Mi a léptető motor: típusai és működése

A léptetőmotor egy elektromechanikus eszköz, amely az elektromos energiát mechanikává alakítja. Ez egy kefe nélküli, szinkron villanymotor, amely a teljes forgást nagyszámú lépésre képes felosztani. A motor helyzete bármiféle visszacsatolási mechanizmus nélkül pontosan szabályozható, amennyiben a motort gondosan méretezik az alkalmazáshoz. A léptető motorok hasonlóak a kapcsolóhoz vonakodási motorok. A léptetőmotor a mágnesek működésének elméletét használja arra, hogy a motor tengelye pontos távolságot fordítson, amikor villamos impulzus adódik. Az állórész nyolc pólusú, a rotor pedig hat pólusú. A rotorhoz 24 impulzus villamos energiára lesz szükség, hogy a 24 lépést egy teljes fordulat eléréséhez mozgassa. Ennek másik módja az, hogy a rotor pontosan 15 ° -kal mozog minden egyes villamos impulzusra, amelyet a motor fogad.

Építési és működési elv

Az léptetőmotor építése meglehetősen összefügg a DC motor . Tartalmaz egy állandó mágnest, mint a rotor, amely a közepén van, és meg fog fordulni, ha erő hat rá. Ez a rotor egy sz. az állórésznek, amelyet mágneses tekercsen keresztül tekercselnek át rajta. Az állórész a rotor közelében van elrendezve, így a sztórokon belüli mágneses mezők szabályozhatják a rotor mozgását.

Léptetőmotor

A léptetőmotor úgy vezérelhető, hogy minden állórészt egyesével bekapcsol. Tehát az állórész mágnesezik és úgy működik, mint egy elektromágneses pólus, amely a rotoron visszataszító energiát használ az előrelépéshez. Az állórész alternatív mágnesezése és demagnetizálása fokozatosan elmozdítja a forgórészt, és lehetővé teszi, hogy nagy irányítással forduljon át.

Az léptetőmotor működési elve az elektromágnesesség. Tartozéka egy állandó mágneses rotor, míg az állórész elektromágneses. Miután az állórész tekercsét ellátjuk, akkor az állórészen belül kialakul a mágneses mező. Most a motorban lévő rotor elkezd mozogni az állórész forgó mágneses mezőjével. Tehát ez a motor alapvető működési elve.

Léptetőmotor építése

Ebben a motorban van egy puha vas, amely az elektromágneses állórészeken keresztül van bezárva. Az állórész és a rotor pólusai nem függenek a léptető fajtájától. Amint ennek a motornak az állórészei be vannak kapcsolva, a rotor forog, hogy beálljon az állórészhez, különben megfordul, hogy a legkevesebb rés legyen az állórészen. Ily módon a statorok sorozatban aktiválódnak a léptetőmotor forgatásához.

Vezetési technikák

Léptetőmotoros vezetési technika s néhány speciális áramkörrel komplex kialakításuk miatt lehetségesek. Ennek a motornak a meghajtására többféle módszer létezik, amelyek közül néhányat az alábbiakban tárgyalunk egy példával egy négyfázisú léptető motorra.

Egyetlen gerjesztés mód

A léptetőmotor vezetésének alapvető módszere egyetlen gerjesztési mód. Ez egy régi módszer, és jelenleg nem nagyon használják, de tudnia kell erről a technikáról. Ebben a technikában minden fázis, különben az állórész egymás mellett, külön-külön, külön áramkörrel aktiválódik. Ez mágnesezi és mágnesezi az állórészt, hogy a rotort előre mozgassa.

Teljes lépés

Ebben a technikában egyszerre két statort aktiválnak, egy helyett, nagyon rövid idő alatt. Ez a technika nagy nyomatékot eredményez, és lehetővé teszi a motor számára a nagy terhelés meghajtását.

