En trinmotor er en elektromekanisk enhed, der omdanner elektrisk strøm til mekanisk effekt. Det er også en børsteløs, synkron elmotor, der kan opdele en fuld rotation i et ekspansivt antal trin. Motorens position kan styres nøjagtigt uden nogen feedbackmekanisme, så længe motoren er omhyggeligt dimensioneret til applikationen. Trinmotorer ligner skiftede modvillighed motorer. Steppermotoren bruger teorien om operation for magneter til at få motorakslen til at dreje en præcis afstand, når der tilføres en puls af elektricitet. Statoren har otte poler, og rotoren har seks poler. Rotoren vil kræve 24 impulser af elektricitet for at flytte de 24 trin for at gøre en komplet omdrejning. En anden måde at sige dette på er, at rotoren bevæger sig nøjagtigt 15 ° for hver impuls af elektricitet, som motoren modtager.

Konstruktion og arbejdsprincip

Det konstruktion af en stepper motor er ret relateret til en DC-motor . Den inkluderer en permanent magnet som Rotor, som er i midten, og den vil dreje, når kraften virker på den. Denne rotor er lukket gennem et nr. af statoren, som er viklet gennem en magnetisk spole over det hele. Statoren er arrangeret tæt på rotoren, så magnetfelter i statorer kan styre rotorens bevægelse.

Stepper Motor

Trinmotoren kan styres ved at aktivere hver stator en efter en. Så statoren magnetiserer og fungerer som en elektromagnetisk pol, der bruger frastødende energi på rotoren til at bevæge sig fremad. Statorens alternative magnetisering såvel som demagnetisering skifter rotoren gradvist og giver den mulighed for at dreje gennem stor kontrol.

Det trinmotor arbejdsprincip er elektromagnetisme. Den inkluderer en rotor, der er lavet med en permanent magnet, mens en stator er med elektromagneter. Når først forsyningen er leveret til statorens vikling, udvikles magnetfeltet inden i statoren. Nu begynder rotoren i motoren at bevæge sig med statorens roterende magnetfelt. Så dette er det grundlæggende funktionsprincip for denne motor.

“bære se fremad adder vs ripple carry adder ”

Stepper Motor Construction

I denne motor er der et blødt jern, der er lukket gennem de elektromagnetiske statorer. Statorens poler såvel som rotoren afhænger ikke af typen af stepper. Når statorerne på denne motor er aktiveret, roterer rotoren for at stille sig i linje med statoren, ellers drejer den for at have det mindste hul gennem statoren. På denne måde aktiveres statorerne i en serie for at dreje trinmotoren.

Kørselsteknikker

Stepper motor kørselsteknik s kan være muligt med nogle specielle kredsløb på grund af deres komplekse design. Der er flere metoder til at drive denne motor, nogle af dem diskuteres nedenfor ved at tage et eksempel på en fire-fase trinmotor.

Single Excitation Mode

Den grundlæggende metode til at køre en trinmotor er en enkelt excitationsfunktion. Det er en gammel metode og bruges ikke meget i øjeblikket, men man skal vide om denne teknik. I denne teknik udløses hver fase ellers stator ved siden af hinanden en efter en alternativt med et specielt kredsløb. Dette magnetiserer og afmagnetiserer statoren for at bevæge rotoren fremad.

Fuldt trin drev

I denne teknik aktiveres to statorer ad gangen i stedet for en i en meget kortere tidsperiode. Denne teknik resulterer i højt drejningsmoment og tillader motoren at køre den høje belastning.

Half Step Drive

Denne teknik er ret relateret til Full step-drevet, fordi de to statorer vil blive arrangeret ved siden af hinanden, så den først aktiveres, mens den tredje aktiveres derefter. Denne form for cyklus til at skifte to statorer først og efter den tredje stator vil køre motoren. Denne teknik vil resultere i forbedret opløsning af trinmotoren, mens momentet mindskes.

Micro Stepping

Denne teknik bruges oftest på grund af dens nøjagtighed. Den variable trinstrøm leveres af stepper motor driver kredsløb mod statorspoler i form af en sinusformet bølgeform. Nøjagtigheden af hvert trin kan forbedres med denne lille trinstrøm. Denne teknik anvendes i vid udstrækning, fordi den tilvejebringer høj nøjagtighed samt reducerer driftsstøj i høj grad.

Stepper Motor Circuit & Drift

Trinmotorer fungerer forskelligt fra DC børstemotorer , som roterer, når der tilføres spænding til deres terminaler. Trinmotorer har derimod effektivt flere tandede elektromagneter arrangeret omkring et centralt gearformet stykke jern. Elektromagneterne får strøm fra et eksternt styrekredsløb, for eksempel en mikrocontroller.

