STEPPER MOTOR

Stepper motor Sebuah motor stepper ( atau motor langkah) adalah brushless DC motor listrik yang membagi rotasi penuh ke dalam sejumlah langkah yang sama. Posisi motor kemudian dapat diperintahkan untuk bergerak dan terus di salah satu langkah-langkah tanpa sensor umpan balik ( pengendali loop terbuka) , asalkan motor hati-hati berukuran aplikasi. Motor enggan Switched adalah motor melangkah sangat besar dengan jumlah tiang berkurang, dan umumnya loop tertutup commutated. Dasar-dasar operasi DC sikat motor berputar terus-menerus bila tegangan diterapkan ke terminal mereka. Stepper motor, di sisi lain, secara efektif memiliki beberapa " bergigi" elektromagnet disusun di sekitar bagian pokok gigi berbentuk besi. Para elektromagnet diperkuat oleh rangkaian kontrol eksternal, seperti mikrokontroler. Untuk membuat turn poros motor, pertama, satu elektromagnet yang diberi kuasa, yang membuat gigi gigi yang magnetis tertarik pada gigi elektromagnet itu. Ketika gigi gigi yang diselaraskan dengan elektromagnet pertama, mereka sedikit offset dari electromagnet berikutnya. Jadi ketika elektromagnet selanjutnya dihidupkan dan dimatikan pertama, gigi berputar sedikit untuk menyesuaikan dengan yang berikutnya, dan dari sana proses ini diulang. Masing-masing rotasi sedikit disebut " langkah" , dengan integer jumlah langkah membuat rotasi penuh. Dengan cara itu, motor dapat berubah dengan sudut yang tepat. Stepper motor karakteristik Stepper motor adalah perangkat daya konstan. Seiring dengan peningkatan kecepatan motor, torsi menurun. Kebanyakan motor menunjukkan torsi maksimum ketika stasioner, namun torsi dari motor ketika stasioner ( memegang torsi) mendefinisikan kemampuan motor untuk mempertahankan posisi yang diinginkan sementara di bawah beban eksternal. Kurva torsi dapat diperpanjang dengan menggunakan driver membatasi arus dan meningkatkan tegangan mengemudi ( kadang-kadang disebut sebagai sirkuit ' helikopter' , ada beberapa dari chip rak pembalap yang mampu melakukan hal ini dengan cara yang sederhana) . Steppers menunjukkan getaran lebih dari jenis motor lain, sebagai langkah diskrit cenderung untuk mengambil rotor dari satu posisi ke posisi lain ( disebut detent a) . Getaran membuat stepper motor ribut daripada motor DC. Getaran ini bisa menjadi sangat buruk di beberapa kecepatan dan dapat menyebabkan motor kehilangan torsi atau kehilangan arah. Hal ini karena rotor sedang diadakan dalam medan magnet yang berperilaku seperti mata air. Pada setiap langkah yang overshoots rotor dan memantul bolak-balik, " dering" pada frekuensi resonansi nya. Jika frekuensi melangkah sesuai dengan frekuensi resonansi maka kenaikan dering dan motor kehilangan sinkronisme, sehingga kesalahan posisi atau perubahan arah. Pada terburuk ada kerugian total kontrol dan memegang torsi motor jadi mudah diatasi oleh beban dan berputar hampir bebas. Efeknya dapat dikurangi dengan mempercepat cepat melalui berbagai masalah kecepatan, fisik redaman ( redaman gesekan) sistem, atau menggunakan driver mikro-loncatan. Motor dengan jumlah yang lebih besar dari fase juga menunjukkan operasi halus dibandingkan dengan fase sedikit ( ini juga dapat dicapai melalui penggunaan sopir mikro-loncatan) . Stepper motor dengan kumparan induktansi yang lebih tinggi memberikan torsi besar pada kecepatan rendah dan torsi lebih rendah pada kecepatan tinggi dibandingkan dengan stepper motor dengan kumparan induktansi yang lebih rendah. Loop terbuka vs