Half Step Drive

Ez a technika meglehetősen összefügg a teljes lépésű hajtással, mivel a két állórészt egymás mellett helyezzük el, így először az aktiválódik, míg a harmadik ezután aktiválódik. Ez a fajta ciklus két állórész kapcsolására először és a harmadik állórész után hajtja a motort. Ez a technika javítja a léptetőmotor felbontását, miközben csökkenti a nyomatékot.

Mikro lépés

Ezt a technikát pontossága miatt használják leggyakrabban. A változó lépésáramot a léptetőmotor-meghajtó áramkör szinuszos hullámforma formájában lévő állórész tekercsek felé. Minden lépés pontosságát növelheti ez a kis lépésáram. Ezt a technikát széles körben használják, mert nagy pontosságot biztosít, valamint nagymértékben csökkenti az üzemi zajt.

Léptetőmotor áramköre és működése

A léptető motorok eltérően működnek DC kefe motorok , amelyek akkor forognak, amikor feszültséget kapcsolnak a kapcsaikra. A léptetőmotorokban viszont több fogazott elektromágnes van elrendezve egy központi fogaskerék alakú vasdarab körül. Az elektromágneseket egy külső vezérlő áramkör táplálja, például egy mikrovezérlő.

Léptető motor áramköre

Ahhoz, hogy a motor tengelye megforduljon, először egy elektromágnes kap áramot, ami a fogaskerék fogait mágnesesen vonzza az elektromágnes fogaihoz. Abban a pontban, amikor a fogaskerék fogai így az első elektromágneshez igazodnak, kissé eltolódnak a következő elektromágnestől. Tehát amikor a következő elektromágnest bekapcsolják, és az elsőt kikapcsolják, a fogaskerék kissé forog, hogy igazodjon a következőhöz, és onnan megismétlődik a folyamat. Ezeket az enyhe elfordulásokat lépésnek nevezzük, ahol a lépések egész száma teljes körű elfordulást eredményez.

Ily módon a motort pontosan lehet forgatni. A léptetőmotor nem folyamatosan, hanem lépésenként forog. 4 tekercs van 90-tel^vagyaz állórészre rögzített szög egymás között. A léptetőmotor csatlakozásait a tekercsek összekapcsolásának módja határozza meg. Léptetőmotorban a tekercsek nincsenek összekapcsolva. A motor 90-es^vagyforgási lépés a tekercsek ciklikus sorrendben történő áramellátásával, meghatározva a tengely forgási irányát.

Ennek a motornak a működését a kapcsoló működtetése mutatja. A tekercsek sorozatosan, 1 másodperces időközönként aktiválódnak. A tengely 90-et forog^vagyminden egyes alkalommal, amikor a következő tekercs aktiválódik. Alacsony fordulatszámú nyomatéka közvetlenül változik az áramtól.

A léptetőmotor típusai

A léptetőmotoroknak három fő típusa van:

• Állandó mágneses léptető
• Hibrid szinkron léptető
• Változtatható vonakodás léptető

Állandó mágnes léptető motor

Az állandó mágneses motorok állandó mágnest (PM) használnak a rotorban, és működtetik a PM rotor és az állórész elektromágnesei közötti vonzást vagy taszítást.

Ez a leggyakoribb léptetőmotor, összehasonlítva a piacon elérhető különféle típusú léptetőmotorokkal. Ez a motor állandó mágneseket tartalmaz a motor felépítésében. Ez a fajta motor konzervdoboz / dobozos motor néven is ismert. Ennek a léptetőmotornak a fő előnye az alacsonyabb gyártási költség. Minden forradalomhoz 48–24 lépés jár.

Változtatható reluktivitású léptető motor

A változó reluktivitású (VR) motorok sima vas rotorral rendelkeznek, és azon az elven működnek, hogy a minimális reluktivitás minimális hézaggal fordul elő, ezért a rotor pontjai az állórész mágnes pólusai felé vonzódnak.

A léptető motor, mint a változó vonakodás, a motor alapvető típusa, és az elmúlt évek során használják. Ahogy a neve is sugallja, a rotor szöghelyzete főleg a mágneses áramkör vonakodásától függ, amely az állórész és egy rotor fogai között kialakulhat.