Stepper Motor Circuit

For at få motorakslen til at dreje får først en elektromagnet magt, hvilket gør gearets tænder magnetisk tiltrukket af elektromagnets tænder. På det tidspunkt, hvor tandhjulets tænder således er justeret til den første elektromagnet, forskydes de lidt fra den næste elektromagnet. Så når den næste elektromagnet tændes, og den første slukkes, drejer gearet let for at justere med den næste, og derfra gentages processen. Hver af disse små rotationer kaldes et trin med et helt antal trin, der gør en fuld rotation.

På den måde kan motoren drejes med en præcis. Trinmotoren roterer ikke kontinuerligt, de roterer trinvis. Der er 4 spoler med en 90^ellervinkel mellem hinanden fastgjort på statoren. Trinmotorforbindelserne bestemmes af den måde, hvorpå spolerne er indbyrdes forbundet. I en trinmotor er spolerne ikke forbundet. Motoren har en 90^ellerrotationstrin med spolerne aktiveret i en cyklisk rækkefølge og bestemmer akselens rotationsretning.

Funktionen af denne motor vises ved at betjene kontakten. Spolerne aktiveres i serie i intervaller på 1 sek. Akslen roterer 90^ellerhver gang den næste spole aktiveres. Dens lave hastighed drejningsmoment vil variere direkte med strømmen.

Typer af trinmotor

Der er tre hovedtyper af trinmotorer, de er:

Permanent magnet-stepper
Hybrid synkron stepper
Stepper med variabel modstand

Permanent magnetisk trinmotor

Permanente magnetmotorer bruger en permanent magnet (PM) i rotoren og fungerer på tiltrækning eller frastødning mellem rotor PM og statorelektromagneterne.

Dette er den mest almindelige type stepmotor sammenlignet med forskellige typer stepmotorer, der er tilgængelige på markedet. Denne motor inkluderer permanente magneter i konstruktionen af motoren. Denne type motor er også kendt som tin-can / can-stack motor. Den største fordel ved denne trinmotor er mindre produktionsomkostninger. For hver revolution har den 48-24 trin.

Trinløs trinmotor med modstand

Variable reluctance (VR) -motorer har en almindelig jernrotor og fungerer ud fra princippet om, at minimumsreluktans opstår med et minimalt mellemrum, hvorfor rotorpunkterne tiltrækkes mod statormagnetpolerne.

Trinmotoren som variabel modstand er den grundlæggende motortype, og den har været brugt i de sidste mange år. Som navnet antyder, afhænger rotorens vinkelposition hovedsageligt af det magnetiske kredsløbs uvilje, der kan dannes blandt statortænderne samt en rotor.

Hybrid synkron trinmotor

Hybride trinmotorer er navngivet, fordi de bruger en kombination af permanentmagnet (PM) og variabel modstand (VR) teknikker til at opnå maksimal effekt i små pakningsstørrelser.

Den mest populære type motor er hybrid stepmotor fordi det giver en god ydelse sammenlignet med en permanent magnetrotor med hensyn til hastighed, trinopløsning og holdemoment. Men denne type trinmotor er dyr sammenlignet med trinmotorer med permanentmagnet. Denne motor kombinerer funktionerne i både den permanente magnet og trinmotorer med variabel reluktans. Disse motorer bruges, hvor der kræves mindre trinvinkel som 1,5, 1,8 og 2,5 grader.

Hvordan vælges en trinmotor?

Før du vælger en trinmotor til dit behov, er det meget vigtigt at undersøge motorens momenthastighedskurve. Så denne information er tilgængelig fra motorens designer, og det er et grafisk symbol på motorens drejningsmoment ved en bestemt hastighed. Motorens drejningsmoment-hastighedskurve skal svare nøje til applikationens behov, ellers kan den forventede systemydelse ikke opnås.

Typer af ledninger

Trinmotorer er generelt tofasede motorer som unipolære ellers bipolare. For hver fase i en unipolær motor er der to viklinger. Her er center-tapped en fælles ledning mellem to viklinger mod en pol. Den unipolære motor har 5 til 8 ledninger.

I konstruktionen, hvor den fælles af to poler er opdelt, dog centreret, inkluderer denne trinmotor seks ledninger. Hvis de to-polede midterhaner er korte indeni, så inkluderer denne motor fem ledninger. Unipolar med 8 afledninger letter både serie- og parallelforbindelse, mens motoren med fem afledninger eller seks afledninger har statorspolens serieforbindelse. Driften af den unipolære motor kan forenkles, fordi der under drift af dem ikke er behov for at vende strømmen af strøm inden i drivkredsen, der er kendt som bifilarmotorer.

