Što je koračni motor i kako to radi

Od jednostavnog DVD uređaja ili pisača u vašem domu do visoko sofisticiranog CNC stroja ili robotske ruke, koračni motori mogu se naći gotovo svugdje. Njegova sposobnost izrade elektronički kontroliranih preciznih pokreta učinila je da ovi motori pronađu primjenu u mnogim vrstama poput nadzornih kamera, tvrdog diska, CNC strojeva, 3D pisača, robotike, montažnih robota, laserskih rezača i još mnogo toga. U ovom članku naučimo po čemu su ovi motori posebni i teoriju koja stoji iza toga. Naučit ćemo kako koristiti jedan za vašu aplikaciju.

Uvod u koračne motore

Kao i svi motori, koračni motori također imaju stator i rotor, ali za razliku od normalnog istosmjernog motora, stator se sastoji od pojedinačnih setova zavojnica. Broj zavojnica će se razlikovati ovisno o vrsti koračnog motora, ali za sada samo shvatite da se u koračnom motoru rotor sastoji od metalnih stupova i svaki će pol privući set zavojnica u statoru. Dijagram ispod prikazuje koračni motor s 8 statorskih stupova i 6 rotorskih stupova.

Ako pogledate zavojnice na statoru, one su raspoređene u obliku parova zavojnica, poput A i A 'čine par B, a B' par i tako dalje. Dakle, svaki od ovog para zavojnica tvori elektromagnet i oni se mogu pojedinačno napajati pomoću upravljačkog kruga. Kada se zavojnica napaja, djeluje kao magnet i pol rotora se poravna s njom, kada se rotor okreće kako bi se prilagodio poravnanju sa statorom, to se naziva jednim korakom. Slično napajanju zavojnica u nizu, možemo okretati motor u malim koracima kako bismo izvršili potpunu rotaciju.

Vrste koračnih motora

Postoje uglavnom tri vrste koračnih motora temeljene na konstrukciji, a to su:

• Koračni motor s promjenjivom nevoljnošću: Imaju rotor od željezne jezgre koji se privlači prema polovima statora i osigurava kretanje minimalnom odbojnošću između statora i rotora.
• Koračni motor sa stalnim magnetom : Imaju rotor sa stalnim magnetom i odbijaju se ili privlače prema statoru prema primijenjenim impulsima.
• Hibridni sinkroni koračni motor: Kombinacija su promjenjive nevoljnosti i koračnog motora s trajnim magnetom.

Osim toga, koračne motore također možemo klasificirati kao unipolarne i bipolarne na temelju vrste namota statora.

• Bipolarni koračni motor: statorske zavojnice na ovoj vrsti motora neće imati zajedničku žicu. Pogon ove vrste koračnog motora različit je i složen, a također se pogonski krug ne može lako dizajnirati bez mikrokontrolera.
• Unipolarni koračni motor : U ovom tipu koračnih motora možemo uzeti središnji navoj oba fazna namota za zajedničko tlo ili za zajedničku snagu, kao što je prikazano dolje. To olakšava vožnju motora, ima i mnogo vrsta koračnih motora Unipolar

U redu, dakle, za razliku od normalnog istosmjernog motora, ovaj ima pet žica svih otmjenih boja i zašto je to tako? Da bismo to razumjeli, prvo bismo trebali znati kako stepper o kojem smo već razgovarali. Prije svega koračni motori se ne okreću, oni koračaju i tako su poznati i kao koračni motori. Znači, kretati će se samo po jedan korak. Ovi motori imaju niz zavojnica koji se nalaze u njima i te se zavojnice moraju posebno napajati da bi se motor mogao okretati. Kada se svaka zavojnica napaja, motor čini korak, a niz napajanja natjerat će motor na neprekidne korake, čineći ga tako da se okreće. Pogledajmo zavojnice prisutne unutar motora kako bismo točno znali odakle dolaze te žice.

Kao što vidite, motor ima unipolarni raspored zavojnica s 5 olova. Postoje četiri zavojnice koje se moraju napajati u određenom slijedu. Crvene žice bit će isporučene s + 5V, a preostale četiri žice povući će se na tlo za aktiviranje odgovarajuće zavojnice. Koristimo bilo koji mikrokontroler za napajanje tih zavojnica u određenom slijedu i postizanje da motor izvrši potreban broj koraka. Opet postoji mnogo sekvenci koje možete koristiti, obično se koristi 4 koraka , a za preciznije upravljanje može se koristiti i 8 koraka . Tablica redoslijeda za upravljanje u 4 koraka prikazana je u nastavku.

