การควบคุมสเต็ปเปอร์มอเตอร์

มอเตอร์ไฟฟ้าเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล และสำหรับสเต็ปเปอร์มอเตอร์ จะแปลงพลังงานของแรงกระตุ้นไฟฟ้าเป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนของโรเตอร์ การเคลื่อนไหวที่เกิดจากการกระทำของแต่ละพัลส์นั้นเริ่มต้นและทำซ้ำด้วยความแม่นยำสูง ทำให้บอลมอเตอร์ขับเคลื่อนอย่างมีประสิทธิภาพสำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการตำแหน่งที่แม่นยำ

สเต็ปเปอร์มอเตอร์แบบแม่เหล็กถาวรประกอบด้วย: โรเตอร์แม่เหล็กถาวร ขดลวดสเตเตอร์ และแกนแม่เหล็ก ขดลวดพลังงานจะสร้างขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ตามภาพ สนามแม่เหล็กที่เคลื่อนที่ของสเตเตอร์จะบังคับให้โรเตอร์อยู่ในแนวเดียวกันตลอดเวลา สนามแม่เหล็กหมุนนี้สามารถปรับได้โดยการควบคุมการกระตุ้นแบบอนุกรมของขดลวดสเตเตอร์เพื่อหมุนโรเตอร์

รูปแสดงไดอะแกรมของวิธีการกระตุ้นทั่วไปสำหรับมอเตอร์สองเฟส ในเฟส A ขดลวดสเตเตอร์ทั้งสองจะได้รับพลังงาน และทำให้โรเตอร์ดึงดูดและล็อคเนื่องจากขั้วแม่เหล็กตรงข้ามดึงดูดซึ่งกันและกันเมื่อปิดขดลวดของเฟส A ขดลวดของเฟส B จะเปิดขึ้น โรเตอร์จะหมุนตามเข็มนาฬิกา (ภาษาอังกฤษ CW — ตามเข็มนาฬิกา, CCW — ทวนเข็มนาฬิกา) 90 °

จากนั้นเฟส B จะปิดและเฟส A จะเปิดขึ้น แต่ตอนนี้เสาอยู่ตรงข้ามกับจุดเริ่มต้น สิ่งนี้นำไปสู่การเลี้ยว 90 °ถัดไป จากนั้นเฟส A จะปิด เฟส B จะเปิดขึ้นโดยมีการกลับขั้ว การทำซ้ำ ขั้นตอนเหล่านี้จะทำให้โรเตอร์หมุนตามเข็มนาฬิกาโดยเพิ่มขึ้นทีละ 90°

การควบคุมแบบขั้นตอนที่แสดงในรูปเรียกว่าการควบคุมแบบเฟสเดียว วิธีการควบคุมสเต็ปปิ้งที่ยอมรับได้มากขึ้นคือการควบคุมแบบแอคทีฟสองเฟส โดยที่ทั้งสองเฟสของมอเตอร์เปิดอยู่เสมอ แต่ขั้วของหนึ่งในนั้นเปลี่ยนไป ดังแสดงในรูป

การควบคุมนี้ทำให้โรเตอร์ของสเต็ปเปอร์มอเตอร์เคลื่อนที่เพื่อให้อยู่ในแนวเดียวกับแต่ละขั้นที่กึ่งกลางของขั้วเหนือและขั้วใต้ระหว่างส่วนที่ยื่นออกมาของวงจรแม่เหล็ก เนื่องจากทั้งสองเฟสเปิดอยู่ตลอดเวลา วิธีการควบคุมนี้จึงให้แรงบิดมากกว่าการควบคุมด้วยเฟสเดียวถึง 41.4% แต่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าสองเท่า

ครึ่งก้าว

สเต็ปเปอร์มอเตอร์ยังสามารถเป็นแบบ "กึ่งสเต็ป" จากนั้นจะมีการเพิ่มสเต็ปปิ้งสเต็ประหว่างการเปลี่ยนเฟส สิ่งนี้จะลดมุมพิทช์ลงครึ่งหนึ่ง ตัวอย่างเช่น แทนที่จะเป็น 90° สเต็ปเปอร์มอเตอร์สามารถหมุน 45° ในแต่ละ «ครึ่งสเต็ป» ดังแสดงในรูป

แต่โหมดฮาล์ฟสเต็ปทำให้สูญเสียแรงบิด 15-30% เมื่อเทียบกับสเต็ปคอนโทรลที่มีสองเฟสแอคทีฟ เนื่องจากหนึ่งในขดลวดไม่ทำงานระหว่างครึ่งสเต็ป และในที่สุดจะนำไปสู่การสูญเสียแรงแม่เหล็กไฟฟ้า , ทำหน้าที่ โรเตอร์ เช่น การสูญเสียแรงบิดสุทธิ

ขดลวดสองขั้ว

การควบคุมขั้นตอนแบบสองเฟสถือว่ามีขดลวดสเตเตอร์สองขั้ว แต่ละเฟสมีขดลวดของตัวเอง และเมื่อกระแสย้อนกลับผ่านขดลวด ขั้วแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะเปลี่ยนไปด้วย ระยะเริ่มต้นเป็นเรื่องปกติ ไดรเวอร์สองเฟส แสดงในรูป รูปแบบการควบคุมแสดงในตาราง จะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนทิศทางของกระแสผ่านขดลวดนั้นสามารถเปลี่ยนขั้วแม่เหล็กในเฟสได้อย่างไร