Hibrid szinkron léptetőmotor

A hibrid léptetőmotorokat azért nevezték el, mert állandó mágneses (PM) és változó reluktancia (VR) technikák kombinációját használják a maximális teljesítmény elérésére kis csomagméretekben.

A legnépszerűbb motortípus a hibrid léptetőmotor mert sebességet, lépésfelbontást és tartási nyomatékot tekintve jó teljesítményt nyújt egy állandó mágneses rotorhoz képest. De ez a típusú léptetőmotor drága az állandó mágneses léptetőmotorokhoz képest. Ez a motor ötvözi mind az állandó mágneses, mind a változó reluktivitású léptetőmotorok jellemzőit. Ezeket a motorokat olyan helyeken használják, ahol kisebb léptetőszög szükséges, például 1,5, 1,8 és 2,5 fok.

Hogyan válasszuk ki a léptető motort?

Mielőtt léptetőmotort választana az Ön igényeinek, nagyon fontos megvizsgálni a motor nyomaték-sebesség görbéjét. Tehát ez az információ a motor tervezőjétől érhető el, és ez egy grafikus szimbólum a motor meghatározott fordulatszámú nyomatékáról. A motor nyomaték-fordulatszám-görbéjének szorosan meg kell egyeznie az alkalmazás szükségleteivel, különben a rendszer várható teljesítménye nem érhető el.

A vezetékek típusai

A léptetőmotorok általában kétfázisú motorok, mint az egypólusú, egyébként bipoláris motorok. Az unipoláris motor minden fázisához két tekercs van. Itt a középre csapolt egy közös vezetés két tekercs között egy oszlop felé. Az unipoláris motor 5-8 vezetékkel rendelkezik.

A felépítésben, ahol két pólus közös el van osztva, bármennyire középen csapolva, ez a léptető motor hat vezetéket tartalmaz. Ha a kétpólusú középcsapok belül rövidek, akkor ez a motor öt vezetéket tartalmaz. A 8 vezetékes Unipolar megkönnyíti a soros és párhuzamos csatlakozást, míg az öt- vagy hatvezetékes motor állórész tekercs soros csatlakozással rendelkezik. Az unipoláris motor működése leegyszerűsíthető, mert működtetésük során nincs szükség az áram áramának megfordítására a hajtóáramkörben, amelyeket kétféle motornak nevezünk.

Egy bipoláris léptetőmotorban minden pólushoz egyetlen tekercs van. A táplálási iránynak meg kell változnia a hajtás áramkörén keresztül, így az összetettebbé válik, így ezeket a motorokat azonos motoroknak nevezzük.

Léptetőmotor vezérlése változó óraimpulzusokkal

Léptetőmotor vezérlés áramkör egyszerű és olcsó áramkör, elsősorban alacsony fogyasztású alkalmazásokban használják. Az áramkört az ábra mutatja, amely 555 IC időzítőből áll, mint stabil multi-vibrátor. A gyakoriság kiszámítása az adott kapcsolat felhasználásával történik.

Frekvencia = 1 / T = 1,45 / (RA + 2RB) C ahol RA = RB = R2 = R3 = 4,7 kilo-ohm és C = C2 = 100 µF.

Léptetőmotor vezérlése változó óraimpulzusokkal

Az időzítő kimenetét két gyűrűszámlálóként konfigurált 7474 kettős „D” papucs (U4 és U3) órájaként használják. Az áramellátás kezdeti bekapcsolásakor csak az első flip-flop van beállítva (azaz a Q kimenet az U3 5. érintkezőjénél az '1' logika lesz), és a másik három papucs visszaáll (vagyis a Q kimenete logikus. 0). Órapulzus fogadásakor az első flip-flop logikai „1” kimenete a második flip-flopra kerül (az U3 9. csapja).

