Stepper Motors ทำงานอย่างไร

ในโพสต์นี้เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับสเต็ปเปอร์มอเตอร์ เราจะสำรวจว่าสเต็ปเปอร์มอเตอร์คืออะไรกลไกการทำงานพื้นฐานประเภทของมอเตอร์สเต็ปเปอร์โหมดสเต็ปปิ้งและสุดท้ายข้อดีและข้อเสีย

Stepper Motor คืออะไร?

สเต็ปเปอร์มอเตอร์เป็นมอเตอร์แบบไม่มีแปรงเพลาหมุน (โรเตอร์) ทำให้การหมุนหนึ่งครั้งเสร็จสมบูรณ์ด้วยจำนวนก้าว เนื่องจากลักษณะของการหมุนแบบขั้นบันไดจึงได้รับชื่อเป็นสเต็ปเปอร์มอเตอร์

Stepper motor ให้ ควบคุมมุมหมุนได้อย่างแม่นยำ และความเร็ว เป็นการออกแบบแบบวงเปิดซึ่งหมายความว่าจะไม่มีการใช้กลไกป้อนกลับเพื่อติดตามการหมุน

สามารถเปลี่ยนความเร็วเปลี่ยนทิศทางการหมุนและล็อคเข้าที่ตำแหน่งเดียวได้ทันที จำนวนขั้นตอนกำหนดโดยจำนวนฟันที่มีอยู่ในโรเตอร์ ตัวอย่างเช่นหากสเต็ปเปอร์มอเตอร์ประกอบด้วยฟัน 200 ซี่

360 (องศา) / 200 (ไม่มีฟัน) = 1.8 องศา

ดังนั้นแต่ละขั้นตอนจะอยู่ที่ 1.8 องศา สเต็ปเปอร์มอเตอร์ถูกควบคุมโดยไมโครคอนโทรลเลอร์และวงจรขับ มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องพิมพ์เลเซอร์เครื่องพิมพ์ 3 มิติไดรฟ์ออปติคอลหุ่นยนต์เป็นต้น

กลไกการทำงานพื้นฐาน:

มอเตอร์สเต็ปอาจประกอบด้วยเสาหลาย ๆ อันพันด้วยลวดทองแดงหุ้มฉนวนที่เรียกว่าสเตเตอร์หรือส่วนที่ไม่เคลื่อนที่ของมอเตอร์ ส่วนที่เคลื่อนที่ของมอเตอร์เรียกว่าโรเตอร์ซึ่งประกอบด้วยฟันหลายซี่

เมื่อขั้วหนึ่งได้รับพลังงานฟันที่อยู่ใกล้ที่สุดจะได้รับการจัดแนวกับเสาที่ได้รับพลังงานนั้นและฟันอื่น ๆ บนโรเตอร์จะหักล้างหรือไม่อยู่ในแนวเดียวกันกับเสาอื่น ๆ ที่ไม่ได้รับพลังงาน

เสาถัดไปจะได้รับพลังงานและขั้วก่อนหน้าจะถูกยกเลิกการใช้พลังงานตอนนี้เสาที่ไม่ได้รับการจัดแนวจะได้รับการจัดแนวกับเสาที่ได้รับพลังงานในปัจจุบันซึ่งทำให้ขั้นตอนเดียว

ขั้วต่อไปได้รับพลังงานและขั้วก่อนหน้านี้ไม่ได้รับพลังงานทำให้เป็นอีกขั้นตอนหนึ่งและรอบนี้จะดำเนินต่อไปหลาย ๆ ครั้งเพื่อทำการหมุนเต็มหนึ่งครั้ง

นี่คืออีกหนึ่งตัวอย่างง่ายๆว่าสเต็ปเปอร์มอเตอร์ทำงานอย่างไร:

โดยทั่วไปแล้วฟันของใบพัดเป็นแม่เหล็กที่เรียงสลับกันในแนวขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้ เช่นเดียวกับเสาที่ขับไล่และไม่เหมือนกับการดึงดูดเสาตอนนี้เสาที่คดเคี้ยว ‘A’ ได้รับพลังงานและถือว่าขั้วที่มีพลังงานเป็นขั้วโลกเหนือและโรเตอร์เป็นขั้วโลกใต้สิ่งนี้จะดึงดูดขั้วใต้ของโรเตอร์เข้าหาขั้ว ‘A’ ตามที่แสดงในภาพ

ตอนนี้ขั้ว A ไม่ได้รับพลังงานและขั้ว 'B' ได้รับพลังงานตอนนี้ขั้วใต้ของโรเตอร์จะอยู่ในแนวเดียวกับขั้ว 'B' ขั้วที่คล้ายกัน 'C' และขั้ว 'D' จะกระตุ้นและคลายพลังงานในลักษณะเดียวกันเพื่อให้การหมุนหนึ่งครั้งสมบูรณ์

ตอนนี้คุณคงเข้าใจกลไกการทำงานของมอเตอร์สเต็ปเปอร์

ประเภทของมอเตอร์สตาร์ท:

มอเตอร์สเต็ปมีสามประเภท:

•สเต็ปแม่เหล็กถาวร
•สเต็ปเปอร์ไม่เต็มใจตัวแปร
•สเต็ปเปอร์ซิงโครนัสแบบไฮบริด

แม่เหล็กถาวร:

มอเตอร์แม่เหล็กถาวรใช้ฟันแม่เหล็กถาวรในโรเตอร์ซึ่งจัดเรียงแบบสลับขั้ว (เหนือ - ใต้ - เหนือ - ใต้……) ซึ่งให้แรงบิดมากกว่า

สเต็ปเปอร์ที่ไม่เต็มใจตัวแปร:

สเต็ปเปอร์แบบไม่เต็มใจแปรผันใช้วัสดุเหล็กอ่อนเป็นโรเตอร์ที่มีฟันหลายซี่และทำงานตามหลักการที่ว่าการไม่เต็มใจขั้นต่ำเกิดขึ้นที่ช่องว่างต่ำสุดซึ่งหมายความว่าฟันที่ใกล้ที่สุดของโรเตอร์จะถูกดึงดูดเข้าหาขั้วเมื่อมีการกระตุ้นเช่นโลหะดึงดูด ไปทางแม่เหล็ก

สเต็ปเปอร์ซิงโครนัสแบบไฮบริด:

ในมอเตอร์ไฮบริดสเต็ปเปอร์ทั้งสองวิธีดังกล่าวจะรวมกันเพื่อให้ได้แรงบิดสูงสุด นี่คือสเต็ปเปอร์มอเตอร์ประเภทที่พบมากที่สุดและยังมีราคาแพงอีกด้วย
โหมดก้าว:

โหมดสเต็ปมี 3 ประเภท

•โหมดก้าวเต็ม
•โหมดครึ่งก้าว
•โหมดไมโครก้าว

โหมดก้าวเต็ม:

ในโหมดเต็มขั้นตอนสามารถเข้าใจได้จากตัวอย่างต่อไปนี้: หากมอเตอร์สเต็ปเปอร์มีฟัน 200 ซี่หนึ่งขั้นตอนเต็มคือ 1.8 องศา (ซึ่งระบุไว้ตอนต้นของบทความ) จะไม่หมุนน้อยกว่าหรือมากกว่า 1.8 องศา

ขั้นตอนเต็มแบ่งออกเป็นสองประเภท:

•โหมดเฟสเดียว
•โหมดสองเฟส

ทั้งในโหมดเฟสโรเตอร์จะใช้เวลาหนึ่งขั้นตอนเต็มความแตกต่างพื้นฐานระหว่างสองโหมดนี้คือโหมดเดี่ยวให้แรงบิดน้อยกว่าและโหมดสองเฟสให้แรงบิดมากกว่า

•โหมดเฟสเดียว:

ในโหมดเฟสเดียวจะมีการจ่ายพลังงานเพียงเฟสเดียว (กลุ่มของขดลวด / ขั้ว) ในช่วงเวลาที่กำหนดซึ่งเป็นวิธีที่ใช้พลังงานน้อยที่สุด แต่ยังให้แรงบิดน้อยกว่าด้วย

•โหมดสองเฟส:

ในโหมดสองเฟสสองเฟส (สองกลุ่มของขดลวด / ขั้ว) จะถูกกระตุ้นในช่วงเวลาที่กำหนดซึ่งจะสร้างแรงบิดมากขึ้น (30% ถึง 40%) ในโหมดเฟสเดียว

โหมดครึ่งก้าว:

โหมดครึ่งก้าวจะทำเพื่อเพิ่มความละเอียดของมอเตอร์เป็นสองเท่า ในขั้นตอนครึ่งหนึ่งตามชื่อที่แนะนำจะใช้เวลาครึ่งหนึ่งของขั้นตอนเต็มหนึ่งขั้นแทนที่จะเต็ม 1.8 องศาครึ่งก้าวใช้ 0.9 องศา
ครึ่งขั้นทำได้โดยการเปลี่ยนโหมดเฟสเดียวและโหมดสองเฟสหรืออีกทางหนึ่ง ช่วยลดความเครียดในชิ้นส่วนเครื่องจักรกลและเพิ่มความราบรื่นในการหมุน ครึ่งขั้นตอนลดแรงบิดประมาณ 15% แต่สามารถเพิ่มแรงบิดได้โดยการเพิ่มกระแสที่ใช้กับมอเตอร์

ไมโครสเต็ป:

ไมโครสเต็ปทำเพื่อการหมุนที่นุ่มนวลที่สุด หนึ่งขั้นตอนเต็มแบ่งได้มากถึง 256 ขั้นตอน สำหรับไมโครสเต็ปจำเป็นต้องมีตัวควบคุมไมโครสเต็ปพิเศษ แรงบิดของมันลดลงประมาณ 30%

ผู้ขับขี่จำเป็นต้องป้อนคลื่นไซน์สำหรับการหมุนของไหล ไดรเวอร์ให้อินพุตไซน์สองตัวโดยมีเฟสออก 90 องศา

ช่วยให้สามารถควบคุมการหมุนได้ดีที่สุดและลดความเครียดเชิงกลลงอย่างมากและลดเสียงรบกวนในการทำงาน

ข้อดีและข้อเสียของมอเตอร์สเต็ปเปอร์สามารถเรียนรู้ได้จากประเด็นต่อไปนี้:

ข้อดี:

•ควบคุมการหมุนเชิงมุมได้ดีที่สุด
•แรงบิดสูงที่ความเร็วต่ำ
•เปลี่ยนทิศทางการหมุนทันที
•โครงสร้างทางกลน้อยที่สุด

ข้อเสีย:

•มีการใช้พลังงานแม้ในระหว่างที่ไม่มีการหมุนเพื่อล็อคโรเตอร์ให้อยู่ในตำแหน่งคงที่
•ไม่มีกลไกป้อนกลับเพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดในการหมุนและติดตามตำแหน่งปัจจุบัน
•ต้องการวงจรไดรเวอร์ที่ซับซ้อน
•แรงบิดจะลดลงเมื่อความเร็วสูงขึ้น
•ไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะควบคุมมอเตอร์ด้วยความเร็วที่สูงขึ้น