ขดลวดขั้วเดียว

ขดลวดทั่วไปอีกประเภทหนึ่งคือขดลวดยูนิโพลาร์ ที่นี่ ขดลวดจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนและเมื่อส่วนหนึ่งของขดลวดได้รับพลังงาน ขั้วเหนือจะ ถูกสร้างขึ้น เมื่อส่วนอื่นได้รับพลังงาน ขั้วใต้ จะถูกสร้างขึ้น วิธีการแก้ปัญหานี้เรียกว่า unipolar coil เนื่องจากขั้วไฟฟ้าที่รับผิดชอบกระแสไฟฟ้าไม่เคยเปลี่ยนแปลง ขั้นตอนการควบคุมจะแสดงในรูป

การออกแบบนี้ช่วยให้สามารถใช้บล็อกอิเล็กทรอนิกส์ได้ง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม เกือบ 30% ของแรงบิดจะหายไปที่นี่เมื่อเทียบกับขดลวดสองขั้ว เนื่องจากขดลวดมีลวดครึ่งหนึ่งเป็นขดลวดสองขั้ว

มุมเอียงอื่นๆ

เพื่อให้ได้มุมพิตช์ที่เล็กลง จำเป็นต้องมีขั้วจำนวนมากขึ้นทั้งบนโรเตอร์และสเตเตอร์ โรเตอร์ 7.5° มีขั้ว 12 คู่ และแกนแม่เหล็กของสเตเตอร์มีส่วนยื่นออกมา 12 อัน หูกระสวยสองอันและขดลวดสองอัน

สิ่งนี้ให้ 48 เสาสำหรับแต่ละขั้นตอน 7.5 ° ในภาพ คุณจะเห็นสลัก 4 ขั้วในส่วน แน่นอนว่าเป็นไปได้ที่จะรวมขั้นตอนเพื่อให้ได้การเคลื่อนที่ขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น หกขั้นที่ 7.5° จะส่งผลให้โรเตอร์หมุน 45°

ความแม่นยำ

ความแม่นยำของสเต็ปเปอร์มอเตอร์อยู่ที่ 6-7% ต่อสเต็ป (ไม่มีการสะสม) สเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่มีขั้นบันได 7.5° จะอยู่ภายใน 0.5° ของตำแหน่งที่คาดการณ์ไว้ตามทฤษฎีเสมอ ไม่ว่าจะผ่านไปกี่ขั้นแล้วก็ตาม ข้อผิดพลาดจะไม่สะสมเพราะกลไกทุกๆ 360 °จะเกิดขึ้นซ้ำทีละขั้นตอน เมื่อไม่มีโหลด ตำแหน่งทางกายภาพของสเตเตอร์และขั้วโรเตอร์จะสัมพันธ์กันตลอดเวลา

เสียงก้อง

สเต็ปเปอร์มอเตอร์มีความถี่เรโซแนนซ์ของตัวเองเนื่องจากมีน้ำหนักสปริงเหมือนระบบ เมื่อจังหวะเท่ากันกับความถี่เรโซแนนซ์ตามธรรมชาติของมอเตอร์ จะได้ยินเสียงรบกวนที่เกิดจากมอเตอร์และการสั่นสะเทือนจะเพิ่มขึ้น

จุดเรโซแนนซ์ขึ้นอยู่กับการใช้งานมอเตอร์ โหลด แต่โดยทั่วไปความถี่เรโซแนนซ์จะอยู่ในช่วง 70 ถึง 120 สเต็ปต่อวินาที ในกรณีที่เลวร้ายที่สุด มอเตอร์จะสูญเสียความแม่นยำในการควบคุมหากเกิดการสั่นพ้อง

วิธีง่ายๆ ในการหลีกเลี่ยงปัญหาเรโซแนนซ์ของระบบคือการเปลี่ยนจังหวะให้ห่างจากจุดเรโซแนนซ์ ในโหมด half- หรือ micro-step ปัญหาเรโซแนนซ์จะลดลงเนื่องจากจุดเรโซแนนซ์จะถูกละทิ้งเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น

แรงบิด

แรงบิดของสเต็ปเปอร์มอเตอร์เป็นฟังก์ชันของ: ความเร็วสเต็ป กระแสขดลวดสเตเตอร์ ประเภทของมอเตอร์ พลังของสเต็ปเปอร์มอเตอร์นั้นเกี่ยวข้องกับปัจจัยทั้งสามนี้เช่นกันแรงบิดของสเต็ปเปอร์มอเตอร์คือผลรวมของแรงบิดเสียดทานและแรงบิดเฉื่อย

แรงบิดแรงเสียดทานเป็นกรัมต่อเซนติเมตรคือแรงที่ต้องใช้ในการเคลื่อนย้ายโหลดที่มีน้ำหนักจำนวนหนึ่งกรัมด้วยคันโยกยาว 1 ซม. สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าเมื่อความเร็วขั้นของมอเตอร์เพิ่มขึ้น EMF ด้านหลังในมอเตอร์ นั่นคือแรงดันไฟฟ้าที่เกิดจากมอเตอร์จะเพิ่มขึ้น สิ่งนี้จะจำกัดกระแสในขดลวดสเตเตอร์และลดแรงบิด