Kontrol motor stepper

Motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi mekanik, dan untuk motor stepper, mereka mengubah energi impuls listrik menjadi gerakan putar rotor. Gerakan yang dihasilkan oleh aksi setiap pulsa dimulai dan diulangi dengan presisi tinggi, membuat motor bola menjadi penggerak yang efisien untuk perangkat yang memerlukan pemosisian presisi.

Motor stepper magnet permanen meliputi: rotor magnet permanen, belitan stator, dan inti magnet. Kumparan energi menciptakan kutub magnet utara dan selatan seperti yang ditunjukkan. Medan magnet stator yang bergerak memaksa rotor untuk sejajar dengannya setiap saat. Medan magnet yang berputar ini dapat disetel dengan mengendalikan rangkaian eksitasi kumparan stator untuk memutar rotor.

Gambar tersebut menunjukkan diagram metode eksitasi tipikal untuk motor dua fase. Pada fase A kedua kumparan stator diberi energi dan ini menyebabkan rotor menarik dan mengunci saat kutub magnet yang berlawanan saling menarik.Ketika belitan fase A dimatikan, belitan fase B dihidupkan, rotor berputar searah jarum jam (Bahasa Inggris CW — searah jarum jam, CCW — berlawanan arah jarum jam) 90 °.

Kemudian fase B mati dan fase A menyala, tetapi kutub sekarang berlawanan dengan yang semula. Ini mengarah ke belokan 90 ° berikutnya. Fase A kemudian dimatikan, fase B dihidupkan dengan polaritas terbalik Mengulangi langkah-langkah ini akan menyebabkan rotor berputar searah jarum jam dengan peningkatan 90°.

Kontrol bertahap yang ditunjukkan pada gambar disebut kontrol fase tunggal. Cara kontrol stepping yang lebih dapat diterima adalah kontrol aktif dua fase, di mana kedua fase motor selalu menyala, tetapi polaritas salah satunya berubah, seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Kontrol ini menyebabkan rotor motor stepper bergerak sehingga sejajar dengan setiap langkah di tengah kutub utara dan selatan yang terbentuk, di antara tonjolan sirkuit magnetik. Karena kedua fasa selalu on, metode kontrol ini memberikan torsi 41,4% lebih banyak daripada kontrol dengan satu fasa aktif, tetapi membutuhkan daya listrik dua kali lipat.

Setengah langkah

Motor stepper juga bisa "semi-stepped", kemudian tahap tripping ditambahkan selama transisi fase. Ini memotong sudut pitch menjadi dua. Misalnya, alih-alih 90 °, motor stepper dapat melakukan putaran 45 ° pada setiap «setengah langkah», seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Tetapi mode setengah langkah menimbulkan kehilangan torsi 15-30%, dibandingkan dengan kontrol langkah dengan dua fase aktif, karena salah satu belitan tidak aktif selama setengah langkah dan ini pada akhirnya menyebabkan hilangnya gaya elektromagnetik , bekerja pada rotor, yaitu kehilangan torsi bersih.

Kumparan bipolar

Kontrol langkah dua fase mengasumsikan adanya belitan stator dua kutub. Setiap fase memiliki kumparannya sendiri, dan ketika arus dibalik melalui kumparan, polaritas elektromagnetik juga berubah. Tahap awal khas penggerak dua fase ditunjukkan pada gambar. Skema kontrol ditunjukkan pada tabel. Dapat dilihat betapa sederhananya dengan mengubah arah arus melalui kumparan dimungkinkan untuk mengubah polaritas magnetik dalam fase.

Kumparan kutub tunggal

Jenis kumparan lain yang khas adalah kumparan unipolar.Di sini kumparan dibagi menjadi dua bagian dan ketika satu bagian kumparan diberi energi, kutub utara dibuat, ketika bagian lain diberi energi, kutub selatan dibuat. Solusi ini disebut koil unipolar karena polaritas listrik yang bertanggung jawab atas arus tidak pernah berubah. Tahapan kontrol ditunjukkan pada gambar.

Desain ini memungkinkan penggunaan blok elektronik yang lebih sederhana. Namun, hampir 30% torsi hilang di sini dibandingkan dengan kumparan bipolar karena kumparan memiliki setengah kawat sebagai kumparan bipolar.

Sudut kemiringan lainnya

Untuk mendapatkan sudut pitch yang lebih kecil, diperlukan jumlah kutub yang lebih banyak pada rotor dan stator. Rotor 7,5° memiliki 12 pasang kutub dan inti magnet stator memiliki 12 tonjolan. Dua telinga gelendong dan dua gulungan.

Ini menghasilkan 48 kutub untuk setiap langkah 7,5°. Pada gambar Anda dapat melihat lugs 4 tiang di bagian. Tentu saja mungkin menggabungkan langkah-langkah untuk mencapai perpindahan besar, misalnya enam langkah 7,5° akan menghasilkan putaran rotor 45°.

Ketepatan

Keakuratan motor stepper adalah 6-7% per langkah (tanpa akumulasi). Motor stepper dengan langkah 7,5° akan selalu berada dalam jarak 0,5° dari posisi yang diprediksi secara teoritis, tidak peduli berapa banyak langkah yang telah diambil. Kesalahan tidak akan terakumulasi karena secara mekanis setiap 360 ° diulang langkah demi langkah. Tanpa beban, posisi fisik kutub stator dan rotor relatif satu sama lain akan selalu sama.

Resonansi

Motor stepper memiliki frekuensi resonansinya sendiri karena merupakan beban pegas seperti sistem. Ketika iramanya sama dengan frekuensi resonansi alami motor, kebisingan yang dihasilkan oleh motor dapat didengar dan getarannya diperkuat.

Titik resonansi tergantung pada aplikasi motor, bebannya, tetapi umumnya frekuensi resonansi berkisar antara 70 hingga 120 langkah per detik. Dalam kasus terburuk, motor akan kehilangan akurasi kendali jika mengalami resonansi.

Cara mudah untuk menghindari masalah resonansi sistem adalah dengan mengubah ritme dari titik resonansi. Dalam mode setengah atau langkah mikro, masalah resonansi berkurang karena titik resonansi ditinggalkan saat kecepatan meningkat.

Torsi

Torsi motor stepper adalah fungsi dari: kecepatan langkah, arus belitan stator, tipe motor. Kekuatan motor stepper tertentu juga terkait dengan ketiga faktor ini.Torsi motor stepper adalah jumlah dari torsi gesekan dan torsi inersia.

Torsi gesek dalam gram per sentimeter adalah gaya yang diperlukan untuk memindahkan beban seberat sejumlah gram tertentu dengan panjang lengan tuas 1 cm Penting untuk dicatat bahwa dengan meningkatnya kecepatan langkah motor, EMF belakang di motor , yaitu tegangan yang dihasilkan oleh motor meningkat. Ini membatasi arus dalam belitan stator dan mengurangi torsi.