tertutup loop pergantian Steppers umumnya commutated ( elektrik beralih) menggunakan " loop terbuka" elektronik, yaitu, pengemudi tidak memiliki umpan balik di mana rotor sebenarnya. Stepper motor sistem sehingga harus umumnya menjadi besar, terutama jika inersia beban tinggi, atau ada sangat beragam beban, sehingga tidak ada kemungkinan bahwa motor akan kehilangan langkah. Hal ini sering menyebabkan perancang sistem untuk mempertimbangkan trade-off antara sistem servo erat berukuran tapi mahal dan stepper besar tapi relatif murah. Sebuah perkembangan baru di stepper kontrol untuk memasukkan umpan balik posisi rotor ( misalnya, sebuah rotary encoder atau resolver) , sehingga pergantian dapat dibuat optimal untuk generasi torsi sesuai dengan posisi rotor yang sebenarnya. Ini ternyata motor stepper ke motor brushless jumlah tiang tinggi servo, dengan torsi kecepatan yang luar biasa rendah dan Resolusi posisi. Uang muka pada teknik ini adalah untuk normal menjalankan motor dalam modus loop terbuka, dan hanya masuk ke mode loop tertutup jika kesalahan posisi rotor menjadi terlalu besar, ini akan memungkinkan sistem untuk menghindari berburu atau berosilasi, masalah ketika gain servo diatur terlalu tinggi. Jenis Ada empat jenis utama motor stepper Permanen magnet stepper ( dapat dibagi lagi menjadi ' timah-bisa' dan ' hybrid' , timah-bisa menjadi produk yang lebih murah, dan hibrida dengan bantalan kualitas tinggi, sudut langkah yang lebih kecil, kerapatan daya yang lebih tinggi) Hybrid sinkron stepper Variabel keengganan stepper Lavet jenis loncatan motor Motor magnet permanen menggunakan magnet permanen ( PM) pada rotor dan beroperasi pada daya tarik atau tolak antara PM rotor dan stator elektromagnet. Variabel keengganan ( VR) motor memiliki rotor besi polos dan mengoperasikan didasarkan pada prinsip bahwa keengganan minimum terjadi dengan gap minimum, maka poin rotor tertarik ke arah kutub magnet stator. Hybrid stepper motor yang bernama karena mereka menggunakan kombinasi PM dan teknik VR untuk mencapai daya maksimum dalam ukuran paket kecil. Dua-fase stepper motor Ada dua pengaturan berliku dasar untuk kumparan elektromagnetik dalam dua fase motor stepper: bipolar dan unipolar. Unipolar motor Sebuah stepper unipolar motor memiliki satu berkelok-kelok dengan pusat tekan per fase. Setiap bagian dari gulungan diaktifkan untuk setiap arah medan magnet. Karena dalam pengaturan ini kutub magnet dapat dibalik tanpa switching arah arus, rangkaian pergantian dapat dibuat sangat sederhana ( misalnya, satu transistor) untuk setiap berliku. Biasanya, mengingat fase, pusat keran dari setiap gulungan dibuat umum: memberikan tiga lead per fase dan enam mengarah untuk motor dua fase yang khas. Seringkali, kedua commons fase internal bergabung, sehingga motor hanya memiliki lima lead. Sebuah mikrokontroler atau stepper motor controller dapat digunakan untuk mengaktifkan transistor drive dalam urutan yang benar, dan ini kemudahan pengoperasian membuat motor unipolar populer dengan penggemar, mereka mungkin cara termurah untuk mendapatkan gerakan sudut yang tepat. Unipolar stepper motor kumparan ( Untuk eksperimen, gulungan dapat diidentifikasi dengan menyentuh kabel terminal bersama di PM motor Jika terminal kumparan yang terhubung, poros menjadi sulit untuk mengubah.. Salah satu cara untuk membedakan pusat keran ( kawat umum) dari kumparan -end kawat adalah dengan mengukur resistensi Perlawanan antara kawat umum dan coil-end