Motor pas cu pas cu propriile mâini, principiu de funcționare, schemă de cablare

Pentru funcționarea oricărui dispozitiv electric, aveți nevoie de un mecanism de acționare special. Motorul pas cu pas, este un astfel de dispozitiv. Astăzi există o gamă largă de motoare electrice diferite, împărțite în funcție de tip și de schema de acționare, care este controlată de un controler.

Tabelul de conținut:

Ce este un motor pas cu pas?

Un motor pas cu pas este un dispozitiv electromecanic sincron care transmite un semnal de control la mișcarea mecanică a rotorului. Rotația are loc în trepte care sunt fixate într-o anumită poziție.

Principiul de funcționare a unui motor pas cu pas

Când se aplică tensiune la borne, periile motorului pornesc și încep să se rotească continuu. Motorul de mers în gol are o proprietate specială, care este transformarea impulsurilor dreptunghiulare de intrare într-o poziție predeterminată a arborelui de acționare aplicat.

Arborele este deplasat la un unghi fix cu fiecare impuls. Dacă mai mulți electromagneți cu dinți sunt dispuși în jurul unei piese centrale de fier cu dinți, dispozitivele cu o astfel de cutie de viteze sunt destul de eficiente. Un microcontroler excită electromagneții. Un electromagnet dințat, sub influența energiei, atrage dinții roții dințate la suprafața sa, astfel arborele motorului efectuează o rotație. Atunci când dinții sunt aliniați cu electromagnetul, aceștia se deplasează ușor spre partea magnetică învecinată.

Pentru ca roata dințată să înceapă să se rotească și să se alinieze cu roata anterioară, primul electromagnet este oprit și următorul este pornit. Întregul proces este apoi repetat de câte ori este necesar. Această rotație se numește pas constant. Prin numărarea numărului de pași într-o revoluție completă a motorului, se determină viteza de rotație.

Modele de motoare pas cu pas

Motoarele pas cu pas în funcție de modelul rotorului sunt împărțite în trei tipuri: reactive, cu magnet permanent și hibride.

1. Motoarele sincrone cu reacție sunt rar utilizate în prezent. Acestea sunt utilizate atunci când este necesar un cuplu mic și unghiul de pas este prea mare. Rotorul este fabricat dintr-un material magnetic moale cu poli distincți, are un unghi de pas mare și nu există cuplu de fixare atunci când nu există curent. Acesta este cel mai simplu și mai ieftin motor. Statorul este format din șase poli și trei faze, iar rotorul are patru poli. Pasul dispozitivului este de 30 de grade. Câmpul magnetic rotativ este creat prin conectarea fazelor statorului în serie. Rotorul se rotește într-o singură treaptă la un unghi mai mic decât unghiul statorului, acest lucru se datorează numărului mai mic de poli.
2. Un motor cu magnet permanent constă dintr-un rotor cu magnet permanent și un stator cu două faze. Spre deosebire de dispozitivele reactive, motoarele cu magneți permanenți au un rotor fix după eliminarea semnalului de comandă. Acest lucru se datorează cuplurilor ridicate. Deoarece procesul de fabricație a rotorului este însoțit de mari dificultăți tehnologice (număr mare de poli + magneți permanenți), se obține un pas unghiular mare de până la 90 de grade. Acesta este singurul lor dezavantaj. Atunci când lucrați cu schema de control unipolar, înfășurările din centru pot fi cu o ramificație. Înfășurările fără o derivație centrală sunt alimentate printr-un circuit de control bipolar. Pe această bază, dispozitivul motorului pas cu pas este împărțit în două tipuri pe baza tipului de înfășurări, unipolar și bipolar.

Unipolar . Este posibil să se schimbe aranjamentul polilor magnetici fără a schimba direcționalitatea curentului. Este suficient să porniți separat fiecare fază a înfășurării. Dispozitivul este format dintr-o înfășurare pe fază cu o ramificație situată în centru.

Bipolare . Astfel de motoare au o înfășurare pe fază, fără conductor comun, dar două pe fază. Din acest motiv, dispozitivele bipolare au cea mai mare putere decât dispozitivele unipolare. Pentru a schimba polaritatea magnetică a polilor, sensurile curentului sunt inversate în înfășurare.

Motor hibrid

Pentru a reduce unghiul de pas, a fost dezvoltat un motor pas cu pas hibrid. În proiectarea sa, acesta încorporează cele mai bune caracteristici ale unui motor cu magnet permanent și ale unui motor cu reacție. Rotorul este sub forma unui magnet cilindric magnetizat de-a lungul axei longitudinale. Statorul este format din două sau patru faze, care sunt plasate între perechi de poli distincți.

