Stepmotorer
(23)Stepmotorer er børsteløse jævnstrømsmotorer, der bevæger sig i præcise trin. De har flere spoler, der er organiseret i faser. Ved at aktivere hver fase i rækkefølge vil motoren rotere, et trin ad gangen. Takket være computerstyring kan stepmotorer placeres, og deres hastighed kan kontrolleres. Derfor er stepmotorer de foretrukne motorer til mange præcisionsopgaver inden for bevægelseskontrol.
Funktioner ved stepmotorer
Trinmotorer bevæger sig i præcise, gentagelige trin, hvilket er grunden til, at de er perfekte til applikationer som 3D-printere, CNC, kameraplatforme og X- og Y-plottere. Trinmotorer er pålidelige på grund af manglen på børster. Motorens levetid afhænger derfor af lejernes levetid.
Præcise bevægelsesintervaller muliggør perfekt kontrol af rotationshastigheden. Desuden har normale jævnstrømsmotorer ikke meget drejningsmoment ved lave hastigheder. En stepmotor har maksimalt drejningsmoment ved lave hastigheder, så den er et godt valg til applikationer, der kræver lav hastighed med høj præcision.
Brugen af diskrete impulser til at drive stepmotoren gør det muligt at styre den i åben sløjfe. Det gør stepmotoren nemmere og billigere at styre, og muligheden for nøjagtig open loop-styring er stepmotorens største fordel. Åben sløjfe betyder, at der ikke er behov for feedback. Med denne form for styring er der ikke længere brug for optoelektroniske enkodere, hvilket reducerer omkostningerne. Positioner opnås ved at tælle inputpulserne.
Man skal dog huske, at stepmotorer har en tendens til at blive varme, fordi de trækker mest strøm, når de ikke udfører noget arbejde overhovedet. I modsætning til jævnstrømsmotorer er trinmotorens strømforbrug med andre ord uafhængigt af belastningen. En anden ulempe er, at de har mindre drejningsmoment ved høje hastigheder. De kan dog optimeres til bedre ydeevne ved høje hastigheder, men skal parres med den rigtige controller for at opnå denne ydeevne.
I modsætning til servomotorer har de fleste stepmotorer ikke integreret positionsfeedback.
Typer af stepmotorer
Der findes mange forskellige typer af stepmotorer på markedet, hvoraf nogle kræver meget specialiserede drivere. De mest populære er stepmotorer, der understøtter de mest almindelige motorstyringer. Disse er: permanentmagnet- eller hybridstepmotorer, 2-fasede bipolare eller 4-fasede unipolare stepmotorer.
Vigtige funktioner, når du vælger en stepmotor
Parametre for stepmotorer er nominel viklingsspænding, forsyningsspænding, nominel strøm, der kan bruges uden at overbelaste motoren, viklingsmodstand, et mål for, hvor meget roterende kraft der kræves for at tvinge en stationær stepmotoraksel ud af position (såkaldt holdemoment), pulsantallet (antal trin) pr. sekund (pps), maksimal driftshastighed (uden belastning), start/stop-hastighed, dimensioner, normalt langs rotationsaksen, og masse.
En af de første ting, man skal overveje, før man køber, er det arbejde, motoren skal udføre. Jo større motorerne er, jo mere kraft kan de levere. Stepmotorer findes i mange forskellige størrelser. Store motorer bruges i 3D-printere og mindre CNC-fræsere. Mindre motorer bruges i robotteknologi.
En anden vigtig parameter at overveje er stepmotorens drejningsmoment. Det afhænger af dens rotationshastighed. Når rotorens og statorens poler flugter med hinandens modsatte poler, har motoren det højeste drejningsmoment. Under hvert trin flugter rotorpolerne med statorpolerne, indtil rotoren bevæger sig endnu et trin. Hvis belastningen er for høj, kan motoren gå i stå. Den kan endda bevæge sig baglæns.
Stepmotorens antal trin
En anden ting, man skal overveje, er den nødvendige positioneringsopløsning. Antallet af trin pr. omdrejning varierer fra 4 til 400. Almindeligt tilgængelige trinantal er 24, 48 og 200. Opløsning udtrykkes ofte i grader pr. trin. En stepmotor med en stepvinkel på 1,8 grader vil lave 200 step for hver fulde omdrejning af motoren. Forudsætningen for høj opløsning er hastighed og drejningsmoment. De højere trinhastigheder, der er nødvendige for at dreje disse motorer, resulterer i et lavere drejningsmoment.
Stepmotorens drivmekanisme
Måden at opnå høj positioneringsopløsning på er gennem gearing. Et 32:1-gear på udgangen af en motor med 8 trin/omdrejning vil resultere i en motor med 256 trin. Et geartog vil også øgemotorens drejningsmoment. De mindste stepmotorer med gear har et imponerende drejningsmoment. Men det vigtigste er selvfølgelig hastigheden.
Aksler til stepmotorer
En anden ting, man skal overveje, er, hvordan motoren skal forbindes med resten af drivlinjen. Motorerne fås med forskellige akseltyper:
- Rund eller "D"-aksel: De fås i en række standarddiametre, og der er mange remskiver, tandhjul og akselkoblinger, der er designet til at passe. "D"-akslerne har en flad overflade for at forhindre, at de glider. De er ønskelige til høje drejningsmomenter.
- Aksel med gear: Nogle aksler har tandhjul fræset direkte ind i dem. De er typisk designet til at arbejde med modulære geartog.
- Bly-skrueaksel: Blyskrueakselmotorer bruges til konstruktion af lineære aktuatorer. Deres miniatureversioner kan findes som hovedpositionering i mange diskdrev.
Ledningsføring til stepmotorer
Der er mange variationer af ledninger til stepmotorer. Det er værd at overveje nogle af dem, der bruges med almindeligt tilgængelige drivere. Det er permanentmagnet- eller hybridstepmotorer, der er koblet som 2-fasede bipolare eller 4-fasede unipolare. En stepmotor kan have et vilkårligt antal spoler, og alle spoler i en fase får strøm sammen.
Unipolære og bipolære stepmotorer
Unipolære drivere forsyner altid faserne med strøm på samme måde. Den ene ledning vil altid være negativ, og den anden vil altid være positiv. Unipolære drivere kan implementeres med enkle transistorkredsløb. Ulempen er, at der er mindre tilgængeligt drejningsmoment, fordi kun halvdelen af spolerne kan aktiveres ad gangen. Bipolære drivere bruger et H-bro-kredsløb til faktisk at vende strømmen gennem faserne. Ved at forsyne faserne med vekslende polaritet kan alle spolerne bruges til at dreje motoren.
Yderligere komponenter
Man skal huske, at stepmotoren er en komponent og ikke fungerer uafhængigt; derfor skal både motoren og controlleren tages i betragtning, når drevet opbygges. Parametrene for begge elementer er lige vigtige. Valget af motor og controller vil have en betydelig indvirkning på drevsystemets egenskaber. De grundlæggende typer trinmotorstyring, der anvendes i dag, er fuld\trinstyring, halv\trinstyring og mikrotrinstyring.
Lagerbygning:
