Kas yra žingsninis variklis ir kaip jis veikia

Nuo paprasto DVD grotuvo ar spausdintuvo jūsų namuose iki labai pažangios CNC staklės ar robotų rankos - „Stepper“ variklių galima rasti beveik visur. Dėl savo sugebėjimo tiksliai valdyti elektroniniu būdu, šie varikliai tapo pritaikyti daugeliui gyvūnų, tokių kaip stebėjimo kameros, kietasis diskas, CNC mašinos, 3D spausdintuvai, robotika, surinkimo robotai, lazeriniai pjovikliai ir daug daugiau. Šiame straipsnyje leiskite mums sužinoti, kuo šie varikliai ir jų teorija yra ypatingi. Sužinosime, kaip naudoti vieną jūsų programai.

„Stepper Motors“ įvadas

Kaip ir visi varikliai, žingsniniai varikliai taip pat turi statorių ir rotorių, tačiau, skirtingai nuo įprasto nuolatinės srovės variklio, statorių sudaro atskiri ritinių rinkiniai. Ritinių skaičius skirsis priklausomai nuo žingsninio variklio tipo, tačiau kol kas tiesiog supraskite, kad žingsniniame variklyje rotorius susideda iš metalinių stulpų ir kiekvieną stulpą pritrauks statoriaus ritės rinkinys. Žemiau pateiktoje diagramoje parodytas žingsninis variklis su 8 statoriaus poliais ir 6 rotoriaus poliais.

Pažvelgus į statoriaus ritinius, jie išdėstyti pagal ritės poras, pavyzdžiui, A ir A 'sudaro porą B, o B' sudaro porą ir pan. Taigi kiekviena šios ritės poros sudaro elektromagnetą ir jie gali būti atskirai įjungiami naudojant vairuotojo grandinę. Įjungus ritę, ji veikia kaip magnetas, o rotoriaus stulpas prie jo išlyginamas, kai rotorius sukasi, kad prisitaikytų prie statoriaus, jis vadinamas vienu žingsniu. Panašiai įjungdami ritinius nuosekliai, mes galime pasukti variklį mažais žingsneliais, kad suktųsi visiškai.

Žingsninių variklių tipai

Pagal konstrukciją daugiausia yra trys žingsninių variklių tipai:

• Kintamo nenorumo žingsninis variklis: Jie turi geležies šerdies rotorių, pritraukiamą prie statoriaus ašių, ir užtikrina minimalų nenorą tarp statoriaus ir rotoriaus.
• Nuolatinio magneto žingsninis variklis: jie turi nuolatinio magneto rotorių ir yra atstumiami arba pritraukiami prie statoriaus pagal taikomus impulsus.
• Hibridinis sinchroninis žingsninis variklis: jie yra kintamo nenoro ir nuolatinio magneto žingsninio variklio derinys.

Be to, mes galime klasifikuoti žingsninius variklius kaip „ Unipolar“ ir „Bipolar“ pagal statoriaus apvijos tipą.

• Bipolinis žingsninis variklis: tokio tipo varikliuose esančiose statoriaus ritėse nebus bendro laido. Šio tipo žingsninių variklių vairavimas yra skirtingas ir sudėtingas, be to, variklio grandinė negali būti lengvai suprojektuota be mikrovaldiklio.
• „Unipolar Stepper“ variklis: tokio tipo žingsninis variklis gali būti abiejų fazių apvijų centrinis bakstelėjimas, kad būtų galima naudoti bendrą žemę arba bendrą galią, kaip parodyta žemiau. Tai leidžia lengvai valdyti variklius, taip pat yra daugybė tipų „Unipolar“ žingsniniame variklyje

Gerai, taigi, skirtingai nuo įprasto nuolatinės srovės variklio, iš jo išeina penki laidai iš visų spalvų ir kodėl taip yra? Norėdami tai suprasti, pirmiausia turėtume žinoti, kaip jau aptartas žingsnis. Visų pirma, žingsniniai varikliai nesisuka, jie žingsniuoja ir taip dar vadinami žingsniniais varikliais. Reiškia, jie vienu metu judės tik vienu žingsniu. Šiuose varikliuose yra ritinių seka, todėl norint, kad variklis suktųsi, šias rites reikia įjungti tam tikru būdu. Kai kiekviena ritė yra įjungta, variklis žengia žingsnį, o įjungus energiją, variklis imsis nuolatinių žingsnių ir taip sukasi. Pažvelkime į variklio viduje esančias rites, kad tiksliai žinotume, iš kur šie laidai.

Kaip matote, variklis turi vienpolį 5 laidų ritės išdėstymą. Yra keturios ritės, kurias reikia įjungti tam tikra seka. Raudoni laidai bus tiekiami su + 5 V įtampa, o likusieji keturi laidai bus ištraukti į žemę, kad suaktyvintų atitinkamą ritę. Mes naudojame bet kurį mikrovaldiklį, kad įjungtume šias rites tam tikra seka ir priverstume variklį atlikti reikiamą skaičių veiksmų. Vėlgi, yra daugybė sekų, kurias galite naudoti, paprastai naudojamas 4 žingsnis, o tikslesniam valdymui taip pat gali būti naudojamas 8 žingsnių valdymas. 4 žingsnių valdymo sekų lentelė parodyta žemiau.

