak s spremenljivo odpornostjo

Koračni motor s trajnim magnetom

Motorji s trajnimi magneti uporabljajo trajni magnet (PM) v rotorju in delujejo na privlačnost ali odbijanje med rotorskim PM in statorskimi elektromagneti.

To je najpogostejši tip koračnih motorjev v primerjavi z različnimi vrstami koračnih motorjev, ki so na voljo na trgu. Ta motor vključuje trajne magnete v konstrukciji motorja. Ta vrsta motorja je znana tudi kot motor iz pločevinke / pločevinke. Glavna prednost tega koračnega motorja so manjši proizvodni stroški. Za vsako revolucijo ima 48–24 korakov.

Koračni motor s spremenljivo odpornostjo

Motorji s spremenljivo odpornostjo (VR) imajo navaden železni rotor in delujejo po načelu, da se minimalna odpornost pojavi z minimalnim razmikom, zato se točke rotorja privlačijo proti magnetnim polom statorja.

Koračni motor, kot je spremenljiva odpornost, je osnovni tip motorja in se uporablja že vrsto let. Kot že ime pove, je kotni položaj rotorja odvisen predvsem od odpornosti magnetnega vezja, ki se lahko tvori med zobmi statorja in rotorja.

Hibridni sinhroni koračni motor

Hibridni koračni motorji so poimenovani zato, ker za doseganje največje moči v majhnih pakiranjih uporabljajo kombinacijo tehnik trajnega magneta (PM) in spremenljive odpornosti (VR).

Najbolj priljubljena vrsta motorja je hibridni koračni motor ker daje dobre zmogljivosti v primerjavi z rotorjem s trajnimi magneti glede na hitrost, ločljivost koraka in zadrževalni navor. Toda ta vrsta koračnih motorjev je draga v primerjavi s koračnimi motorji s trajnimi magneti. Ta motor združuje značilnosti koračnih motorjev s trajnimi magneti in spremenljivimi odpornostmi. Ti motorji se uporabljajo tam, kjer je potreben manjši kot koraka, na primer 1,5, 1,8 in 2,5 stopinje.

Kako izbrati koračni motor?

Preden za svoje potrebe izberete koračni motor, je zelo pomembno, da preučite krivuljo navora in hitrosti motorja. Torej so te informacije na voljo pri oblikovalcu motorja in so grafični simbol navora motorja pri določeni hitrosti. Krivulja navora in hitrosti motorja se mora natančno ujemati s potrebami aplikacije, sicer pričakovane zmogljivosti sistema ni mogoče doseči.

Vrste ožičenja

Koračni motorji so praviloma dvofazni motorji, kot so unipolarni, sicer bipolarni. Za vsako fazo v enopolarnem motorju sta dva navitja. Tu je sredinsko prislonjeno običajno vodilo med dvema navitjema proti polu. Enopolni motor ima od 5 do 8 vodnikov.

V konstrukciji, kjer sta skupna dela dveh polov razdeljena, ne glede na to, da je središčni, ta koračni motor vključuje šest vodnikov. Če so dvopolne sredinske pipe kratke znotraj, potem ta motor vključuje pet vodnikov. Unipolarni z 8 vodniki bo olajšal serijsko in vzporedno povezavo, medtem ko ima motor s petimi ali šestimi vodniki serijsko povezavo statorske tuljave. Delovanje unipolarnega motorja je mogoče poenostaviti, ker med upravljanjem z njimi ni potrebe po obračanju toka znotraj pogonskega kroga, ki so znani kot dvofilarni motorji.

V bipolarnem koračnem motorju je za vsak pol en sam navit. Smer dovajanja se mora skozi pogonski krog spremeniti, tako da bo postalo zapleteno, zato se ti motorji imenujejo enofilarni motorji.

Krmiljenje koračnega motorja s spremenljivimi impulzi ure

Krmiljenje koračnega motorja vezje je preprosto in poceni vezje, ki se večinoma uporablja v aplikacijah z nizko porabo energije. Vezje je prikazano na sliki, ki jo sestavlja 555 merilnikov časa IC kot stabilen multi-vibrator. Pogostost se izračuna z uporabo danega razmerja.

