Ce este motorul pas cu pas și cum funcționează

De la un simplu DVD player sau imprimantă în casa ta până la o mașină CNC extrem de sofisticată sau Robotic Arm, motoarele Stepper se găsesc aproape peste tot. Capacitatea sa de a face mișcări precise controlate electronic au făcut ca aceste motoare să fie aplicate în multe felide, cum ar fi camerele de supraveghere, hard disk-ul, mașinile CNC, imprimantele 3D, robotica, roboții de asamblare, tăietorii laser și multe altele. În acest articol, să învățăm ce face ca aceste motoare să fie speciale și teoria din spatele acestuia. Vom învăța cum să folosim una pentru aplicația dvs.

Introducere în motoarele pas cu pas

La fel ca toate motoarele, motoarele pas cu pas au și un stator și un rotor, dar spre deosebire de un motor DC normal, statorul este format din seturi individuale de bobine. Numărul de bobine va diferi în funcție de tipul de motor pas cu pas, dar deocamdată înțelegeți că într-un motor pas cu pas rotorul este format din poli metalici și fiecare pol va fi atras de un set de bobine în stator. Diagrama de mai jos prezintă un motor pas cu pas cu 8 poli de stator și 6 poli de rotor.

Dacă aruncați o privire la bobinele de pe stator, acestea sunt aranjate în termeni de perechi de bobine, cum ar fi A și A „formează o pereche B și B” formează o pereche și așa mai departe. Deci fiecare dintre aceste perechi de bobine formează un electromagnet și pot fi alimentate individual folosind un circuit de driver. Când o bobină se energizează, acționează ca un magnet și polul rotorului se aliniază la acesta, când rotorul se rotește pentru a se regla pentru a se alinia cu statorul, este numit un singur pas. În mod similar, energizând bobinele într-o secvență, putem roti motorul în pași mici pentru a face o rotație completă.

Tipuri de motoare pas cu pas

Există în principal trei tipuri de motoare pas cu pas bazate pe construcție, care sunt:

• Motor pas cu pas cu reticență variabilă: au rotor cu miez de fier care este atras către polii statorului și asigură mișcare prin reticență minimă între stator și rotor.
• Motor pas cu pas cu magnet permanent: au rotor cu magnet permanent și sunt respinși sau atrași spre stator în funcție de impulsurile aplicate.
• Motor pas cu pas sincron hibrid: Sunt o combinație de reticență variabilă și motor pas cu pas cu magnet permanent.

În afară de aceasta, putem clasifica și motoarele pas cu pas ca fiind unipolare și bipolare pe baza tipului de înfășurare a statorului.

• Motor pas cu pas bipolar: bobinele statorice pe acest tip de motor nu vor avea un fir comun. Conducerea acestui tip de motor pas cu pas este diferită și complexă și, de asemenea, circuitul de conducere nu poate fi proiectat cu ușurință fără un microcontroler.
• Motor pas cu pas unipolar: În acest tip de motor pas cu pas putem lua bara centrală a ambelor înfășurări de fază pentru un teren comun sau pentru o putere comună, așa cum se arată mai jos. Acest lucru facilitează acționarea motoarelor, există și multe tipuri de motoare pas cu pas Unipolar

Bine, deci spre deosebire de un motor DC normal, acesta are cinci fire de toate culorile fanteziste care ies din el și de ce este așa? Pentru a înțelege acest lucru, ar trebui să știm mai întâi cum este un pas cu pas pe care l-am discutat deja. Mai întâi de toate motoarele pas cu pas nu se rotesc, pasesc și așa că sunt cunoscute și sub numele de motoare pas cu pas. Adică, se vor mișca doar un pas la rând. Aceste motoare au o secvență de bobine prezente în ele și aceste bobine trebuie să fie alimentate într-un mod special pentru a face motorul să se rotească. Când fiecare bobină este alimentată, motorul face un pas și o secvență de energizare îl va face să facă pași continui, făcându-l astfel să se rotească. Să aruncăm o privire asupra bobinelor prezente în interiorul motorului pentru a ști exact de unde provin aceste fire.

După cum puteți vedea, motorul are un aranjament unipolar cu 5 conductoare. Există patru bobine care trebuie alimentate într-o anumită secvență. Firele roșii vor fi furnizate cu + 5V, iar restul de patru fire vor fi trase la sol pentru declanșarea bobinei respective. Folosim orice microcontroler pentru a energiza aceste bobine într-o anumită secvență și pentru a face motorul să efectueze numărul necesar de pași. Din nou, există multe secvențe pe care le puteți utiliza, în mod normal se folosește un 4-pas și pentru un control mai precis poate fi utilizat și un control în 8 pași . Tabelul de secvențe pentru controlul în 4 trepte este prezentat mai jos.