kawat selalu setengah dari apa itu adalah antara kumparan-kumparan-end dan akhir kabel.. Hal ini karena ada dua kali panjang kumparan antara ujung dan hanya setengah dari pusat ( kawat umum) sampai akhir) Cara cepat untuk menentukan apakah motor stepper bekerja. adalah sirkuit pendek setiap dua pasang dan mencoba memutar poros, setiap kali resistensi normal yang lebih tinggi daripada yang dirasakan, hal ini menunjukkan bahwa sirkuit ke gulungan tertentu ditutup dan bahwa fase tersebut bekerja. Bipolar bermotor Bipolar motor memiliki berkelok-kelok tunggal per fase. Arus dalam kebutuhan berkelok-kelok akan dipulihkan dalam rangka untuk membalikkan kutub magnet, sehingga sirkuit mengemudi harus lebih rumit, biasanya dengan pengaturan H-jembatan ( namun ada beberapa dari chip rak driver yang tersedia untuk membuat urusan sederhana ) . Ada dua lead per fase, tidak ada yang umum. Efek gesekan statis menggunakan H-jembatan telah diamati dengan drive tertentu topologi. Dithering sinyal stepper pada frekuensi yang lebih tinggi daripada motor dapat merespon akan mengurangi " gesekan statis" efek. Karena gulungan dimanfaatkan baik, mereka lebih kuat daripada motor unipolar dari berat yang sama. Hal ini disebabkan ruang fisik yang ditempati oleh gulungan. Sebuah motor unipolar memiliki dua kali jumlah kawat di ruang yang sama, tetapi hanya setengah digunakan pada setiap titik waktu, maka adalah 50% efisien ( atau sekitar 70% dari output torsi yang tersedia) . Meskipun bipolar stepper motor lebih rumit untuk drive, kelimpahan chip driver berarti ini jauh lebih sulit untuk dicapai. Sebuah 8-lead stepper adalah luka seperti stepper unipolar, tetapi mengarah tidak bergabung untuk umum internal untuk motor. Ini jenis motor dapat ditransfer dalam beberapa konfigurasi: Unipolar. Bipolar dengan gulungan seri. Hal ini memberikan induktansi yang lebih tinggi tetapi rendah saat ini per berliku. Bipolar dengan gulungan paralel. Hal ini membutuhkan lebih tinggi saat ini tetapi dapat melakukan lebih baik sebagai induktansi berliku berkurang. Bipolar dengan gulungan tunggal per fase. Metode ini akan menjalankan motor pada hanya setengah gulungan yang tersedia, yang akan mengurangi torsi kecepatan yang tersedia rendah tetapi membutuhkan lebih sedikit saat ini. Tinggi-fase count stepper motor Multi-fase stepper motor dengan berbagai tahapan cenderung memiliki tingkat jauh lebih rendah dari getaran, meskipun biaya pembuatan lebih tinggi. Motor ini cenderung disebut ' hybrid' dan memiliki bagian mesin lebih mahal, tetapi juga bantalan kualitas tinggi. Meskipun mereka lebih mahal, mereka memiliki kepadatan daya yang lebih tinggi dan dengan elektronik drive yang sesuai sebenarnya lebih cocok untuk aplikasi [ rujukan? ] , Namun harga selalu menjadi faktor penting. Printer komputer dapat menggunakan desain hybrid. Stepper motor drive sirkuit Stepper kinerja motor sangat tergantung pada sirkuit drive. Kurva torsi dapat diperpanjang untuk kecepatan yang lebih besar jika kutub stator dapat dibalik lebih cepat, faktor pembatas menjadi induktansi berliku. Untuk mengatasi induktansi dan beralih gulungan cepat, kita harus meningkatkan tegangan drive. Hal ini menyebabkan lebih lanjut untuk perlunya membatasi arus tegangan tinggi bahwa jika dapat menyebabkan. L / R drive sirkuit L / R sirkuit drive yang juga disebut sebagai drive tegangan konstan karena tegangan positif atau negatif konstan diterapkan untuk setiap berliku untuk mengatur posisi langkah. Namun, saat