I en bipolar trinmotor er der en enkelt vikling for hver pol. Forsyningsretningen skal ændres gennem drivkredsen, så den bliver kompleks, så disse motorer kaldes ensartede motorer.

Stepper Motor Control ved at variere urimpulser

Stepper motor kontrol kredsløb er et simpelt og billigt kredsløb, der hovedsagelig bruges i applikationer med lav effekt. Kredsløbet er vist i figuren, som består af 555 timere IC som en stabil multivibrator. Frekvensen beregnes ved hjælp af det givne forhold.

Frekvens = 1 / T = 1,45 / (RA + 2RB) C hvor RA = RB = R2 = R3 = 4,7 kilo-ohm og C = C2 = 100 µF.

Stepper Motor Control ved at variere urimpulser

Outputtet fra timeren bruges som et ur til to 7474 dobbelt ‘D’ flip-flops (U4 og U3) konfigureret som en ringetæller. Når strømmen oprindeligt er tændt, er kun den første flip-flop indstillet (dvs. Q-udgang ved pin 5 i U3 vil være ved logik '1'), og de andre tre flip-flops nulstilles (dvs. udgangen af Q er ved logik 0). Ved modtagelse af en urimpuls skiftes den logiske '1' udgang fra den første flip-flop til den anden flip-flop (pin 9 i U3).

Logisk 1-udgang skifter således cirkulært med hver urpuls. Q-udgange fra alle de fire flip-flops forstærkes af Darling-ton-transistorarrays inde i ULN2003 (U2) og er forbundet til trinmotorviklingerne orange, brun, gul, sort til 16, 15,14, 13 i ULN2003 og den røde til + forsyning.

“hvordan fungerer et fet ”

Det fælles punkt for viklingen er forbundet til + 12V DC-forsyningen, som også er forbundet til pin 9 i ULN2003. Den farvekode, der bruges til viklingerne, kan variere fra fabrikat til fabrikat. Når strømmen er tændt, bliver styresignalet forbundet til SET-stiften på den første flip-flop og CLR-stifterne på de andre tre flip-flops aktive 'lave' (på grund af power-on-reset-kredsløbet dannet af R1 -C1 kombination) for at indstille den første flip-flop og nulstille de resterende tre flip-flops.

Ved nulstilling bliver Q1 i IC3 'høj', mens alle andre Q-udgange bliver 'lave'. En ekstern nulstilling kan aktiveres ved at trykke på nulstillingskontakten. Ved at trykke på reset-kontakten kan du stoppe trinmotoren. Motoren begynder igen at dreje i samme retning ved at slippe reset-kontakten.

Forskel mellem trinmotor og servomotor

Servomotorer er velegnede til applikationer med højt moment og hastighed, mens stepmotoren er billigere, så de bruges, hvor det høje drejningsmoment, acceleration med lav til medium, den åbne ellers lukkede sløjfe-driftsfleksibilitet er påkrævet. Forskellen mellem trinmotor og servomotor inkluderer følgende.

Stepper Motor	Servomotor
Motoren, der bevæger sig i diskrete trin, er kendt som trinmotor.	En servomotor er en slags lukket kredsløbsmotor, der er forbundet til en indkoder for at give hastighedsfeedback og position.
Trinmotor bruges, hvor kontrol såvel som præcision er hovedprioriteter	Servomotor bruges, hvor hastigheden er hovedprioriteten
Den samlede poltal for trinmotoren varierer fra 50 til 100	Servomotorens samlede poltal tæller fra 4 til 12
I et lukket kredsløbssystem bevæger disse motorer sig med en jævn puls	Disse motorer har brug for en indkoder for at ændre impulser for at kontrollere positionen.
Momentet er højt i mindre hastighed	Momentet er lavt i høj hastighed
Positioneringstiden er hurtigere gennem korte slag	Positioneringstiden er hurtigere gennem lange slag
Højtolerance bevægelse af inerti	Træghedsbevægelse med lav tolerance
Denne motor er velegnet til mekanismer med lav stivhed som remskive og bælte	Ikke egnet til mekanisme med mindre stivhed
Responsiviteten er høj	Responsiviteten er lav
Disse bruges til svingende belastninger	Disse bruges ikke til svingende belastninger
Justering af forstærkning / tuning er ikke påkrævet	Justering af forstærkning / tuning er påkrævet

Stepper Motor vs DC Motor

Både trin- og jævnstrømsmotorer bruges i forskellige industrielle applikationer, men de største forskelle mellem disse to motorer er lidt forvirrende. Her viser vi nogle almindelige karakteristika mellem disse to designs. Hver egenskab diskuteres nedenfor.

