Стъпковият двигател е електромеханично устройство, което преобразува електрическата мощност в механична. Също така, това е безчетков, синхронен електродвигател, който може да раздели пълното въртене на голям брой стъпки. Положението на двигателя може да се контролира точно без механизъм за обратна връзка, стига двигателят да е внимателно оразмерен спрямо приложението. Стъпковите двигатели са подобни на включените нежелани двигатели. Стъпковият двигател използва теорията за работа на магнитите, за да накара вала на двигателя да завърти точно разстояние, когато е осигурен импулс на електричество. Статорът има осем полюса, а роторът има шест полюса. Роторът ще изисква 24 импулса електричество, за да премести 24-те стъпки, за да направи един пълен оборот. Друг начин да се каже това е, че роторът ще се движи точно с 15 ° за всеки импулс на електричество, който двигателят получава.

Принцип на строителство и работа

The конструкция на стъпков двигател е справедливо свързано с a DC мотор . Той включва постоянен магнит като ротора, който е в средата и той ще се завърти, след като върху него действа сила. Този ротор е затворен през не. на статора, който е навит през магнитна намотка навсякъде. Статорът е разположен близо до ротора, така че магнитните полета в статорите да могат да контролират движението на ротора.

Стъпков мотор

Стъпковият двигател може да се управлява чрез захранване на всеки статор един по един. Така статорът ще се намагнетизира и работи като електромагнитен полюс, който използва отблъскваща енергия на ротора, за да се придвижи напред. Алтернативното намагнитване на статора, както и размагнитването, ще изместват ротора постепенно и му позволяват да се върти чрез страхотен контрол.

The принцип на работа на стъпковия двигател е Електромагнетизмът. Той включва ротор, който е направен с постоянен магнит, докато статорът е с електромагнити. След като се осигури захранването към намотката на статора, тогава магнитното поле ще се развие в статора. Сега роторът в двигателя ще започне да се движи с въртящото се магнитно поле на статора. Това е основният принцип на работа на този мотор.

“как работи аналогово -цифров конвертор ”

Конструкция на стъпков двигател

В този двигател има меко желязо, което е затворено през електромагнитните статори. Полюсите на статора, както и на ротора, не зависят от вида на стъпка. След като статорите на този двигател са под напрежение, тогава роторът ще се завърти, за да се подреди със статора, в противен случай се завърта, за да има най-малка пролука през статора. По този начин статорите се активират последователно, за да въртят стъпковия двигател.

Техники на шофиране

Техника на шофиране със стъпков двигател s могат да бъдат възможни с някои специални схеми поради сложния им дизайн. Има няколко метода за задвижване на този двигател, някои от тях са разгледани по-долу, като се вземе пример за четирифазен стъпков двигател.

Режим на еднократно възбуждане

Основният метод за задвижване на стъпков двигател е режим на единично възбуждане. Това е стар метод и не се използва много в момента, но трябва да се знае за тази техника. При тази техника всяка фаза, в противен случай статорът един до друг ще се задейства една по една алтернативно със специална верига. Това ще намагнити и размагнити статора, за да премести ротора напред.

Пълно стъпково шофиране

При тази техника два статора се активират наведнъж, вместо един за много по-кратък период от време. Тази техника води до висок въртящ момент и позволява на двигателя да задвижва голямото натоварване.

Половин стъпка шофиране

Тази техника е доста свързана с пълното стъпково задвижване, тъй като двата статора ще бъдат подредени един до друг, така че първо да се активира, докато третият ще се активира след това. Този вид цикъл за превключване на два статора първо и след този трети статор ще задвижва двигателя. Тази техника ще доведе до подобрена разделителна способност на стъпковия двигател, като същевременно намали въртящия момент.

Микро стъпало

Тази техника се използва най-често поради нейната точност. Променливият стъпков ток ще се доставя от верига на водача на стъпков двигател към статорни намотки във формата на синусоидална форма на вълната. Точността на всяка стъпка може да бъде подобрена от този малък стъпков ток. Тази техника се използва широко, тъй като осигурява висока точност, както и намалява до голяма степен работния шум.

Верига на стъпков двигател и нейното функциониране

Стъпковите двигатели работят по различен начин DC двигатели с четки , които се въртят при подаване на напрежение към техните клеми. Стъпковите двигатели, от друга страна, ефективно имат множество зъбни електромагнити, разположени около централно желязо с форма на зъбно колело. Електромагнитите се захранват от външна верига за управление, например микроконтролер.

