Apa itu motor stepper dan bagaimana ia berfungsi

Dari pemain DVD atau pencetak sederhana di rumah anda hingga mesin CNC yang sangat canggih atau Robotic Arm, motor Stepper terdapat hampir di mana-mana sahaja. Keupayaannya untuk melakukan pergerakan tepat yang dikawal secara elektronik menjadikan motor ini dapat digunakan dalam banyak bentuk seperti kamera pengawasan, Hard disk, mesin CNC, Pencetak 3D, Robotik, robot pemasangan, pemotong laser dan banyak lagi. Dalam artikel ini mari kita pelajari apa yang menjadikan motor ini istimewa dan teori di belakangnya. Kami akan belajar bagaimana menggunakannya untuk aplikasi anda.

Pengenalan Stepper Motors

Seperti semua motor, motor stepper juga mempunyai stator dan rotor, tetapi tidak seperti motor DC biasa, stator terdiri daripada set gegelung individu. Bilangan gegelung akan berbeza berdasarkan jenis motor stepper, tetapi buat masa ini baru faham bahawa dalam motor stepper rotor terdiri dari tiang logam dan setiap tiang akan tertarik oleh satu set gegelung di stator. Gambar rajah di bawah menunjukkan motor stepper dengan 8 kutub stator dan 6 kutub pemutar.

Sekiranya anda melihat gegelung pada stator, ia disusun dalam bentuk pasangan gegelung, seperti A dan A 'membentuk sepasang B dan B' membentuk pasangan dan sebagainya. Oleh itu, setiap pasangan gegelung ini membentuk elektromagnet dan mereka boleh diberi tenaga secara individu menggunakan litar pemacu. Apabila gegelung diaktifkan, ia berfungsi sebagai magnet dan tiang rotor sejajar dengannya, ketika rotor berputar untuk menyesuaikan dirinya agar sejajar dengan stator, ia dipanggil sebagai satu langkah. Begitu juga dengan memberi tenaga pada gegelung secara berurutan kita dapat memutar motor dengan langkah kecil untuk membuat putaran lengkap.

Jenis motor stepper

Terdapat terutamanya tiga jenis motor stepper berdasarkan pembinaan, iaitu:

• Motor stepper keengganan boleh ubah: Mereka mempunyai rotor teras besi yang tertarik ke arah kutub stator dan memberikan pergerakan dengan keengganan minimum antara stator dan rotor.
• Motor stepper magnet kekal: Mereka mempunyai rotor magnet kekal dan mereka dihalau atau tertarik ke arah stator mengikut denyutan yang digunakan.
• Motor stepper segerak hibrid: Mereka adalah gabungan keengganan Variabel dan motor stepper magnet kekal.

Selain itu, kita juga dapat mengklasifikasikan motor stepper sebagai Unipolar dan Bipolar berdasarkan jenis belitan stator.

• Motor Bipolar Stepper: Gegelung stator pada motor jenis ini tidak akan mempunyai wayar biasa. Pemacu motor stepper jenis ini berbeza dan kompleks dan juga litar pemanduan tidak dapat direka dengan mudah tanpa pengawal mikro.
• Motor Stepper Unipolar: Dalam motor stepper jenis ini kita dapat menggunakan pusat mengetuk kedua belitan fasa untuk tanah bersama atau untuk daya bersama seperti yang ditunjukkan di bawah. Ini memudahkan untuk menggerakkan motor, terdapat banyak jenis motor stepper Unipolar juga

Baiklah, jadi tidak seperti motor DC biasa, motor ini mempunyai lima wayar dari semua warna mewah yang keluar daripadanya dan mengapa begitu? Untuk memahami perkara ini, kita harus terlebih dahulu mengetahui bagaimana stepper yang sudah kita bincangkan. Mula-mula motor stepper tidak berpusing, mereka melangkah dan ia juga dikenali sebagai motor langkah. Maknanya, mereka akan bergerak hanya satu langkah pada satu masa. Motor ini mempunyai urutan gegelung yang ada di dalamnya dan gegelung ini harus digerakkan dengan cara tertentu untuk membuat motor berputar. Ketika setiap gegelung dihidupkan, motor akan mengambil langkah dan urutan pengaktifan akan membuat motor mengambil langkah berterusan, sehingga menjadikannya berputar. Mari kita perhatikan gegelung yang terdapat di dalam motor untuk mengetahui dengan tepat dari mana asal wayar ini.

Seperti yang anda lihat motor mempunyai susunan gegelung 5-plumbum unipolar. Terdapat empat gegelung yang harus diberi tenaga dalam urutan tertentu. Wayar Merah akan dibekalkan dengan + 5V dan empat wayar selebihnya akan ditarik ke tanah untuk mencetuskan gegelung masing-masing. Kami menggunakan mana-mana mikrokontroler untuk memberi tenaga pada gegelung ini dalam urutan tertentu dan membuat motor melakukan langkah yang diperlukan. Sekali lagi terdapat banyak urutan yang dapat anda gunakan, biasanya 4 langkah digunakan dan untuk kawalan yang lebih tepat, kawalan 8 langkah juga dapat digunakan. Jadual urutan untuk kawalan 4 langkah ditunjukkan di bawah.