Egenskaber	Stepper Motor	DC-motor
Kontrolegenskaber	Enkel og bruger mikrocontroller	Enkel og ingen ekstra krævede
Hastighedsområde	Lav fra 200 til 2000 omdrejninger pr. Minut	Moderat
Pålidelighed	Høj	Moderat
Effektivitet	Lav	Høj
Moment- eller hastighedsegenskaber	Højeste drejningsmoment med færre hastigheder	Højt drejningsmoment med færre hastigheder
Koste	Lav	Lav

Parametre til trinmotor

Trinmotorparametrene inkluderer primært trinvinkel, trin for hver omdrejning, trin for hvert sekund og omdrejningstal.

Trinvinkel

Trinvinklen på trinmotoren kan defineres som den vinkel, hvormed motorens rotor drejer, når en enkelt puls er givet til statorens indgang. Motorens opløsning kan defineres som antallet af trin i motoren og antallet af rotorer.

Opløsning = antal trin / antal rotorer

Motorens arrangement kan bestemmes gennem trinvinklen, og den udtrykkes inden for grader. Opløsningen af en motor (trinnummeret) er nej. af trin, der gør inden for en enkelt omdrejning af rotoren. Når motorens trinvinkel er lille, er opløsningen høj for arrangementet af denne motor.

Nøjagtigheden af objekternes arrangement gennem denne motor afhænger hovedsageligt af opløsningen. Når opløsningen er høj, vil nøjagtigheden være lav.

Nogle nøjagtighedsmotorer kan skabe 1000 trin inden for en enkelt omdrejning inklusive 0,36 graders trinvinkel. En typisk motor inkluderer 1,8 grader trinvinkel med 200 trin for hver omdrejning. De forskellige trinvinkler som 15 grader, 45 grader og 90 grader er meget almindelige i normale motorer. Antallet af vinkler kan ændre sig fra to til seks, og en lille trinvinkel kan opnås gennem slidsede poldele.

Trin til hver revolution

Trinene for hver opløsning kan defineres som antallet af trinvinkler, der er nødvendige for en total omdrejning. Formlen for dette er 360 ° / trinvinkel.

Trin for hvert sekund

Denne form for parameter bruges hovedsageligt til måling af antallet af trin, der er dækket inden for hvert sekund.

Revolution pr. Minut

RPM er revolutionen pr. Minut. Det bruges til at måle frekvensen af revolution. Så ved at bruge denne parameter kan vi beregne antallet af omdrejninger på et minut. Hovedforholdet mellem trinmotorens parametre er som følgende.

Trin for hvert sekund = Revolution pr. Minut x Trin pr. Revolution / 60

Stepper Motor Interfacing med 8051 Microcontroller

Trinmotorgrænseflade med 8051 er meget enkel ved at bruge tre tilstande som bølgedrev, fuldtrinsdrev og halvtrinsdrev ved at give 0 & 1 til motorens fire ledninger baseret på hvilken drevtilstand vi skal vælge til at køre denne motor.

De resterende to ledninger skal kobles til en spændingsforsyning. Her bruges den unipolære trinmotor, hvor de fire ender af spolerne er forbundet med de primære fire ben på port-2 i mikrokontrolleren ved hjælp af ULN2003A.

Denne mikrokontroller leverer ikke tilstrækkelig strøm til at drive spolerne, så den nuværende driver IC kan lide ULN2003A. ULN2003A skal bruges, og det er samlingen af 7 par NPN Darlington-transistorer. Designet af Darlington-parret kan ske gennem to bipolære transistorer, der er forbundet for at opnå maksimal strømforstærkning.

I ULN2003A driver IC er inputstifter 7, outputstifter 7, hvor to stifter er til strømforsyning og jordterminaler. Her bruges 4-input & 4-output pins. Som et alternativ til ULN2003A bruges L293D IC også til forstærkning af strøm.

Du er nødt til at observere to almindelige ledninger og fire spoletråde meget omhyggeligt, ellers vil stepmotoren ikke dreje. Dette kan observeres ved at måle modstanden gennem et multimeter, men multimeteret viser ikke aflæsninger blandt de to ledningsfaser. Når den fælles ledning og de andre to ledninger er i den lige fase, skal den vise en lignende modstand, mens de to spolers slutpunkter i den samme fase vil demonstrere den dobbelte modstand sammenlignet med modstanden mellem fælles punkt såvel som et slutpunkt.