Верига на стъпков двигател

За да се завърти валът на двигателя, първо се дава мощност на един електромагнит, което прави зъбите на зъбното колело магнитно привлечени към зъбите на електромагнита. В момента, когато зъбите на зъбното колело са подравнени към първия електромагнит, те са леко изместени от следващия електромагнит. Така че, когато следващият електромагнит е ВКЛЮЧЕН и първият е ИЗКЛЮЧЕН, предавката се завърта леко, за да се приведе в съответствие със следващата и оттам процесът се повтаря. Всяко от тези леки завъртания се нарича стъпка, с цял брой стъпки, които правят пълно завъртане.

По този начин двигателят може да се завърти с точен. Стъпковият двигател не се върти непрекъснато, те се въртят на стъпки. Има 4 намотки с 90^илиъгъл помежду си, фиксиран върху статора. Връзките на стъпковия двигател се определят от начина, по който намотките са свързани помежду си. При стъпков двигател намотките не са свързани. Двигателят има 90^илистъпка на въртене, като бобините се захранват в цикличен ред, определяйки посоката на въртене на вала.

Работата на този двигател се показва чрез задействане на превключвателя. Намотките се активират последователно на интервали от 1 сек. Валът се върти на 90^иливсеки път, когато се активира следващата намотка. Неговият въртящ момент с ниска скорост ще варира директно в зависимост от тока.

Видове стъпкови двигатели

Има три основни типа стъпкови двигатели, те са:

Степер с постоянен магнит
Хибриден синхронен степер
Стъпка с променливо нежелание

Стъпков двигател с постоянен магнит

Двигателите с постоянен магнит използват постоянен магнит (РМ) в ротора и работят върху привличането или отблъскването между ротора РМ и електромагнитите на статора.

Това е най-често срещаният тип стъпкови двигатели в сравнение с различните видове стъпкови двигатели, предлагани на пазара. Този двигател включва постоянни магнити в конструкцията на двигателя. Този вид двигател е известен още като мотор с калай / кутия. Основната полза от този стъпков двигател е по-ниските производствени разходи. За всяка революция тя има 48-24 стъпки.

Стъпков двигател с променливо съпротивление

Двигателите с променлива нежелана сила (VR) имат обикновен железен ротор и работят въз основа на принципа, че минималното нежелано съпротивление се получава с минимална междина, поради което точките на ротора се привличат към полюсите на статорния магнит.

Стъпковият двигател като променливо отклонение е основният тип двигател и се използва през последните много години. Както подсказва името, ъгловото положение на ротора зависи главно от нежеланието на магнитната верига, което може да се образува сред зъбите на статора, както и ротора.

Хибриден синхронен стъпков двигател

Хибридните стъпкови двигатели са наречени, тъй като използват комбинация от техники с постоянен магнит (PM) и техники с променливо отклонение (VR) за постигане на максимална мощност при малки размери на опаковката.

Най-популярният тип двигател е хибриден стъпков двигател тъй като дава добра производителност в сравнение с ротора с постоянен магнит по отношение на скоростта, разделителната способност и задържащия въртящ момент. Но този тип стъпков двигател е скъп в сравнение със стъпковите двигатели с постоянен магнит. Този двигател съчетава характеристиките както на постоянните магнити, така и на стъпковите двигатели с променлива неохота. Тези двигатели се използват там, където се изисква по-малък ъгъл на стъпване като 1,5, 1,8 и 2,5 градуса.

Как да изберем стъпков двигател?

Преди да изберете стъпков двигател според вашите изисквания, е много важно да изследвате кривата на въртящия момент и скоростта на двигателя. Така че тази информация е достъпна от конструктора на двигателя и представлява графичен символ на въртящия момент на двигателя при определена скорост. Кривата на въртящия момент на въртящия момент на двигателя трябва да съответства тясно на нуждите на приложението, иначе очакваната производителност на системата не може да бъде получена.

Видове окабеляване

Стъпковите двигатели обикновено са двуфазни двигатели като еднополюсни, иначе биполярни. За всяка фаза в еднополюсен двигател има две намотки. Тук централният отвор е обикновен, водещ между две намотки към полюс. Еднополюсният мотор има 5 до 8 извода.

В конструкцията, където общите части на два полюса са разделени, но с централно подреждане, този стъпков двигател включва шест извода. Ако двуполюсните централни кранове са къси отвътре, тогава този двигател включва пет извода. Еднополюсният с 8 проводника ще улесни както последователно, така и паралелно свързване, докато двигателят с пет или шест проводника има последователна връзка на статорната намотка. Работата на еднополюсния двигател може да бъде опростена, тъй като докато се работи с тях, няма изискване за обръщане на потока на тока в задвижващата верига, известни като бифиларни двигатели.