ini berkelok-kelok, bukan tegangan yang berlaku torsi pada poros motor stepper. Saya saat ini di setiap berliku berhubungan dengan tegangan V diterapkan oleh L induktansi berliku dan perlawanan berliku R. Hambatan R menentukan arus maksimum sesuai dengan hukum Ohm I = V / R. The L induktansi menentukan tingkat maksimum perubahan arus dalam gulungan sesuai dengan rumus untuk Induktor dI / dt = V / L. Jadi ketika dikendalikan oleh drive L / R, kecepatan maksimum motor stepper dibatasi oleh induktansi sejak pada kecepatan tertentu, U tegangan akan berubah lebih cepat dibandingkan saat ini saya bisa mengikuti. Secara sederhana laju perubahan saat ini adalah L / R ( misalnya induktansi 10mH dengan 2 ohm resistensi akan mengambil 5 ms untuk mencapai kira-kira 2/ 3 dari torsi maksimum atau sekitar 24 msec mencapai 99% dari torsi max) . Untuk mendapatkan torsi tinggi pada kecepatan tinggi memerlukan tegangan drive besar dengan resistensi rendah dan induktansi rendah. Dengan drive L / R adalah mungkin untuk mengendalikan motor tegangan rendah resistif dengan drive tegangan yang lebih tinggi hanya dengan menambahkan resistor eksternal secara seri dengan masing-masing berliku. Ini akan buang kekuasaan di resistor, dan menghasilkan panas. Oleh karena itu dianggap pilihan yang berkinerja rendah, meskipun sederhana dan murah. Chopper berkendara sirkuit Chopper sirkuit drive disebut sebagai drive arus konstan karena mereka menghasilkan arus yang agak konstan dalam setiap berkelok-kelok daripada menerapkan tegangan konstan. Pada setiap langkah baru, tegangan yang sangat tinggi diterapkan ke gulungan awalnya. Hal ini menyebabkan arus dalam gulungan meningkat dengan cepat sejak dI / dt = V / L mana V adalah sangat besar. Arus di setiap berliku dipantau oleh controller, biasanya dengan mengukur tegangan pada sebuah resistor rasa kecil di seri dengan masing-masing berliku. Ketika arus melebihi batas saat tertentu, tegangan dimatikan atau " cincang" , biasanya menggunakan transistor daya. Ketika tetes saat berkelok-kelok di bawah batas yang ditentukan, tegangan dihidupkan lagi. Dengan cara ini, saat diadakan relatif konstan untuk posisi langkah tertentu. Hal ini memerlukan elektronik tambahan untuk merasakan arus berkelok-kelok, dan mengendalikan switching, tetapi memungkinkan stepper motor didorong dengan torsi tinggi pada kecepatan lebih tinggi dari L / R drive. Elektronik terpadu untuk tujuan ini banyak tersedia. Tahap saat ini bentuk gelombang Sebuah motor stepper adalah polyphase AC motor sinkron ( lihat Teori bawah) , dan idealnya didorong oleh arus sinusoidal. Sebuah gelombang langkah penuh adalah perkiraan kasar dari sinusoid, dan merupakan alasan mengapa motor pameran getaran begitu banyak. Teknik berkendara Berbagai telah dikembangkan untuk lebih gelombang perkiraan drive sinusoidal: ini setengah melangkah dan microstepping. Berbeda Drive mode menunjukkan arus kumparan pada 4-fase motor stepper unipolar Gelombang Drive Dalam metode ini drive hanya satu fasa diaktifkan pada suatu waktu. Ini memiliki jumlah yang sama dari langkah-langkah sebagai drive langkah penuh, tapi motor akan memiliki jauh lebih kecil daripada torsi dinilai. Hal ini jarang digunakan. Langkah drive penuh ( dua fase pada) Ini adalah metode biasa untuk langkah penuh mengemudi motor. Dua fase selalu. Motor akan memiliki torsi dinilai penuh. Setengah loncatan Ketika setengah melangkah, bergantian drive antara dua fase dan fase tunggal pada. Hal ini