Fejlfinding

Fejlfinding er processen til at kontrollere motorstatus, om motoren fungerer eller ej. Følgende tjekliste bruges til fejlfinding af trinmotor.
Kontroller først forbindelserne samt kredsløbskoden.
Hvis det er ok, skal du derefter kontrollere, at motoren får ordentlig spændingsforsyning, ellers vibrerer den simpelthen, men drejer ikke.
Hvis spændingsforsyningen er i orden, skal du kontrollere slutpunkterne for de fire spoler, der er allieret med ULN2003A IC.
Først skal du opdage de to generelle slutpunkter og rette dem til 12v-forsyning, hvorefter de resterende fire ledninger fastgøres til IC ULN2003A. Indtil trinmotoren starter, skal du prøve alle mulige kombinationer. Hvis forbindelsen til dette ikke er korrekt, vil denne motor vibrere i stedet for at dreje.

Kan Stepper Motors køre kontinuerligt?

Generelt kører eller roterer alle motorer kontinuerligt, men de fleste motorer kan ikke stoppe, mens de er under strøm. Når du forsøger at begrænse akslen på en motor, når den er under strømforsyning, vil den brænde eller gå i stykker.

Alternativt er trinmotorer designet til at lave et diskret trin, så vent der igen, og bliv der. Hvis vi ønsker at få motoren til at forblive et enkelt sted i kortere tid, før vi træder igen, vil det se ud som at rotere kontinuerligt. Disse motorers strømforbrug er højt, men effektafledningen sker hovedsageligt, når motoren er stoppet eller designet dårligt, så er der en chance for overophedning. På grund af denne grund mindskes motorens nuværende forsyning ofte, når motoren er i holdeposition i længere tid.

Hovedårsagen er, at når motoren roterer, kan dens elektriske indgangsdel ændres til mekanisk effekt. Når motoren stoppes, mens den roterer, kan al indgangseffekt ændres til varme på indersiden af spolen.

Fordele

Det fordelene ved trinmotor inkluderer følgende.

Robushed
Enkel konstruktion
Kan arbejde i et åbent loop-kontrolsystem
Vedligeholdelsen er lav
Det fungerer i enhver situation
Pålideligheden er høj
Motorens rotationsvinkel er proportional med indgangspulsen.
Motoren har fuldt drejningsmoment ved stilstand.
Præcis positionering og repeterbarhed af bevægelse, da gode trinmotorer har en nøjagtighed på 3-5% af et trin, og denne fejl er ikke-kumulativ fra et trin til det næste.
Fremragende respons på start, stop og bakning.
Meget pålidelig, da der ikke er kontaktbørster i motoren. Derfor er motorens levetid simpelthen afhængig af lejets levetid.
Motorens reaktion på digitale inputimpulser giver open-loop-kontrol, hvilket gør motoren enklere og billigere at kontrollere.
Det er muligt at opnå synkron rotation med meget lav hastighed med en belastning, der er direkte koblet til akslen.
En bred vifte af rotationshastigheder kan realiseres, da hastigheden er proportional med frekvensen af inputimpulser.

Ulemper

Det ulemper ved trinmotor inkluderer følgende.

Effektiviteten er lav
Drejningsmomentet på en motor aftager hurtigt med hastighed
Nøjagtigheden er lav
Feedback bruges ikke til at specificere potentielle ubesvarede trin
Lille drejningsmoment mod inerti-forhold
Ekstremt støjende
Hvis motoren ikke styres korrekt, kan der opstå resonanser
Betjening af denne motor er ikke let ved meget høje hastigheder.
Det dedikerede kontrolkredsløb er nødvendigt
Sammenlignet med jævnstrømsmotorer bruger den mere strøm

Ansøgninger

Det anvendelser af trinmotor inkluderer følgende.

Industrielle maskiner - Trinmotorer bruges i bilmålere og automatiseret produktionsudstyr til maskinværktøj.
Sikkerhed - nye overvågningsprodukter til sikkerhedsindustrien.
Medicinsk - Trinmotorer bruges i medicinske scannere, samplere og findes også inden i digital tandfotografering, væskepumper, åndedrætsværn og blodanalysemaskiner.
Forbrugerelektronik - Trinmotorer i kameraer til automatisk digital kamerafokus og zoomfunktioner.

Og har også applikationer til forretningsmaskiner, applikationer til perifert udstyr til computere.

Således handler det hele om en oversigt over trinmotoren som konstruktion, arbejdsprincip, forskelle, fordele, ulemper og dets anvendelser. Nu har du fået en idé om typerne af supermotorer og deres applikationer, hvis du har spørgsmål om dette emne eller det elektriske og elektroniske projekter efterlad kommentarerne nedenfor.