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

Krmiljenje koračnega motorja s spremenljivimi impulzi ure

Izhod časovnika se uporablja kot ura za dve 7474 dvojni natikači „D“ (U4 in U3), konfigurirani kot števec obročev. Ko je napajanje prvotno vklopljeno, je nastavljen samo prvi flip-flop (tj. Izhod Q na zatiču 5 U3 bo logičen '1'), ostale tri natikače pa se ponastavijo (tj. Izhod Q je logičen 0). Po prejemu urnega impulza se logični izhod '1' prvega flip-flopa premakne na drugi flip-flop (pin 9 U3).

Tako se izhod logike 1 krožno premika z vsakim urnim impulzom. Q-izhodi vseh štirih natikačev so ojačani z nizki tranzistorji Darling tone znotraj ULN2003 (U2) in povezani z navitji koračnega motorja oranžne, rjave, rumene, črne do 16, 15,14, 13 ULN2003 in rdeče do + ve zaloga.

Skupna točka navitja je priključena na napajanje + 12V enosmernega toka, ki je prav tako priključeno na zatič 9 ULN2003. Barvna koda, ki se uporablja za navitja, se lahko razlikuje od znamke do znamke. Ko je napajanje vklopljeno, se krmilni signal, priključen na zatič SET prvega natikača in zatiči CLR ostalih treh natikačev, aktivira 'nizko' (zaradi vezja ob vklopu, ki ga tvori R1 -C1 kombinacija) za nastavitev prve natikače in ponastavitev preostalih treh natikačev.

Ob ponastavitvi gre Q1 IC3 'visoko', medtem ko so vsi ostali izhodi Q 'nizki'. Zunanjo ponastavitev lahko aktivirate s pritiskom na stikalo za ponastavitev. S pritiskom na stikalo za ponastavitev lahko zaustavite koračni motor. Motor se spet začne vrteti v isto smer s sprostitvijo stikala za ponastavitev.

Razlika med koračnim motorjem in servo motorjem

Servo motorji so primerni za aplikacije z visokim navorom in vrtilno frekvenco, koračni motor pa je cenejši, zato se uporabljajo tam, kjer je potreben visok zadrževalni navor, pospešek z nizkim do srednjega, odprtost sicer zaprte zanke. Razlika med koračnim motorjem in servo motorjem vključuje naslednje.

Koračni motor proti enosmernemu motorju

Koračni in enosmerni motorji se uporabljajo v različnih industrijskih aplikacijah, vendar so glavne razlike med tema dvema motorjema nekoliko zmedene. Tukaj navajamo nekaj skupnih značilnosti teh dveh modelov. Vsaka značilnost je obravnavana v nadaljevanju.

Parametri koračnega motorja

Parametri koračnega motorja v glavnem vključujejo kot koraka, korake za vsak obrat, korake za vsako sekundo in vrtljaje na minuto.

Korak koraka

Korak koraka koračnega motorja lahko definiramo kot kota, pod katerim se rotor motorja obrne, ko je en vhod statorja podan en sam impulz. Ločljivost motorja lahko definiramo kot število korakov motorja in število vrtljajev rotorja.

Ločljivost = število korakov / število vrtljajev rotorja

Za razporeditev motorja je mogoče določiti kot koraka in je izražen v stopinjah. Ločljivost motorja (številka koraka) je št. korakov, ki se naredijo v enem vrtljaju rotorja. Ko je kot koraka motorja majhen, je ločljivost velikega položaja naprave.

Natančnost razporeditve predmetov skozi ta motor je v glavnem odvisna od ločljivosti. Ko je ločljivost visoka, bo natančnost nizka.