Cum să porniți un motor pas cu pas, controlul acestuia

Cablarea și controlul unui motor pas cu pas vor depinde de modul în care doriți să utilizați unitatea și de numărul de fire de pe unitate. Motoarele pas cu pas pot avea de la 4 la 8 fire, astfel încât acestea utilizează un circuit specific pentru a le conecta.

• Cu patru fire. Fiecare înfășurare de fază are două fire. Pentru a conecta driverul pas cu pas, trebuie să găsiți fire împerecheate cu o conexiune continuă între ele. Un astfel de motor este utilizat numai cu un dispozitiv bipolar.
• Cu cinci fire. Terminalele centrale ale motorului din interior sunt unite împreună într-un cablu continuu și conduse la un singur fir. Nu este posibilă separarea înfășurărilor una de cealaltă, deoarece vor apărea multe rupturi. Soluția este de a stabili unde este centrul firului și de a încerca să îl conectați la celelalte conductoare. Acesta este cel mai eficient și sigur mod. Apoi dispozitivul este conectat și se verifică operabilitatea.
• Cu șase fire. Fiecare înfășurare are mai multe fire și o priză centrală. Pentru a separa firele se utilizează un calibru de sârmă. Motorul poate fi conectat la un dispozitiv unipolar și bipolar. Atunci când este conectat la un dispozitiv unipolar, sunt utilizate toate firele. Pentru un dispozitiv bipolar, se utilizează un capăt de fir și o priză centrală a fiecărei înfășurări.

Este necesar un controler pentru a controla un motor pas cu pas. Controlerul este un circuit care furnizează tensiune la una dintre bobinele statorului. Controlerul se bazează pe un circuit integrat de tip ULN 2003, care include un set de chei compozite. Fiecare cheie are diode de protecție la ieșire, care permit conectarea sarcinilor inductive fără a necesita protecție suplimentară.

Cum funcționează motorul pas cu pas?

Dispozitivul poate funcționa în trei moduri:

• Modul microstepping. Dispozitivele care funcționează în modul microstepping sunt cea mai recentă dezvoltare a unor producători și sunt utilizate în principal în microelectronică sau transportoare industriale. Un cip special creează o astfel de tensiune încât arborele devine în poziția de o sutime de pas, de exemplu, pentru 1 revoluție există 20 de mii de mișcări. Driverul poate genera mai mult de 50 de mii de cicluri de tensiuni de control pentru 1 revoluție.
• Modul cu jumătate de pas. Datorită faptului că nivelul de vibrații este redus în modul jumătate de pas, aceste dispozitive sunt adesea utilizate în industrie. Odată ce o fază este activată, aceasta îngheață în această poziție până când este activată următoarea fază. Se obține o poziție intermediară și dintele este afectat de doi poli în același timp. Când prima fază este dezactivată, rotorul înaintează cu o jumătate de pas.
• Modul complet. Tensiunea de comandă este transmisă pe rând la toate fazele și se obține un pas complet (200 de mișcări la o revoluție).

Caracteristicile tehnice ale unui motor pas cu pas

În domeniul ingineriei electrice și al mecanicii, un motor pas cu pas este considerat un dispozitiv complex care include multe capacități mecanice și electrice. În practică, sunt utilizate următoarele caracteristici tehnice:

1. Curentul și tensiunea nominale. Curentul maxim admisibil este specificat în parametrii mecanici ai motorului. Curentul nominal este principalul parametru electric la care motorul poate funcționa pentru orice perioadă de timp. Tensiunea nominală este rareori specificată, aceasta fiind calculată prin legea lui Ohm. Aceasta indică tensiunea maximă constantă pe înfășurarea motorului atunci când motorul este în mod static.
2. Rezistența fazei. Parametrul indică tensiunea maximă care poate fi aplicată înfășurării de fază.
3. Inductanța de fază. Acest parametru arată cât de repede va crește curentul în înfășurare. Pentru ca curentul să crească mai rapid la comutarea fazelor la frecvențe înalte, tensiunea trebuie să fie mai mare.
4. Numărul de pași compleți la o revoluție. Acest parametru arată cât de precis este motorul, netezimea și toleranța sa.
5. Cuplu. Datele mecanice arată viteza de rotație, care depinde de cuplu. Parametrul indică timpul maxim de rotație al motorului.
6. Faza de menținere. Această fază indică cuplul atunci când aparatul este oprit. Cele două faze ale aparatului trebuie să fie alimentate cu curent nominal.
7. Cuplu de staționare. În timpul absenței tensiunii de alimentare, este necesar să se permită arborelui motorului să se rotească.
8. Timpul de energie al rotorului. Înseamnă cât de repede accelerează motorul. Cu cât valoarea este mai mică, cu atât viteza de accelerare este mai mare.
9. Tensiunea de întrerupere. Acest parametru aparține secțiunii de siguranță electrică și indică cea mai mică tensiune care poate străpunge izolația dintre carcasă și înfășurările dispozitivului.