meningkatkan resolusi sudut, tapi motor juga memiliki torsi lebih ( sekitar 70% ) pada posisi setengah langkah ( di mana hanya satu fase aktif) . Hal ini dapat diatasi dengan meningkatkan arus dalam gulungan aktif untuk kompensasi. Keuntungan dari melangkah setengah adalah bahwa elektronik drive tidak perlu berubah untuk mendukungnya. Microstepping Apa yang sering disebut sebagai microstepping sering " sinus cosinus microstepping" di mana arus berliku mendekati sebuah AC gelombang sinusoidal. Sinus cosinus microstepping adalah bentuk yang paling umum, namun bentuk gelombang lain dapat digunakan [ 2] . Terlepas dari bentuk gelombang yang digunakan, sebagai microsteps menjadi lebih kecil, operasi motor menjadi lebih halus, sehingga sangat mengurangi resonansi di setiap bagian motor dapat dihubungkan ke, serta motor itu sendiri. Resolusi akan dibatasi oleh stiction mekanik, tendangan, dan sumber kesalahan antara motor dan perangkat akhir. Pengecil gigi dapat digunakan untuk meningkatkan resolusi positioning. Langkah pengulangan ukuran motor fitur langkah penting dan alasan mendasar untuk mereka gunakan dalam posisi. Contoh: banyak modern motor langkah hibrida dinilai sedemikian rupa sehingga perjalanan dari setiap langkah penuh ( misalnya 1, 8 Derajat per langkah penuh atau 200 langkah per revolusi penuh) akan berada dalam 3% atau 5% dari perjalanan dari setiap langkah penuh lainnya; selama sebagai motor dioperasikan dalam rentang tertentu operasinya. Beberapa produsen menunjukkan bahwa motor mereka dengan mudah dapat mempertahankan kesetaraan 3% atau 5% dari ukuran langkah perjalanan sebagai ukuran langkah berkurang dari penuh melangkah ke 1/ 10 loncatan. Kemudian, karena jumlah pembagi microstepping tumbuh, langkah pengulangan ukuran degradasi. Pada pengurangan ukuran langkah besar adalah mungkin untuk mengeluarkan perintah microstep banyak sebelum gerakan apapun yang terjadi sama sekali dan kemudian gerak dapat menjadi " melompat" ke posisi baru. Teori Sebuah motor langkah dapat dilihat sebagai motor AC sinkron dengan jumlah kutub ( pada kedua rotor dan stator) meningkat, merawat bahwa mereka tidak memiliki common denominator. Selain itu, bahan magnetik lunak dengan banyak gigi pada rotor dan stator murah mengalikan jumlah kutub ( keengganan motor) . Steppers modern dari desain hybrid, yang memiliki keduanya magnet permanen dan inti besi lunak. Untuk mencapai torsi nilai penuh, kumparan pada motor stepper harus mencapai saat penuh mereka dinilai selama setiap langkah. Induktansi berliku dan EMF terbalik dihasilkan oleh rotor bergerak cenderung menolak perubahan dalam drive saat ini, sehingga sebagai kecepatan motor up, semakin sedikit waktu yang dihabiskan di saat penuh - sehingga mengurangi torsi motor. Seperti meningkatkan kecepatan lebih lanjut, saat ini tidak akan mencapai nilai dinilai, dan akhirnya motor akan berhenti untuk memproduksi torsi. Pull-in torsi Ini adalah ukuran dari torsi yang dihasilkan oleh motor stepper saat dioperasikan tanpa negara percepatan. Pada kecepatan rendah motor stepper dapat menyinkronkan sendiri dengan frekuensi langkah yang diterapkan, dan ini tarik-in torsi harus mengatasi gesekan dan inersia. Hal ini penting untuk memastikan bahwa beban pada motor gesekan daripada inersia sebagai gesekan mengurangi setiap osilasi yang tidak diinginkan. Pull-out torque Motor stepper tarik-keluar torsi diukur dengan mempercepat motor dengan kecepatan yang diinginkan dan kemudian meningkatkan