Nekateri motorji z natančnostjo lahko ustvarijo 1000 korakov v enem vrtljaju, vključno z 0,36 stopinj kotnega kota. Tipičen motor vključuje 1,8 stopinj kota koraka z 200 koraki za vsak obrat. Različni koti korakov, kot so 15 stopinj, 45 stopinj in 90 stopinj, so zelo pogosti pri običajnih motorjih. Število kotov se lahko spremeni z dveh na šest in majhen kot koraka je mogoče doseči s pomočjo rež z drobnimi drogovi.

Koraki za vsako revolucijo

Korake za vsako ločljivost lahko definiramo kot število kotov korakov, ki so potrebni za celoten obrat. Formula za to je 360 ​​° / kot koraka.

Koraki za vsako sekundo

Ta vrsta parametra se uporablja predvsem za merjenje števila korakov, zajetih v vsaki sekundi.

Revolucija na minuto

RPM je število vrtljajev na minuto. Uporablja se za merjenje frekvence vrtljajev. Torej z uporabo tega parametra lahko izračunamo število vrtljajev v eni minuti. Glavna povezava med parametri koračnega motorja je naslednja.

Koraki za vsako sekundo = vrtljaji na minuto x koraki na revolucijo / 60

Povezava koračnega motorja z mikrokrmilnikom 8051

Povezava koračnega motorja z 8051 je zelo preprosta z uporabo treh načinov, kot so valovni pogon, pogon s polnim korakom in polstopenjski pogon, tako da 0 in 1 damo na štiri žice motorja, glede na to, kateri način pogona moramo izbrati za delovanje tega motorja.

Preostali dve žici morata biti priključeni na napetost. Tu se uporablja enopolarni koračni motor, kjer so štirje konci tuljav povezani s primarnimi štirimi zatiči priključka-2 v mikrokrmilniku z uporabo ULN2003A.

Ta mikrokrmilnik ne dobavlja dovolj toka za pogon tuljav, zato je trenutnemu IC-ju gonilnika všeč ULN2003A. Uporabiti je treba ULN2003A, ki je zbirka 7 parov NPN tranzistorjev Darlington. Oblikovanje Darlingtonovega para se lahko izvede z dvema bipolarnima tranzistorjema, ki sta povezana za doseganje največjega ojačenja toka.

V IC gonilnika ULN2003A so vhodni zatiči 7, izhodni zatiči 7, pri čemer sta dva zatiča za napajalnike in ozemljitvene sponke. Tu se uporabljajo 4-vhodni in 4-izhodni zatiči. Kot alternativa ULN2003A se L293D IC uporablja tudi za ojačanje toka.

Zelo previdno morate opazovati dve skupni žici in štiri žice tuljave, sicer se koračni motor ne bo obrnil. To lahko opazimo z merjenjem upora preko multimetra, vendar multimeter med dvema fazama žic ne bo prikazal nobenih odčitkov. Ko sta skupna žica in drugi dve žici v enaki fazi, mora pokazati podoben upor, medtem ko bosta zaključni točki obeh tuljav v podobni fazi pokazali dvojno odpornost v primerjavi z odpornostjo med skupno točko in eno končno točko.

Odpravljanje težav

• Odpravljanje težav je postopek preverjanja stanja motorja, ali motor deluje ali ne. Naslednji kontrolni seznam se uporablja za odpravljanje težav s koračnim motorjem.
• Najprej preverite povezave in kodo vezja.
• Če je v redu, nato preverite, ali motor dobiva pravilno napetost, sicer pa preprosto vibrira, vendar se ne vrti.
• Če je napetost v redu, preverite končne točke štirih tuljav, ki so povezane z IC ULN2003A.
• Najprej odkrijte dve splošni končni točki in jih pritrdite na napajanje 12v, nato pa preostale štiri žice pritrdite na IC ULN2003A. Dokler se koračni motor ne zažene, preizkušajte vse možne kombinacije. Če povezava tega ni pravilna, bo ta motor vibriral namesto vrtečega se.

Ali lahko koračni motorji neprekinjeno delujejo?

Na splošno vsi motorji neprekinjeno delujejo ali se vrtijo, vendar se večina motorjev ne more ustaviti, medtem ko je pod napetostjo. Ko poskušate omejiti gred motorja, ko je pod napajanjem, bo zagorel ali se zlomil.

Koračni motorji so tudi zasnovani tako, da naredijo ločen korak, nato pa spet počakajo in tam ostanejo. Če želimo, da motor ostane na enem mestu manj časa, preden ponovno stopimo, bo videti, kot da se neprekinjeno vrti. Poraba energije teh motorjev je velika, toda do izgube moči pride v glavnem, ko se motor ustavi ali je zasnovan slabo, potem obstaja možnost pregrevanja. Zaradi tega se tok motorja pogosto zmanjša, ko je motor dlje časa v zadrževalnem položaju.

Glavni razlog je, da se motor, ko se vrti, lahko spremeni v vhodni električni del na mehansko moč. Ko se motor med vrtenjem ustavi, lahko vso vhodno moč spremenite v toploto na notranji strani tuljave.

Prednosti

The prednosti koračnega motorja vključujejo naslednje.

• Robustnost
• Preprosta konstrukcija
• Lahko deluje v krmilnem sistemu z odprto zanko
• Vzdrževanje je nizko
• Deluje v vsaki situaciji
• Zanesljivost je velika
• Kot vrtenja motorja je sorazmeren vhodnemu impulzu.
• Motor ima poln navor v mirovanju.
• Natančno pozicioniranje in ponovljivost gibanja, saj imajo dobri koračni motorji natančnost 3 - 5% koraka, ta napaka pa se ne kopiči med koraki.
• Odličen odziv na speljevanje, ustavljanje in vzvratno vožnjo.
• Zelo zanesljivo, saj v motorju ni kontaktnih ščetk. Zato je življenjska doba motorja preprosto odvisna od življenjske dobe ležaja.
• Odziv motorja na digitalne vhodne impulze zagotavlja krmiljenje z odprto zanko, zaradi česar je motor enostavnejši in cenejši za upravljanje.
• Sinhrono vrtenje z nizko hitrostjo je mogoče doseči z obremenitvijo, ki je neposredno povezana z gredjo.
• Ustvari se lahko širok razpon vrtilnih hitrosti, saj je hitrost sorazmerna s frekvenco vhodnih impulzov.

Slabosti

The pomanjkljivosti koračnega motorja vključujejo naslednje.

• Učinkovitost je nizka
• Navor motorja hitro upada s hitrostjo
• Natančnost je nizka
• Povratne informacije se ne uporabljajo za določanje morebitnih zgrešenih korakov
• Majhen navor proti razmerju vztrajnosti
• Izredno hrupno
• Če motor ni pravilno krmiljen, lahko pride do resonance
• Delovanje tega motorja pri zelo visokih hitrostih ni enostavno.
• Potrebno je namensko krmilno vezje
• V primerjavi z enosmernimi motorji uporablja več toka

Aplikacije

The uporaba koračnega motorja vključujejo naslednje.

1. Industrijski stroji - Koračni motorji se uporabljajo v avtomobilskih merilnikih in avtomatizirani proizvodni opremi za obdelovalne stroje.
2. Varnost - novi nadzorni izdelki za varnostno industrijo.
3. Medicinsko - Koračni motorji se uporabljajo znotraj medicinskih skenerjev, vzorčevalnikov in jih najdemo tudi znotraj digitalne zobne fotografije, črpalk za tekočino, respiratorjev in naprav za analizo krvi.
4. Zabavna elektronika - Koračni motorji v fotoaparatih za samodejno funkcijo digitalnega ostrenja in povečave.

Imajo tudi aplikacije za poslovne stroje in računalniške zunanje naprave.

Tu gre torej za to pregled koračnega motorja kot so gradnja, načelo dela, razlike, prednosti, slabosti in njene uporabe. Zdaj imate idejo o vrstah super motorjev in njihovi uporabi, če imate kakršna koli vprašanja o tej temi ali o električnih in elektronski projekti pustite komentarje spodaj.

Foto kredit

• Stepper Motor by MST