Žingsnis	Ritė įjungta
1 žingsnis	A ir B
2 žingsnis	B ir C
3 žingsnis	C ir D
4 žingsnis	D ir A

Taigi, kodėl šis variklis vadinamas 28-BYJ48 ? Rimtai !!! Nežinau. Nėra jokios techninės priežasties, kodėl šis variklis taip pavadintas; gal neturėtume į jį pasinerti daug giliau. Pažvelkime į kai kuriuos svarbius techninius duomenis, gautus iš šio variklio duomenų lapo, esančio žemiau esančiame paveikslėlyje.

Tai galva, pilna informacijos, tačiau turime žinoti kelis svarbius dalykus, kad žinotume, kokio tipo steperius naudojame, kad galėtume efektyviai jį užprogramuoti. Pirmiausia mes žinome, kad tai yra 5 V žingsninis variklis, nes mes įjungiame raudoną laidą 5 V įtampa. Tada mes taip pat žinome, kad tai yra keturių fazių žingsninis variklis, nes jame buvo keturios ritės. Dabar pavaros santykis yra 1:64. Tai reiškia, kad velenas, kurį matote išorėje, sukasi vieną kartą tik tuo atveju, jei variklis viduje sukasi 64 kartus. Taip yra dėl pavarų, sujungtų tarp variklio ir išėjimo veleno, šios pavaros padeda padidinti sukimo momentą.

Kiti svarbūs pastebimi duomenys yra žingsnio kampas: 5,625 ° / 64. Tai reiškia, kad variklis, dirbdamas 8 pakopų seka, judės po 5,625 laipsnius kiekvienam žingsniui, o norint atlikti vieną pilną sukimąsi reikės 64 žingsnių (5,625 * 64 = 360).

Skaičiuojant žingsnių per apsisukimus žingsninį variklį

Svarbu žinoti, kaip apskaičiuoti žingsnių per žingsnį žingsninį variklį, nes tik tada galite jį efektyviai programuoti / vairuoti.

Galime daryti prielaidą, kad variklį veiksime 4 pakopų seka, taigi žingsnio kampas bus 11,25 °, nes 8 žingsnių sekoje jis yra 5,625 ° (nurodytas duomenų lape), jis bus 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Žingsniai per apsisukimą = 360 / žingsnio kampas Čia 360 / 11,25 = 32 žingsniai per apsisukimą.

Kodėl mums reikia „Stepper Motor“ tvarkyklių modulių?

Dauguma žingsninių variklių veiks tik su vairuotojo modulio pagalba. Taip yra todėl, kad valdiklio modulis (mikrovaldiklis / skaitmeninė grandinė) negalės tiekti pakankamai srovės iš jo įvesties / išvesties kaiščių, kad variklis galėtų veikti. Taigi kaip žingsninio variklio tvarkyklę naudosime išorinį modulį, pvz., ULN2003 modulį. Yra daugybė vairuotojo modulių tipų, o vieno įvertinimas pasikeis atsižvelgiant į naudojamo variklio tipą. Pagrindinis visų vairuotojo modulių principas bus tiekti / panardinti pakankamai srovės, kad variklis galėtų veikti. Be to, yra ir tvarkyklių modulių, kuriuose logika yra iš anksto užprogramuota, tačiau čia apie tai neaptarsime.

Jei norite sužinoti, kaip pasukti žingsninį variklį naudojant tam tikrą mikrovaldiklį ir tvarkyklės IC, tada pateikėme daug straipsnių apie jo veikimą su skirtingais mikrovaldikliais:

• „Stepper“ variklio sąsaja su „Arduino Uno“
• Sąveikaujantis žingsninis variklis su STM32F103C8
• Sąveikaujantis žingsninis variklis su PIC mikrovaldikliu
• Sąveikaujantis žingsninis variklis su MSP430G2
• Žingsninio variklio sąsaja su 8051 mikrovaldikliu
• Žingsninio variklio valdymas su „Raspberry Pi“

Dabar manau, kad turite pakankamai informacijos, kad galėtumėte valdyti bet kokį žingsninį variklį, kurio jums reikia jūsų projektui. Pažvelkime į „Stepper“ variklių pranašumus ir trūkumus.

„Stepper“ variklių pranašumai

Vienas iš pagrindinių žingsninio variklio pranašumų yra tai, kad jis turi puikią padėties valdymą ir todėl gali būti naudojamas tiksliam valdymui. Be to, jis turi labai gerą laikymo momentą, todėl jis yra idealus pasirinkimas robotams. Taip pat laikoma, kad žingsninių variklių tarnavimo laikas yra ilgesnis nei įprastų nuolatinės srovės ar servo variklių.

Žingsninių variklių trūkumai

Kaip ir visi varikliai, „Stepper Motors“ taip pat turi savų trūkumų, nes sukasi žengdamas mažus žingsnius, jis negali pasiekti didelio greičio. Be to, jis sunaudoja jėgą sukimo momentui išlaikyti, net kai jis yra idealus, taip padidindamas energijos suvartojimą.