beban torsi sampai warung motor atau melewatkan langkah. Pengukuran ini diambil di berbagai kecepatan dan hasilnya digunakan untuk menghasilkan kurva kinerja dinamis motor stepper ini. Seperti dicatat di bawah kurva ini dipengaruhi oleh tegangan drive, drive teknik switching saat ini dan saat ini. Seorang desainer mungkin termasuk faktor keamanan antara torsi dinilai dan torsi beban penuh diperkirakan diperlukan untuk aplikasi. Detent torsi Synchronous motor listrik menggunakan magnet permanen memiliki posisi sisa torsi memegang ( disebut torsi detent atau cogging, dan kadang-kadang termasuk dalam spesifikasi) bila tidak didorong elektrik. Core besi lunak keengganan tidak menunjukkan perilaku ini. Stepper motor peringkat dan spesifikasi Stepper motor nameplates biasanya hanya memberikan arus berliku dan kadang-kadang tegangan dan resistensi berliku. Tegangan dinilai akan menghasilkan rated berliku saat ini di DC, tetapi ini adalah sebagian besar peringkat berarti, karena semua driver modern saat ini membatasi dan drive tegangan jauh melampaui tegangan motor dinilai. Torsi kecepatan rendah Sebuah stepper akan bervariasi langsung dengan saat ini. Seberapa cepat torsi jatuh pada kecepatan yang lebih cepat tergantung pada induktansi berliku dan sirkuit drive itu melekat, terutama tegangan mengemudi. Steppers harus berukuran sesuai dengan kurva torsi yang diterbitkan, yang ditetapkan oleh produsen pada tegangan drive tertentu atau menggunakan sirkuit drive mereka sendiri. Aplikasi Dikendalikan komputer stepper motor adalah jenis gerak-kontrol positioning system. Mereka biasanya dikontrol secara digital sebagai bagian dari sistem loop terbuka untuk digunakan dalam memegang atau memposisikan aplikasi. Dalam bidang laser dan optik mereka sering digunakan dalam peralatan presisi posisi seperti aktuator linier, tahap linear, tahapan rotasi, goniometers, dan gunung cermin. Kegunaan lainnya adalah dalam mesin kemasan, dan posisi dari tahap pilot valve untuk sistem kontrol cairan. Secara komersial, stepper motor yang digunakan dalam floppy disk drive, scanner flatbed, printer komputer, komplotan, mesin slot, scanner gambar, compact disc drive, pencahayaan cerdas dan lebih banyak perangkat. Stepper Motor Sistem Sebuah Sistem Stepper Motor terdiri dari tiga elemen dasar, sering dikombinasikan dengan beberapa jenis antarmuka pengguna ( Host Komputer, PLC atau Terminal Bisu) : Indexers - The Indexer ( atau Controller) adalah mikroprosesor mampu menghasilkan pulsa langkah dan sinyal arah pengemudi. Selain itu, pengindeks biasanya dibutuhkan untuk melakukan banyak fungsi lainnya komando canggih. Driver - The Driver ( atau Amplifier) mengubah sinyal pengindeks perintah ke dalam energi listrik yang dibutuhkan untuk gulungan motor. Ada banyak jenis driver, dengan penilaian tegangan dan arus yang berbeda dan teknologi konstruksi. Tidak semua driver yang cocok untuk menjalankan semua motor, sehingga ketika merancang sebuah Sistem Motion Control proses pemilihan driver sangat penting. Stepper Motors - Motor stepper adalah perangkat elektromagnetik yang mengubah pulsa digital ke rotasi poros mekanik. Keuntungan dari motor langkah adalah biaya rendah, keandalan yang tinggi, torsi tinggi pada kecepatan rendah dan konstruksi, sederhana kasar yang beroperasi di hampir setiap lingkungan. Kelemahan utama dalam menggunakan motor stepper adalah efek resonansi sering dipamerkan pada kecepatan rendah dan torsi menurun dengan kecepatan meningkat.