Korak	Zavojnica pod naponom
Korak 1	A i B
Korak 2	B i C
3. korak	C i D
4. korak	D i A

Dakle, zašto se ovaj motor naziva 28-BYJ48 ? Ozbiljno!!! Ne znam. Nema tehničkog razloga da se ovaj motor tako zove; možda ne bismo trebali zaranjati puno dublje u to. Pogledajmo neke važne tehničke podatke dobivene iz tehničkog lista ovog motora na donjoj slici.

To je glava puna informacija, ali moramo pogledati nekoliko važnih da bismo znali koju vrstu koraka koristimo kako bismo ga mogli učinkovito programirati. Prvo znamo da se radi o koračnom motoru od 5 V jer crvenu žicu napajamo s 5 V. Zatim, također znamo da je to četverofazni koračni motor budući da je u sebi imao četiri zavojnice. Sada se daje prijenosni omjer 1:64. To znači da će osovina koju vidite izvana izvršiti jedno potpuno okretanje samo ako se motor iznutra okreće 64 puta. To je zbog zupčanika povezanih između motora i izlazne osovine, koji pomažu u povećanju okretnog momenta.

Drugi važan podatak koji treba primijetiti je Kut koraka: 5,625 ° / 64. To znači da će se motor, kada radi u slijedu od 8 koraka, pomicati za 5,625 stupnjeva za svaki korak, a bit će potrebno 64 koraka (5,625 * 64 = 360) da izvrši jedno potpuno okretanje.

Izračunavanje koraka po okretaju za koračni motor

Važno je znati izračunati korake po okretaju za vaš koračni motor jer ga samo tada možete učinkovito programirati / voziti.

Pretpostavimo da ćemo upravljati motorom u slijedu od 4 koraka, tako da će kut koraka biti 11,25 °, budući da je 5,625 ° (dano je u tablici podataka) za 8 koraka, bit će 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Koraci po okretu = 360 / kut koraka Ovdje, 360 / 11.25 = 32 koraka po okretu.

Zašto su nam potrebni pogonski moduli za koračne motore?

Većina koračnih motora radit će samo uz pomoć pogonskog modula. To je zato što upravljački modul (mikrokontroler / digitalni krug) neće moći pružiti dovoljno struje iz svojih U / I pinova za rad motora. Stoga ćemo koristiti vanjski modul poput ULN2003 modula kao pokretač koračnog motora. Postoji mnogo vrsta upravljačkih modula i ocjena će se promijeniti ovisno o vrsti motora koji se koristi. Primarno načelo svih pogonskih modula bit će izvor / poniranje dovoljno struje za rad motora. Osim toga, postoje i upravljački moduli koji imaju unaprijed programiranu logiku, ali ovdje nećemo raspravljati o tome.

Ako ste znatiželjni kako znati rotirati koračni motor koristeći neki mikrokontroler i upravljački program, tada smo obradili mnoge članke o njegovom radu s različitim mikrokontrolerima:

• Povezivanje koračnog motora s Arduino Uno
• Povezivanje koračnog motora sa STM32F103C8
• Povezivanje koračnog motora s PIC mikrokontrolerom
• Povezivanje koračnog motora s MSP430G2
• Povezivanje koračnog motora s mikrokontrolerom 8051
• Upravljanje koračnim motorom s Raspberry Pi

Sada vjerujem da imate dovoljno informacija za upravljanje bilo kojim koračnim motorom koji vam je potreban za vaš projekt. Pogledajmo prednost i nedostatak koračnih motora.

Prednosti koračnih motora

Jedna od glavnih prednosti koračnog motora je što ima izvrsnu kontrolu položaja te se stoga može koristiti za preciznu primjenu upravljanja. Također ima vrlo dobar zakretni moment što ga čini idealnim izborom za robotske aplikacije. Također se smatra da koračni motori imaju duži vijek trajanja od normalnog istosmjernog ili servo motora.

Mane koračnih motora

Kao i svi motori, i koračni motori imaju svoje nedostatke, jer se okreće malim koracima i ne može postići velike brzine. Također troši snagu za zadržavanje okretnog momenta čak i kada je idealan, povećavajući tako potrošnju energije.