Βηματικοί κινητήρες (stepper motors)


nc
Δημοσίευση: • Share Article:

@Οι βηματικοί κινητήρες αποτελούνται από έναν περιστρεφόμενο ρότορα και από σταθερούς ηλεκτρομαγνήτες. Χρησιμοποιούνται αποκλειστικά από ψηφιακά κυκλώματα επειδή οδηγούνται πολύ εύκολα από αυτά. Κινούνται σε βήματα (steps), όποτε εφαρμόζεται ψηφιακή τάση. Το πλήθος και η ταχύτητα των βημάτων ελέγχουν την θέση και την ταχύτητα αντίστοιχα του άξονά τους, που συνδέεται με το ρότορα του κινητήρα.
Οι βηματικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται όπου απαιτείται ακριβής έλεγχος θέσης. Η κίνησή τους γίνεται εκτελώντας συγκεκριμένο αριθμό βημάτων. Κάθε ένα βήμα αντιστοιχεί σε συγκεκριμένη γωνία. Συνηθισμένοι βηματικοί κινητήρες του εμπορίου εκτελούν βήμα γωνίας 1,80, ή 7,50, ή 150. 

The Basics of Stepper Motors | DigiKey
Αν οδηγηθεί ένας βηματικός κινητήρας βήματος 1,80 να εκτελέσει 40 βήματα, ο άξονας του θα περιστραφεί κατά  40*1,8=720. Μεταξύ των βημάτων παρεμβάλλεται απαραίτητα χρονοκαθυστέρηση. Όσο μικρότερη είναι η χρονοκαθυστέρηση αυτή τόσο πιο γρήγορα γίνεται η εναλλαγή και τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα περιστροφής. Για να αντιστραφεί η φορά περιστροφής του κινητήρα αρκεί να αντιστραφεί η σειρά με την οποία εφαρμόζεται ηλεκτρική τάση στα ζεύγη των ηλεκτρομαγνητών.
Υπάρχουν 2 βασικοί τύποι βηματικών κινητήρων. Οι Bipolar (διπολικοί) και οι Unipolar μονοπολικοί.

Bipolar stepper motor: Διαθέτουν 4 καλώδια/αγωγούς, οι οποίοι τροφοδοτούν ανά 2 ζεύγη 4 ηλεκτρομαγνήτες εναλλάσσοντας κατάλληλα την πολικότητα της τάσης. Οι 4 ηλεκτρομαγνήτες 1a-1b και 2a-2b είναι εκ κατασκευής συνδεδεμένοι σε σειρά. Αν τροφοδοτήσουμε τους ηλεκτρομαγνήτες 4 φορές διαδοχικά σύμφωνα με τον πίνακα το μαγνητικό δίπολο στο κέντρο θα περιστραφεί κατά 4 βήματα 90 μοιρών δηλαδή κατά 360 μοίρες. Αντιστροφή εφαρμογής με τη σειρά 0001à1000à0010à0100 προκαλεί αντιστροφή φοράς κίνησης.

Unipolar stepper motor: Διαθέτουν 5 ή 6 καλώδια/αγωγούς σύνδεσης των τεσσάρων ηλεκτρομαγνητών Α-Α΄, Β-Β΄, C-C΄ και D-D με την τάση τροφοδοσίας. Τα 2 από τα 6 καλώδια τροφοδοσίας συνδέονται μόνιμα με το - της τροφοδοσίας. Η θετική τάση τροφοδοσίας τοποθετείται διαδοχικά σε ένα από τα 4 καλώδια για εκτέλεση των βημάτων. 
Εφαρμόζοντας διαδοχικά τάση π.χ. 5V στα τυλίγματα  A-A’, B-B’, C-C και τέλος στα D-D’ έχουμε 4 βήματα ή steps (στο παράπλευρο σχήμα των 4Χ150 =600). Βλέπουμε, ότι εδώ δεν έχουμε εναλλαγές του +5V και 0V στα ίδια καλώδια όπως στο διπολικό βηματικό κινητήρα.

Σύγκριση μονοπολικών και διπολικών κινητήρων

Stepper Motors - Unipolar / Bipolar Connections for 2-Phase Stepper Motors

Η επιλογή μεταξύ της χρήσης ενός μονοπολικού ή διπολικού κινητήρα εξαρτάται από την απλότητα του κυκλώματος οδήγησης τη ροπή και από την απόδοση ισχύος. Οι διπολικοί κινητήρες δίδουν περί το 30% μεγαλύτερη ροπή από τους μονοπολικούς του ίδιου μεγέθους. Αυτό οφείλεται στο ότι στους μονοπολικούς κινητήρες ενεργοποιείται κάθε φορά μόνο το μισό τύλιγμα. Αντίθετα ένας διπολικός κινητήρας ενεργοποιείται κάθε φορά ολόκληρο το τύλιγμα.
Πλεονεκτήματα των βηματικών κινητήρων: Ο έλεγχος είναι σχετικά εύκολος. Σταματάνε ακαριαία αν δεν εφαρμοστεί παλμός. Στις μικρές ταχύτητες περιστροφής, αλλά και κατά την εκκίνησή τους παράγουν σχετικά μεγάλη ροπή.
Μειονεκτήματα: Θορυβώδης λειτουργία, μικρός βαθμός απόδοσης, συγκρινόμενοι με τους DC έχουν περιορισμένη ταχύτητα και ροπή, σχετικά ακριβοί, πιο ογκώδεις. Γενικά, οι βηματικοί κινητήρες είναι συνήθως μικρότερης ισχύος από έναν ίππο (1hp=746 W) και έτσι χρησιμοποιούνται μόνο σε εφαρμογές ελέγχου θέσης χαμηλής ισχύος.

Ροπή

Μετριέται σε N*m (Newton meters). Eίναι η ροπή που παράγει ο κινητήρας στις διάφορες ταχύτητες περιστροφής του. Η μέγιστη τιμή ροπής κάθε κινητήρα, που ονομάζεται ροπή ακινητοποίησης, είναι η ροπή που παράγει όταν το φορτίο που αντιμετωπίζει είναι τόσο μεγάλο, ώστε να τον ακινητοποιεί. Η ροπή που αναπτύσσεται όταν ο ρότορας ενός stepper motor μετακινείται κατά ένα βήμα ονομάζεται ροπή μετακίνησης.

Foreach programming

Εγγραφείτε για να βλέπετε τα εξειδικευμένα άρθρα.