Langkah	Gegelung Bertenaga
Langkah 1	A dan B
Langkah 2	B dan C
Langkah 3	C dan D
Langkah 4	D dan A

Jadi sekarang, mengapa motor ini dinamakan 28-BYJ48 ? Serius !!! Saya tidak tahu. Tidak ada sebab teknikal untuk motor ini dinamakan demikian; mungkin kita tidak boleh menyelami lebih dalam lagi. Mari kita lihat beberapa data teknikal penting yang diperoleh dari lembaran data motor ini dalam gambar di bawah.

Itu adalah kepala yang penuh dengan maklumat, tetapi kita perlu melihat beberapa perkara penting untuk mengetahui jenis stepper yang kita gunakan agar kita dapat memprogramnya dengan cekap. Mula-mula kita tahu bahawa ia adalah motor Stepper 5V kerana kita menghidupkan wayar Merah dengan 5V. Kemudian, kita juga tahu bahawa ia adalah motor stepper empat fasa kerana ia mempunyai empat gegelung di dalamnya. Sekarang, nisbah gear diberi 1:64. Ini bermaksud poros yang anda lihat di luar akan membuat satu putaran lengkap hanya jika motor di dalamnya berputar selama 64 kali. Ini kerana gear yang dihubungkan antara motor dan poros output, gear ini membantu meningkatkan tork.

Satu lagi data penting yang perlu diperhatikan ialah Stride Angle: 5.625 ° / 64. Ini bermaksud bahawa motor ketika beroperasi dalam urutan 8 langkah akan bergerak 5.625 darjah untuk setiap langkah dan akan mengambil 64 langkah (5.625 * 64 = 360) untuk menyelesaikan satu putaran penuh.

Mengira Langkah per Revolusi untuk Stepper Motor

Penting untuk mengetahui cara mengira langkah per Revolusi untuk motor stepper anda kerana hanya dengan itu anda dapat memprogram / memandu dengan berkesan.

Mari kita anggap kita akan mengoperasikan motor dalam urutan 4 langkah sehingga sudut langkah adalah 11.25 ° kerana 5.625 ° (diberikan dalam lembar data) untuk urutan 8 langkah, ia akan menjadi 11.25 ° (5.625 * 2 = 11.25).

Langkah per revolusi = 360 / sudut langkah Di sini, 360 / 11.25 = 32 langkah setiap revolusi.

Mengapa kita memerlukan modul Pemandu untuk Stepper Motors?

Sebilangan besar motor stepper akan beroperasi hanya dengan bantuan modul pemacu. Ini kerana modul pengawal (Litar Mikrokontroler / Digital) tidak akan dapat memberikan arus yang cukup dari pin I / O agar motor dapat beroperasi. Oleh itu, kami akan menggunakan modul luaran seperti modul ULN2003 sebagai pemacu motor stepper. Terdapat banyak jenis modul pemandu dan penarafan satu akan berubah berdasarkan jenis motor yang digunakan. Prinsip utama untuk semua modul pemandu ialah sumber / sinki arus yang mencukupi agar motor dapat beroperasi. Selain itu terdapat juga modul pemacu yang mempunyai logik yang telah diprogramkan ke dalamnya, tetapi kami tidak akan membincangkannya di sini.

Sekiranya anda ingin tahu cara memutar motor stepper menggunakan beberapa mikrokontroler dan IC pemandu, maka kami telah membahas banyak artikel mengenai pengoperasiannya dengan mikrokontroler yang berbeza:

• Interfacing Stepper Motor dengan Arduino Uno
• Interfacing Stepper Motor dengan STM32F103C8
• Interfacing Stepper Motor dengan PIC Microcontroller
• Interfacing Stepper Motor dengan MSP430G2
• Interfacing Motor Stepper dengan Mikrokontroler 8051
• Kawalan Motor Stepper dengan Raspberry Pi

Sekarang saya percaya anda mempunyai maklumat yang mencukupi untuk mengawal motor stepper yang anda perlukan untuk projek anda. Mari kita lihat kelebihan dan kekurangan motor Stepper.

Kelebihan motor Stepper

Satu kelebihan utama motor stepper adalah ia mempunyai kawalan kedudukan yang sangat baik dan oleh itu dapat digunakan untuk aplikasi kawalan yang tepat. Juga mempunyai torsi pegangan yang sangat baik yang menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi robot. Motor stepper juga dianggap mempunyai masa hidup yang tinggi daripada motor DC atau servo biasa.

Kekurangan Stepper Motors

Seperti semua motor, Stepper Motors juga dilengkapi dengan kekurangannya sendiri, kerana berputar dengan mengambil langkah kecil, ia tidak dapat mencapai kelajuan tinggi. Ia juga menggunakan kuasa untuk menahan tork walaupun ideal sehingga meningkatkan penggunaan tenaga.