Čo je to krokový motor a ako funguje

Od jednoduchého DVD prehrávača alebo tlačiarne v domácnosti až po vysoko sofistikovaný CNC stroj alebo robotické rameno - krokové motory nájdete takmer všade. Vďaka svojej schopnosti vykonávať elektronicky riadené presné pohyby tieto motory našli uplatnenie v mnohých fotoaparátoch, ako sú sledovacie kamery, pevný disk, CNC stroje, 3D tlačiarne, robotika, montážne roboty, laserové rezačky a oveľa viac. V tomto článku sa dozvieme, čo robí tieto motory špeciálnymi, a teóriu, ktorá ich skrýva. Naučíme sa, ako používať jednu pre vašu aplikáciu.

Úvod do krokových motorov

Rovnako ako všetky motory majú krokové motory tiež stator a rotor, ale na rozdiel od bežného jednosmerného motora sa stator skladá z jednotlivých súprav cievok. Počet cievok sa bude líšiť v závislosti od typu krokového motora, ale zatiaľ stačí pochopiť, že v krokovom motore sa rotor skladá z kovových pólov a každý pól bude priťahovaný sadou cievok v statore. Nasledujúca schéma zobrazuje krokový motor s 8 statorovými pólmi a 6 pólmi rotora.

Ak sa pozriete na cievky na statore, sú usporiadané do párov cievok, napríklad A a A 'tvoria dvojicu B a B' tvoria dvojicu atď. Každá z týchto dvojíc cievok teda tvorí elektromagnet a môžu byť napájané jednotlivo pomocou ovládacích obvodov. Keď je cievka pod napätím, funguje ako magnet a pól rotora je s ním vyrovnaný, keď sa rotor otáča, aby sa nastavil tak, aby zodpovedal statoru, sa nazýva jeden krok. Podobne postupným napájaním cievok môžeme otáčať motor v malých krokoch, aby sa urobila úplná rotácia.

Typy krokových motorov

Existujú hlavne tri typy krokových motorov založené na konštrukcii, ktoré sú:

• Krokový motor s variabilnou reluktanciou: Majú rotor so železným jadrom, ktorý je priťahovaný k pólom statora a zaisťuje pohyb s minimálnou neochotou medzi statorom a rotorom.
• Krokový motor s permanentným magnetom: Majú rotor s permanentným magnetom a podľa použitých impulzov sú odpudzované alebo priťahované k statoru.
• Hybridný synchrónny krokový motor: Sú kombináciou variabilnej reluktancie a krokového motora s permanentným magnetom.

Okrem toho môžeme krokové motory podľa typu statorového vinutia klasifikovať aj ako unipolárne a bipolárne.

• Bipolárny krokový motor: Statorové cievky na tomto type motora nebudú mať spoločný drôt. Pohon tohto typu krokového motora je odlišný a zložitý a takisto pohonný obvod nemožno ľahko navrhnúť bez mikrokontroléra.
• Unipolárny krokový motor : V tomto type krokového motora môžeme prevziať stredné odbočenie obidvoch fázových vinutí pre spoločnú zem alebo pre spoločný výkon, ako je uvedené nižšie. To uľahčuje riadenie motorov, taktiež existuje veľa typov v krokových motoroch Unipolar

Dobre, takže na rozdiel od bežného jednosmerného motora z neho vychádza päť vodičov všetkých efektných farieb a prečo je to tak? Aby sme tomu porozumeli, mali by sme najskôr vedieť, ako krokový motor, o ktorom sme už hovorili. Najskôr sa krokové motory neotáčajú, šliapajú, a preto sú tiež známe ako krokové motory. To znamená, že sa budú pohybovať iba po jednom kroku. Tieto motory majú v sebe prítomný sled cievok a tieto cievky musia byť osobitne napájané, aby sa motor otáčal. Keď je každá cievka napájaná, motor urobí krok a postupné napájanie spôsobí, že motor bude robiť nepretržité kroky, vďaka čomu sa bude otáčať. Pozrime sa na cievky nachádzajúce sa vo vnútri motora, aby sme presne vedeli, odkiaľ tieto drôty pochádzajú.

Ako vidíte, motor má unipolárne usporiadanie 5-vodičových cievok. Existujú štyri cievky, ktoré musia byť napájané v konkrétnom poradí. Červené vodiče budú napájané + 5 V a zvyšné štyri vodiče budú stiahnuté k zemi pre spustenie príslušnej cievky. Používame akýkoľvek mikrokontrolér na napájanie týchto cievok v konkrétnom poradí a na zabezpečenie toho, aby motor vykonal požadovaný počet krokov. Môžete opäť použiť veľa sekvencií, zvyčajne sa používa 4 krok a pre presnejšie ovládanie sa môže použiť aj 8 krok . Tabuľka sekvencií pre štvorstupňové riadenie je uvedená nižšie.

