Hvordan Stepper Motors fungerer

I dette innlegget skal vi lære om trinnmotor. Vi vil undersøke hva trinnmotor er, dens grunnleggende arbeidsmekanisme, typer trinnmotor, trinnmodus, og til slutt fordeler og ulemper.

Hva er trinnmotor?

Stepper motor er børsteløs motor.Den roterende akselen (rotoren) fullfører en rotasjon med et bestemt antall trinn. På grunn av den trinnvise rotasjonen, får den navnet som trinnmotor.

Stepper motor gir presis kontroll over rotasjonsvinkelen og fart. Det er en åpen loop-design, noe som betyr at ingen tilbakemeldingsmekanismer er implementert for å spore rotasjonen.

Det kan variere hastigheten, endre rotasjonsretning og låse seg i en posisjon umiddelbart. Antall trinn bestemmes av antall tenner som er tilstede i rotoren. For eksempel: hvis en trinnmotor består av 200 tenner,

360 (grad) / 200 (antall tenner) = 1,8 grader

Så hvert trinn vil være 1,8 grader. Stepper motorer styres av mikrokontrollere og førerkrets. Det er mye brukt i laserskrivere, 3D-skrivere, optiske stasjoner, roboter etc.

Grunnleggende arbeidsmekanisme:

En trinnmotor kan bestå av flere antall poler viklet med isolert kobbertråd kalt stator eller ikke-bevegelig del av motoren. Den bevegelige delen av motoren kalles rotor, som består av flere tenner.

Når en pol er aktivert, vil de nærmeste tennene justeres med den aktiverte polen, og den andre tannen på rotoren vil være litt forskjøvet eller ikke justert med andre un-energized poler.

Den neste polen vil få energi og den forrige polen vil bli de-energisert, nå blir de ikke justerte polene på linje med den nåværende energipolen, dette utgjør ett trinn.

Den neste polen får energi og den forrige polen blir de-energisert, dette gjør et nytt trinn, og denne syklusen fortsetter flere ganger for å gjøre en full rotasjon.

Her er et annet veldig enkelt eksempel på hvordan trinnmotor fungerer:

Generelt er rotortennene magneter anordnet alternerende nord- og sørpolsmote. Som poler frastøter, og i motsetning til polattraksjon, er nå polvikling ‘A’ aktivert og antar energipol som nordpol og rotor som sydpol, dette tiltrekker sørpol av rotor mot pol ‘A’ stator som vist på bildet.

Nå er pol A uten strøm og pol ‘B’ får energi, nå vil sørpolen til rotoren justeres med polen ‘B’. Lignende pol ‘C’ og pol ‘D’ vil aktivere og deaktivere på samme måte for å fullføre en rotasjon.

Nå ville du forstå hvordan en trinnmotor fungerer mekanisme.

Typer av trinnmotor:

Det er tre typer trinnmotor:

• Permanent stepper
• Variabel motvillig trinn
• Hybrid synkron trinn

Permanent magnettrinn:

Permanente magnetrinnmotorer bruker permanentmagnettenner i rotoren som er ordnet på vekslende pol (Nord-Sør-Nord-Sør ...), dette gir større dreiemoment.

Variabel motvillig stepper:

Variabel motvillig stepper bruker mykt jernmateriale som rotor med flere antall tenner og opererer ut fra prinsippet om at minimum motvillig oppstår ved minimum gap, noe som betyr at de nærmeste rotortennene blir tiltrukket mot polen når den får energi, som et metall tiltrekker seg mot en magnet.

Hybrid synkron stepper:

I hybrid trinnmotor kombineres begge den ovennevnte metoden for å få maksimalt dreiemoment. Dette er den vanligste typen trinnmotor og også kostbar metode.
Trinnmodus:

Det er tre typer trinnmodus

• Fulltrappingsmodus
• Halvtrapp-modus
• Mikrotrapp-modus

Full Stepping-modus:

I full-trinn-modus kan forstås av følgende eksempel: Hvis en trinnmotor har 200 tenner, er ett fullt trinn 1,8 grader (som er gitt i begynnelsen av artikkelen), vil det ikke rotere mindre eller mer enn 1,8 grader.

Fullt trinn er videre klassifisert i to typer:

• Enfasemodus
• Tofasemodus

I begge fasemodus tar rotoren ett fullt trinn, den grunnleggende forskjellen mellom disse to er, enkeltmodus gir mindre dreiemoment og tofasemodus gir mer dreiemoment.

• Enfasemodus:

I enfasemodus aktiveres bare en fase (en gruppe vikling / pol) på et gitt tidspunkt, det er den minst energiforbrukende metoden, men det gir også mindre dreiemoment.

• Tofasemodus:

I tofasemodus aktiveres tofaset (to grupper av vikling / pol) på et gitt tidspunkt, det gir mer dreiemoment (30% til 40%) i enfasemodus.

Halvtrapp-modus:

Halvtrappingsmodus gjøres for dobbel oppløsning av motoren. I halv trinn som navnet antyder, tar det halvparten av det ene fulle trinnet, i stedet for full 1,8 grad, tar halv trinn 0,9 grad.
Halv trinn oppnås ved å endre enfasemodus og dobbeltfasemodus alternativt. Det reduserer belastningen på mekaniske deler og øker jevnheten i rotasjonen. Halv trinn reduserer dreiemomentet med rundt 15%. Men dreiemomentet kan økes ved å øke strømmen som påføres motoren.

Micro stepping:

Mikrotrapp gjøres for den jevneste rotasjonen. Ett fullt trinn er delt opp til 256 trinn. For mikrotrapp trenger den en spesiell mikrostegkontroller. Dreiemomentet trekkes ut med rundt 30%.

Driverne trenger å legge inn sinusformet bølge for væskerotasjon. Driverne gir to sinusformede innganger med 90 graders utfasing.

Det gir best kontroll over rotasjon og reduserer mekanisk belastning betydelig og reduserer driftsstøyen.

De viktigste fordelene og ulempene med trinnmotor kan læres med følgende punkter:

Fordeler:

• Beste kontroll over vinkelrotasjon.
• Høyt dreiemoment ved lav hastighet.
• Øyeblikkelig endring i rotasjonsretning.
• Minimal mekanisk konstruksjon.

Ulemper:

• Strøm forbrukes selv uten rotasjon for å låse rotoren til fast posisjon.
• Ingen tilbakemeldingsmekanisme er der for å korrigere mot rotasjonsfeil og spore nåværende posisjon.
• Det trenger komplisert førerkrets.
• Dreiemomentet reduseres ved høyere hastighet.
• Det er ikke lett å kontrollere motoren ved høyere hastighet.