Így az 1. logika kimenete folyamatosan körkörösen mozog minden órajelnél. A mind a négy papucs Q kimenetét Darling-ton tranzisztor tömbök erősítik az ULN2003 (U2) belsejében, és a léptetőmotor tekercseléséhez narancssárga, barna, sárga, fekete csatlakozást mutatnak az ULN2003 16, 15, 14, 13 és a piros + ve ellátás.

A tekercselés közös pontja a + 12 V DC tápfeszültséghez csatlakozik, amely az ULN2003 9. tűjéhez is csatlakozik. A tekercsek színkódja gyártmányonként eltérő lehet. Az áramellátás bekapcsolásakor az első flip-flop és a másik három papucs CLR-csapjainak SET-csatlakozójához csatlakoztatott vezérlőjel aktívvá válik „alacsonyan” (az R1 által létrehozott bekapcsolási-visszaállítási áramkör miatt). -C1 kombináció) az első flip-flop beállításához és a maradék három papucs alaphelyzetbe állításához.

Alaphelyzetbe állításkor az IC3 Q1-je „magasra” megy, míg az összes többi Q-kimenete „alacsonyra”. Külső visszaállítás aktiválható a visszaállító kapcsoló megnyomásával. A reset kapcsoló megnyomásával leállíthatja a léptetőmotort. A motor a visszaállító kapcsoló elengedésével ismét ugyanabba az irányba kezd forogni.

Különbség a léptetőmotor és a szervomotor között

A szervomotorok alkalmasak nagy nyomatékú és fordulatszámú alkalmazásokra, míg a léptetőmotor olcsóbb, ezért ott használják őket, ahol a nagy tartási nyomaték, kis-közepes gyorsulás, a nyitott, egyébként zárt hurkú működés rugalmassága szükséges. A léptetőmotor és a szervomotor közötti különbség a következőket tartalmazza.

Léptető motor vs egyenáramú motor

Mind a léptető, mind az egyenáramú motorokat különböző ipari alkalmazásokban használják, de a két motor közötti fő különbségek kissé zavaróak. Itt felsorolunk néhány közös jellemzőt e két terv között. Az egyes jellemzőket az alábbiakban tárgyaljuk.

A léptető motor paraméterei

A léptetőmotor paraméterei elsősorban a lépésszöget, az egyes fordulatok lépéseit, a másodpercek lépéseit és az RPM-et tartalmazzák.

Lépés szög

A léptetőmotor lépcsőszöge meghatározható az a szög, amelynél a motor rotorja megfordul, ha egyetlen impulzus adódik az állórész bemenetére. A motor felbontása meghatározható a motor lépéseinek számaként és a rotor fordulatszámaként.

Felbontás = A rotor lépései / fordulatszáma

A motor elrendezését a lépésszögön keresztül lehet eldönteni, és fokon belül fejezik ki. A motor felbontása (lépésszám) a nem. a rotor egyetlen fordulatán belüli lépések. Ha a motor lépésszöge kicsi, akkor ennek a motornak az elrendezése esetén a felbontás nagy.

Az objektumok elrendezésének pontossága ezen a motoron keresztül elsősorban a felbontástól függ. Ha a felbontás nagy, akkor a pontosság alacsony lesz.

Egyes pontosságú motorok 1000 fordulatot hozhatnak létre egyetlen fordulat alatt, beleértve 0,36 fokos lépésszöget is. Egy tipikus motor 1,8 fokos lépésszöget tartalmaz, 200 fordulatonként minden fordulatnál. A különböző lépésszögek, például 15 fok, 45 fok és 90 fok, nagyon gyakoriak a normál motorokban. A szögek száma kettőről hatra változhat, és egy kis lépésszöget lehet elérni a réselt pólusrészeken keresztül.

Az egyes forradalmak lépései

Az egyes felbontások lépéseit meghatározhatjuk a teljes fordulatszámhoz szükséges lépésszögek számaként. Ennek képlete 360 ​​° / lépésszög.