В биполярен стъпков двигател за всеки полюс има една намотка. Посоката на подаване трябва да се промени през задвижващата верига, така че тя да стане сложна, така че тези двигатели се наричат еднофазни двигатели.

Управление на стъпков двигател чрез променящи се импулси на часовника

Управление на стъпков двигател схема е проста и евтина схема, използвана главно в приложения с ниска мощност. Веригата е показана на фигурата, която се състои от 555 таймера IC като стабилен мулти-вибратор. Честотата се изчислява, като се използва дадената връзка.

Честота = 1 / T = 1,45 / (RA + 2RB) C Където RA = RB = R2 = R3 = 4,7 кило-ома и C = C2 = 100 µF.

Управление на стъпков двигател чрез променящи се импулси на часовника

Изходът на таймера се използва като часовник за две 7474 двойни „D“ джапанки (U4 и U3), конфигурирани като пръстенен брояч. Когато захранването е включено първоначално, се задава само първият тригер (т.е. изходът Q на пин 5 на U3 ще бъде на логика '1'), а останалите три джапанки се нулират (т.е. изходът на Q е на логика 0). При получаване на тактов импулс, логическият изход „1“ на първия тригер се премества към втория тригер (пин 9 на U3).

По този начин изходът на логика 1 продължава да се променя циркулярно с всеки тактов импулс. Q изходите на всичките четири джапанки се усилват от транзисторни решетки на Дарлинг тон вътре в ULN2003 (U2) и са свързани към намотките на стъпковия двигател оранжево, кафяво, жълто, черно до 16, 15,14, 13 от ULN2003 и червено до + доставям.

Общата точка на намотката е свързана към + 12V DC захранване, което също е свързано към щифт 9 на ULN2003. Цветовият код, използван за намотките, може да варира от марка до марка. Когато захранването е включено, управляващият сигнал, свързан към щифта SET на първия тригер и CLR щифтовете на останалите три джапанки, става активен „нисък“ (поради веригата за включване и изключване, образувана от R1 -C1 комбинация), за да настроите първата джапанка и да нулирате останалите три джапанки.

При нулиране Q1 на IC3 отива „високо“, докато всички останали Q изходи отиват „ниско“. Външно нулиране може да се активира чрез натискане на ключа за нулиране. Чрез натискане на бутона за нулиране можете да спрете стъпковия двигател. Двигателят отново започва да се върти в същата посока чрез освобождаване на ключа за нулиране.

Разлика между стъпков двигател и серво мотор

Сервомоторите са подходящи за приложения с висок въртящ момент и скорост, докато стъпковият двигател е по-евтин, така че те се използват там, където се изисква високият задържащ въртящ момент, ускорението с ниско до средно, отворената иначе затворена гъвкавост на работа. Разликата между стъпковия двигател и серво мотора включва следното.

Стъпков мотор	Серво мотор
Двигателят, който се движи на дискретни стъпки, е известен като стъпков двигател.	Серво двигателят е един вид двигател със затворен цикъл, който е свързан с енкодер, за да осигури обратна връзка и позиция на скоростта.
Стъпков двигател се използва там, където управлението, както и прецизността, са основни приоритети	Серво мотор се използва там, където скоростта е основният приоритет
Общият брой на полюсите на стъпковия двигател варира от 50 до 100	Общият брой на полюсите на серво мотора варира от 4 до 12
В система със затворен цикъл тези двигатели се движат с постоянен импулс	Тези двигатели се нуждаят от енкодер, за да променят импулсите, за да контролират позицията. “видове грешки във физиката ”
Въртящият момент е висок при по-малка скорост	Въртящият момент е нисък при висока скорост
Времето за позициониране е по-бързо при кратки удари	Времето за позициониране е по-бързо при дълги удари
Инерционно движение с висока толерантност	Инерционно движение с ниска толерантност
Този двигател е подходящ за механизми с ниска твърдост като ролка и ремък	Не е подходящ за механизъм с по-малка твърдост
Отзивчивостта е висока	Отзивчивостта е ниска
Те се използват за променливи товари	Те не се използват за променливи товари
Не се изисква регулиране на усилването / настройката	Необходима е настройка на усилването / настройката

Стъпков двигател срещу DC мотор

И стъпковите, и постояннотоковите двигатели се използват в различни индустриални приложения, но основните разлики между тези два двигателя са малко объркващи. Тук изброяваме някои общи характеристики между тези два дизайна. Всяка характеристика е разгледана по-долу.