Krok	Cievka pod napätím
Krok 1	A a B
Krok 2	B a C
Krok 3	C a D
Krok 4	D a A

Prečo sa teda tento motor nazýva 28-BYJ48 ? Vážne !!! Neviem. Neexistuje žiadny technický dôvod na to, aby bol tento motor pomenovaný; možno by sme sa do toho nemali ponárať oveľa hlbšie. Pozrime sa na niektoré dôležité technické údaje získané z údajového listu tohto motora na obrázku nižšie.

To je hlava plná informácií, ale musíme sa pozrieť na niekoľko dôležitých, aby sme vedeli, aký typ stepperu používame, aby sme ho mohli efektívne programovať. Najprv vieme, že ide o krokový motor 5V, pretože napájame červený vodič napätím 5V. Ďalej tiež vieme, že ide o štvorfázový krokový motor, pretože mal štyri cievky. Teraz je prevodový pomer 1:64. To znamená, že hriadeľ, ktorý vidíte vonku, vykoná jedno úplné otočenie, iba ak sa motor vo vnútri bude otáčať 64-krát. Je to kvôli prevodom, ktoré sú spojené medzi motorom a výstupným hriadeľom, a tým pomáhajú zvyšovať krútiaci moment.

Ďalším dôležitým údajom, ktorý si treba všimnúť, je Stride Angle: 5,625 ° / 64. To znamená, že motor, ktorý pracuje v 8-krokovej sekvencii, sa bude pohybovať o 5 625 stupňov pre každý krok a na dokončenie jednej celej rotácie bude potrebných 64 krokov (5 625 * 64 = 360).

Výpočet krokov na otáčku pre krokový motor

Je dôležité vedieť, ako vypočítať kroky na jednu otáčku pre váš krokový motor, pretože až potom ich môžete efektívne programovať / riadiť.

Predpokladajme, že budeme motor prevádzkovať v 4-krokovej postupnosti, takže uhol kroku bude 11,25 °, pretože to je 5 625 ° (uvedené v údajovom liste) pre 8 krokovú postupnosť, bude to 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Kroky na otáčku = 360 / uhol kroku Tu 360 / 11,25 = 32 krokov na otáčku.

Prečo potrebujeme moduly ovládačov pre krokové motory?

Väčšina krokových motorov bude pracovať iba pomocou modulu budiča. Je to preto, že riadiaci modul (mikrokontrolér / digitálny obvod) nebude schopný poskytnúť dostatok prúdu zo svojich I / O pinov na to, aby motor fungoval. Ako ovládač krokového motora teda použijeme externý modul ako modul ULN2003. Existuje veľa typov ovládacích modulov a hodnotenie jedného sa bude meniť podľa typu použitého motora. Primárnym princípom pre všetky budiace moduly bude zabezpečiť dostatočný prúd na to, aby motor fungoval. Okrem toho existujú aj moduly ovládačov, ktoré majú vopred naprogramovanú logiku, ale tu sa o nich nebudeme baviť.

Ak vás zaujíma, ako otáčať krokový motor pomocou nejakého mikrokontroléra a ovládača IC, potom sme sa zaoberali mnohými článkami o jeho prevádzke s rôznymi mikrokontrolérmi:

• Prepojovací krokový motor s Arduino Uno
• Prepojovací krokový motor s STM32F103C8
• Prepojovací krokový motor s mikrokontrolérom PIC
• Prepojovací krokový motor s MSP430G2
• Prepojenie krokových motorov s mikrokontrolérom 8051
• Ovládanie krokového motora s Raspberry Pi

Teraz verím, že máte dostatok informácií na riadenie ľubovoľného krokového motora, ktorý požadujete pre svoj projekt. Pozrime sa na výhody a nevýhody krokových motorov.

Výhody krokových motorov

Jednou z hlavných výhod krokového motora je, že má vynikajúce riadenie polohy, a preto ho možno použiť na presné riadenie. Má tiež veľmi dobrý prídržný moment, čo z neho robí ideálnu voľbu pre robotické aplikácie. Krokové motory sa tiež považujú za motory s vyššou životnosťou ako normálny jednosmerný alebo servomotor.

Nevýhody krokových motorov

Rovnako ako všetky motory má aj krokové motory svoje vlastné nevýhody, pretože pri malých krokoch rotuje tak, že nedokáže dosiahnuť vysoké rýchlosti. Tiež spotrebováva energiu na udržanie krútiaceho momentu, aj keď je to ideálne, a zvyšuje tak spotrebu energie.