Lépések minden másodpercre

Ezt a fajta paramétert főleg a másodpercenként lefedett lépések számának mérésére használják.

Fordulat

Az RPM a percenkénti fordulat. A fordulatszám gyakoriságának mérésére szolgál. Tehát ennek a paraméternek a segítségével egyetlen perc alatt kiszámíthatjuk a fordulatok számát. A léptetőmotor paramétereinek fő kapcsolata a következő.

Lépések másodpercenként = fordulat percenként x lépés lépésenként / 60

Léptetőmotor összekapcsolása a 8051 mikrokontrollerrel

A léptetőmotor összekapcsolása a 8051-gyel nagyon egyszerű, ha három módot használ, például hullámhajtást, teljes lépcsős meghajtást és féllépéses hajtást, a 0 és 1 értéket adva a motor négy vezetékéhez, attól függően, hogy melyik hajtási módot kell választanunk a motor működtetéséhez.

A fennmaradó két vezetéket feszültségellátáshoz kell csatlakoztatni. Itt az unipoláris léptetőmotort használják, ahol a tekercsek négy vége az ULN2003A segítségével a mikrovezérlőben lévő 2-es port első négy csapjához van csatlakoztatva.

Ez a mikrovezérlő nem szolgáltat elegendő áramot a tekercsek meghajtásához, ezért az aktuális meghajtó IC szereti az ULN2003A-t. Az ULN2003A-t kell használni, és ez NPP Darlington tranzisztorok 7 párjának összegyűjtése. A Darlington-pár tervezése két bipoláris tranzisztoron keresztül történhet, amelyek a maximális áramerősítés elérése érdekében vannak összekötve.

Az ULN2003A meghajtó IC-ben a bemeneti érintkezők 7, a kimeneti érintkezők 7, ahol két érintkező az áramellátás és a földi terminálok számára szolgál. Itt 4 bemeneti és 4 kimeneti csapokat használnak. Az ULN2003A alternatívájaként az L293D IC-t használják az áram erősítésére is.

Nagyon gondosan meg kell figyelnie két közös vezetéket és négy tekercshuzalt, különben a léptetőmotor nem fordul meg. Ez megfigyelhető az ellenállás multiméteren keresztül történő mérésével, de a multiméter nem mutat leolvasást a vezetékek két fázisa között. Ha a közös vezeték és a másik két vezeték egyenlő fázisban van, akkor hasonló ellenállást kell mutatnia, míg a hasonló tekercs két tekercsének pontja kettős ellenállást mutat, összehasonlítva a közös pont és egy végpont közötti ellenállással.

Hibaelhárítás

• A hibaelhárítás a motor állapotának ellenőrzésére szolgáló folyamat, függetlenül attól, hogy a motor működik-e vagy sem. Az alábbi ellenőrzőlista a léptetőmotor hibaelhárításához használható.
• Először ellenőrizze a csatlakozásokat és az áramkör kódját.
• Ha rendben van, akkor először ellenőrizze, hogy a motor megfelelő feszültségellátást kap-e, különben egyszerűen rezeg, de nem forog.
• Ha a feszültségellátás megfelelő, akkor ellenőrizze az ULN2003A IC-hez kapcsolódó négy tekercs végpontjait.
• Először fedezze fel a két általános végpontot, és rögzítse őket 12 V-os tápfeszültségre, majd rögzítse a maradék négy vezetéket az ULN2003A IC-re. Amíg a léptető motor be nem indul, próbáljon meg minden lehetséges kombinációt. Ha ennek a csatlakoztatása nem megfelelő, akkor ez a motor a forgó helyett rezeg.

Folyamatosan működhetnek a léptetőmotorok?

Általában az összes motor folyamatosan jár vagy forog, de a motorok többsége nem állhat le, miközben áram alatt vannak. Ha megpróbálja korlátozni a motor tengelyét, amikor az áramellátás alatt van, akkor az ég vagy eltörik.

Alternatív megoldásként a léptetőmotorok úgy vannak kialakítva, hogy diszkrét lépést tegyenek, majd ott ismét várakozzanak, és ott maradjanak. Ha azt akarjuk, hogy a motor kevesebb ideig maradjon egyetlen helyen, mielőtt újra lépne, akkor úgy fog kinézni, mintha folyamatosan forogna. Ezeknek a motoroknak az energiafogyasztása magas, de az áramvesztés főként a motor leállítása vagy rossz kivitelezése esetén következik be, akkor fennáll a túlmelegedés esélye. Emiatt a motor áramellátása gyakran csökken, ha a motor hosszabb ideig tartó helyzetben van.

Ennek fő oka az, hogy ha a motor forog, a bemenő elektromos teljesítmény része mechanikus teljesítményre változtatható. Ha a motort forgás közben leállítják, akkor az összes bemeneti teljesítmény hővé változtatható a tekercs belsejében.

Előnyök

Az a léptetőmotor előnyei a következőket tartalmazzák.

• Masszívság
• Egyszerű felépítés
• Nyílt hurkú vezérlőrendszerben működhet
• A karbantartás alacsony
• Minden helyzetben működik
• A megbízhatóság magas
• A motor forgási szöge arányos a bemeneti impulzussal.
• A motor teljes nyomatéka álló helyzetben van.
• Pontos pozícionálás és mozgás megismételhetősége, mivel a jó léptetőmotorok pontossága a lépés 3-5% -a, és ez a hiba nem halmozódik egyik lépésről a másikra.
• Kiváló válasz az indításra, a leállításra és a hátramenetre.
• Nagyon megbízható, mivel nincsenek kontaktkefék a motorban. Ezért a motor élettartama egyszerűen függ a csapágy élettartamától.
• A motor reakciója a digitális bemeneti impulzusokra nyílt hurok vezérlést biztosít, így a motor egyszerűbbé és olcsóbbá válik.
• Nagyon kis sebességű szinkron forgást lehet elérni a tengelyhez közvetlenül kapcsolt terheléssel.
• A forgási sebességek széles skálája valósítható meg, mivel a sebesség arányos a bemeneti impulzusok frekvenciájával.

Hátrányok

Az a léptetőmotor hátrányai a következőket tartalmazzák.

• A hatékonyság alacsony
• A motor nyomatéka gyorsan csökken
• Alacsony a pontosság
• A visszajelzést nem használják a lehetséges elmulasztott lépések megadásához
• Kis nyomaték a tehetetlenségi arány felé
• Rendkívül zajos
• Ha a motort nem szabályozzák megfelelően, akkor rezonanciák léphetnek fel
• A motor működtetése nem könnyű nagyon nagy sebességnél.
• A dedikált vezérlő áramkör szükséges
• Az egyenáramú motorokhoz képest több áramot használ fel

Alkalmazások

Az léptetőmotor alkalmazásai a következőket tartalmazzák.

1. Ipari gépek - A léptetőmotorokat gépjárműmérőknél és szerszámgépes automatizált gyártóberendezéseknél használják.
2. Biztonság - új felügyeleti termékek a biztonsági ipar számára.
3. Orvosi - A léptetőmotorokat orvosi szkennerekben, mintavevőkben használják, és megtalálhatók a digitális fogfotózásban, a folyadékszivattyúkban, a légzőkészülékekben és a vérelemző gépekben is.
4. A fogyasztói elektronika - Stepper motorok kamerákban az automatikus digitális fényképezőgép fókuszálásához és zoom funkcióihoz.

És vannak üzleti gépek, számítógépes perifériák alkalmazásai is.

Így erről van szó a léptetőmotor áttekintése mint az építés, a működési elv, a különbségek, az előnyök, a hátrányok és azok alkalmazása. Most van egy ötlete a szupermotorok típusairól és azok alkalmazásáról, ha bármilyen kérdése van ezzel a témával vagy az elektromos és elektronikus projektek hagyja az alábbi megjegyzéseket.

Photo Credit

• Léptetőmotor MST