Характеристики	Стъпков мотор	DC мотор
Контролни характеристики	Прост и използва микроконтролер	Опростен и не се изискват екстри
Диапазон на скоростта	Ниско от 200 до 2000 оборота в минута	Умерено
Надеждност	Високо	Умерено
Ефективност	Ниска	Високо
Характеристики на въртящ момент или скорост	Най-висок въртящ момент при по-малко скорости	Висок въртящ момент при по-малко скорости
Разходи	Ниска	Ниска

Параметри на стъпков двигател

Параметрите на стъпковия двигател включват основно ъгъл на стъпка, стъпки за всеки оборот, стъпки за всяка секунда и обороти в минута.

Ъгъл на стъпка

Ъгълът на стъпка на стъпковия двигател може да се определи като ъгълът, под който роторът на двигателя се завърта, след като един входен импулс е подаден към входа на статора. Разделителната способност на двигателя може да бъде дефинирана като брой стъпки на двигателя и брой обороти на ротора.

Разделителна способност = Брой стъпки / Брой обороти на ротора

Разположението на двигателя може да се реши чрез ъгъла на стъпката и той се изразява в градуси. Разделителната способност на мотора (номер на стъпката) е не. от стъпки, които правят в рамките на един оборот на ротора. Когато стъпковият ъгъл на двигателя е малък, тогава разделителната способност е висока за устройството на този двигател.

Точността на разположенията на обектите през този двигател зависи главно от разделителната способност. След като разделителната способност е висока, точността ще бъде ниска.

Някои двигатели с точност могат да създадат 1000 стъпки в рамките на един оборот, включително 0,36 градуса на ъгъл на стъпка. Типичният двигател включва 1,8 градуса ъгъл на стъпка с 200 стъпки за всеки оборот. Различните ъгли на стъпки като 15 градуса, 45 градуса и 90 градуса са много често срещани при нормалните двигатели. Броят на ъглите може да се промени от два на шест и малък ъгъл на стъпка може да бъде постигнат чрез прорезани полюсни части.

Стъпки за всяка революция

Стъпките за всяка разделителна способност могат да бъдат дефинирани като броя ъгли на стъпките, необходими за пълен оборот. Формулата за това е ъгъл 360 ° / стъпка.

Стъпки за всяка секунда

Този вид параметър се използва главно за измерване на броя стъпки, обхванати във всяка секунда.

Революция в минута

Оборотите в минута са оборотите в минута. Използва се за измерване на честотата на въртене. Така че, използвайки този параметър, можем да изчислим броя на оборотите за една минута. Основната връзка между параметрите на стъпковия двигател е следната.

Стъпки за всяка секунда = Революция в минута x Стъпки на Революция / 60

Свързване на стъпков двигател с микроконтролер 8051

Взаимодействието на стъпков двигател с 8051 е много просто, като се използват три режима като задвижване с вълна, задвижване с пълна стъпка и задвижване с половин стъпка, като се дават 0 & 1 на четирите проводника на двигателя, въз основа на кой режим на задвижване трябва да изберем за работа на този двигател.

Останалите два проводника трябва да бъдат свързани към захранващо напрежение. Тук се използва еднополюсният стъпков двигател, където четирите края на намотките са свързани към основните четири щифта на порт-2 в микроконтролера, използвайки ULN2003A.

Този микроконтролер не подава достатъчно ток за задвижване на намотките, така че настоящият IC драйвер харесва ULN2003A. Трябва да се използва ULN2003A и това е колекцията от 7 двойки NPN транзистори Дарлингтън. Проектирането на двойката Дарлингтън може да се извърши чрез два биполярни транзистора, които са свързани за постигане на максимално усилване на тока.

В драйвера IC ULN2003A входните щифтове са 7, изходните щифтове са 7, където два щифта са за захранване и заземителни клеми. Тук се използват щифтове с 4 входа и 4 изхода. Като алтернатива на ULN2003A, L293D IC се използва и за усилване на тока.

Трябва много внимателно да наблюдавате два общи проводника и четири проводника на бобината, иначе стъпковият двигател няма да се завърти. Това може да се наблюдава чрез измерване на съпротивлението чрез мултицет, но мултицетът няма да показва никакви показания между двете фази на проводниците. След като общата жица и другите два проводника са в еднаква фаза, тя трябва да покаже подобно съпротивление, докато двете финални точки на намотките в подобна фаза ще демонстрират двойното съпротивление в сравнение със съпротивлението между общата точка, както и една крайна точка.