Etapa	Bobină energizată
Pasul 1	A și B
Pasul 2	B și C
Pasul 3	C și D
Pasul 4	D și A

Deci acum, de ce acest motor este numit 28-BYJ48 ? Serios!!! Nu știu. Nu există niciun motiv tehnic pentru care acest motor să fie numit astfel; poate că nu ar trebui să ne scufundăm mult mai adânc în el. Să ne uităm la câteva dintre datele tehnice importante obținute din fișa tehnică a acestui motor în imaginea de mai jos.

Acesta este un cap plin de informații, dar trebuie să ne uităm la câteva importante pentru a ști ce tip de stepper folosim, astfel încât să îl putem programa eficient. Mai întâi știm că este un motor pas cu pas de 5V, deoarece energizăm firul roșu cu 5V. Apoi, știm, de asemenea, că este un motor pas cu patru faze, deoarece avea patru bobine în el. Acum, raportul de transmisie este de 1:64. Aceasta înseamnă că arborele pe care îl vedeți în exterior va face o rotație completă numai dacă motorul din interior se rotește de 64 de ori. Acest lucru se datorează angrenajelor care sunt conectate între motor și arborele de ieșire, aceste angrenaje ajută la creșterea cuplului.

O altă informație importantă de remarcat este unghiul de pas: 5,625 ° / 64. Aceasta înseamnă că motorul atunci când funcționează în secvența de 8 pași se va deplasa cu 5,625 grade pentru fiecare pas și va dura 64 de pași (5,625 * 64 = 360) pentru a finaliza o rotație completă.

Calculul pașilor pe revoluție pentru motorul pas cu pas

Este important să știți cum să calculați pașii pe Revoluție pentru motorul dvs. pas cu pas, deoarece numai atunci îl puteți programa / conduce eficient.

Să presupunem că vom acționa motorul în secvența în 4 pași, astfel încât unghiul de pas va fi de 11,25 °, deoarece este de 5,625 ° (dat în foaia tehnică) pentru secvența de 8 pași, va fi de 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Pași pe rotație = 360 / unghi de pas Aici, 360 / 11,25 = 32 pași pe rotație.

De ce avem nevoie de module Driver pentru motoare pas cu pas?

Majoritatea motoarelor pas cu pas vor funcționa numai cu ajutorul unui modul driver. Acest lucru se datorează faptului că modulul controlerului (microcontroler / circuit digital) nu va putea furniza suficient curent de la pinii I / O pentru ca motorul să funcționeze. Deci vom folosi un modul extern precum modulul ULN2003 ca driver de motor pas cu pas. Există o mulțime de tipuri de module de driver și ratingul unuia se va modifica în funcție de tipul de motor utilizat. Principiul principal pentru toate modulele de comandă va fi să furnizeze / scufunda suficient curent pentru ca motorul să funcționeze. În afară de aceasta, există și module de driver care au logica pre-programată, dar nu vom discuta despre aceasta aici.

Dacă sunteți curioși să știți cum să rotiți un motor pas cu pas folosind un microcontroler și un driver IC, atunci am acoperit multe articole despre funcționarea acestuia cu diferite microcontrolere:

• Interfațarea motorului pas cu pas cu Arduino Uno
• Interfațarea motorului pas cu pas cu STM32F103C8
• Interfațarea motorului pas cu pas cu microcontrolerul PIC
• Interfațarea motorului pas cu pas cu MSP430G2
• Interfațarea motorului pas cu pas cu microcontrolerul 8051
• Control motor pas cu pas cu Raspberry Pi

Acum cred că aveți suficiente informații pentru a controla orice motor pas cu pas de care aveți nevoie pentru proiectul dvs. Să aruncăm o privire la avantajul și dezavantajul motoarelor Stepper.

Avantajele motoarelor pas cu pas

Un avantaj major al motorului pas cu pas este că are un control excelent al poziției și, prin urmare, poate fi utilizat pentru o aplicare precisă a controlului. De asemenea, are un cuplu de reținere foarte bun, ceea ce îl face o alegere ideală pentru aplicații robotizate. Motoarele pas cu pas sunt, de asemenea, considerate a avea o durată de viață ridicată decât motorul normal sau servo.

Dezavantaje ale motoarelor pas cu pas

La fel ca toate motoarele, motoarele Stepper au și propriile sale dezavantaje, deoarece se rotește făcând pași mici, nu poate atinge viteze mari. De asemenea, consumă energie pentru menținerea cuplului chiar și atunci când este ideal, crescând astfel consumul de energie.