Отстраняване на неизправности

Отстраняването на проблеми е процесът за проверка на състоянието на двигателя дали двигателят работи или не. Следният контролен списък се използва за отстраняване на неизправности на стъпковия двигател.
Първо проверете връзките, както и кода на веригата.
Ако е добре, следващата проверка е, че двигателят получава правилно захранващо напрежение, или в противен случай той просто вибрира, но не се върти.
Ако захранването е добро, проверете крайните точки на четирите намотки, които са свързани с ULN2003A IC.
Първо, открийте двете общи крайни точки и ги фиксирайте към 12v захранване, след това фиксирайте остатъчните четири проводника към IC ULN2003A. Докато стъпковият двигател не стартира, опитайте всички възможни комбинации. Ако връзката на това не е правилна, тогава този двигател ще вибрира вместо да се върти.

Могат ли стъпковите двигатели да работят непрекъснато?

По принцип всички двигатели работят или се въртят непрекъснато, но повечето от двигателите не могат да спрат, докато са под захранване. Когато се опитате да ограничите вала на мотора, когато той е под захранване, той ще изгори или се счупи.

Алтернативно, стъпковите двигатели са проектирани да направят дискретна стъпка, след което изчакайте отново стъпка и останете там. Ако искаме да накараме мотора да остане на едно място за по-малко време, преди да пристъпим отново, тогава ще изглежда като непрекъснато въртене. Консумацията на енергия на тези двигатели е висока, но разсейването на мощност се случва главно след като двигателят е спрян или проектиран лошо, тогава има шанс за прегряване. Поради тази причина токовата мощност на двигателя често намалява, след като двигателят е в задържащо положение за по-дълго време.

Основната причина е, че след като двигателят се върти, неговата входна електрическа част може да бъде променена на механична. Когато двигателят е спрян, докато се върти, тогава цялата входна мощност може да се промени в топлина от вътрешната страна на бобината.

Предимства

The предимства на стъпковия двигател включват следното.

Грапавост
Проста конструкция
Може да работи в система за управление с отворен цикъл
Поддръжката е ниска
Работи във всяка ситуация
Надеждността е висока
Ъгълът на въртене на двигателя е пропорционален на входния импулс.
Двигателят има пълен въртящ момент в покой.
Прецизно позициониране и повторяемост на движението, тъй като добрите стъпкови двигатели имат точност от 3 - 5% от стъпка и тази грешка не се натрупва от една стъпка към следващата.
Отличен отговор при стартиране, спиране и движение назад.
Много надежден, тъй като в двигателя няма контактни четки. Следователно животът на двигателя зависи просто от живота на лагера.
Отговорът на двигателя на цифровите входни импулси осигурява управление с отворен контур, което прави двигателя по-опростен и по-евтин за управление.
Възможно е да се постигне много нискоскоростно синхронно въртене с товар, който е директно свързан към вала.
Може да се реализира широк диапазон от скорости на въртене, тъй като скоростта е пропорционална на честотата на входните импулси.

Недостатъци

The недостатъци на стъпковия двигател включват следното.

Ефективността е ниска
Въртящият момент на мотора намалява бързо със скоростта
Точността е ниска
Обратната връзка не се използва за посочване на потенциално пропуснати стъпки
Малък въртящ момент към съотношението на инерцията
Изключително шумен
Ако двигателят не се управлява правилно, тогава могат да възникнат резонанси
Работата с този мотор не е лесна при много високи скорости.
Специалната верига за управление е необходима
В сравнение с постояннотокови двигатели, той използва повече ток

Приложения

The приложения на стъпков двигател включват следното.

Промишлени машини - Стъпковите двигатели се използват в автомобилни габарити и автоматизирано производствено оборудване за машиностроене.
Сигурност - нови продукти за наблюдение за индустрията за сигурност.
Медицински - Стъпковите двигатели се използват в медицински скенери, проби, а също така се намират в цифровата зъбна фотография, помпи за течности, респиратори и апарати за анализ на кръвта.
Потребителска електроника - Стъпкови двигатели във фотоапаратите за автоматично фокусиране и увеличение на цифровия фотоапарат.

И също така имат приложения за бизнес машини, приложения за компютърна периферия.

По този начин става въпрос за всичко преглед на стъпковия двигател като конструкция, принцип на работа, разлики, предимства, недостатъци и нейните приложения. Сега имате представа за видовете супермотори и техните приложения, ако имате въпроси по тази тема или електрическите и електронни проекти оставете коментарите по-долу.