Come funzionano i motori passo-passo

In questo post impareremo a conoscere il motore passo-passo. Esploreremo cos'è il motore passo-passo, il suo meccanismo di funzionamento fondamentale, i tipi di motore passo-passo, le modalità passo-passo e, infine, i suoi vantaggi e svantaggi.

Cos'è il motore passo-passo?

Il motore passo-passo è un motore brushless il suo albero rotante (rotore) compie una rotazione con un determinato numero di passi. A causa della natura a gradini della rotazione, prende il nome di motore passo-passo.

Il motore passo-passo fornisce controllo preciso dell'angolo di rotazione e velocità. È un design ad anello aperto, il che significa che non è implementato alcun meccanismo di feedback per il monitoraggio della rotazione.

Può variare la sua velocità, cambiare direzione di rotazione e bloccarsi in una posizione istantaneamente. Il numero di passaggi è determinato dal numero di denti presenti nel rotore. Ad esempio: se un motore passo-passo è composto da 200 denti,

360 (gradi) / 200 (numero di denti) = 1,8 gradi

Quindi, ogni passo sarà di 1,8 gradi. I motori passo-passo sono controllati da microcontrollori e circuito di pilotaggio. È ampiamente utilizzato in stampanti laser, stampanti 3D, unità ottiche, robotica ecc.

Meccanismo di lavoro fondamentale:

Un motore passo-passo può essere costituito da diversi numeri di poli avvolti con filo di rame isolato chiamato statore o parte non mobile del motore. La parte mobile del motore è chiamata rotore, che consiste di diversi numeri di denti.

Quando un polo è eccitato, i denti più vicini si allineeranno con quel polo eccitato e l'altro dente sul rotore sarà leggermente sfalsato o disallineato con altri poli non energizzati.

Il polo successivo verrà eccitato e il polo precedente verrà diseccitato, ora i poli non allineati si allineeranno con il polo attualmente eccitato, questo fa un solo passo.

Il polo successivo viene eccitato e il polo precedente viene diseccitato, questo fa un altro passo e questo ciclo continua più volte per fare una rotazione completa.

Ecco un altro esempio molto semplice di come funziona il motore passo-passo:

Generalmente i denti del rotore sono magneti disposti alternando il polo nord e il polo sud. Come i poli si respingono e, a differenza del polo, si attraggono, ora l'avvolgimento del polo 'A' è eccitato e assume il polo eccitato come polo nord e il rotore come polo sud, questo attrae il polo sud del rotore verso lo statore del polo 'A' come mostrato nell'immagine.

Ora il polo A è diseccitato e il polo 'B' è eccitato, ora il polo sud del rotore si allineerà con il polo 'B'. Il polo 'C' e il polo 'D' simili si ecciteranno e si disecciteranno allo stesso modo per completare una rotazione.

Ormai capiresti come funziona un meccanismo di motore passo-passo.

Tipi di motore passo-passo:

Esistono tre tipi di motore passo-passo:

• Stepper a magneti permanenti
• Stepper riluttante variabile
• Stepper sincrono ibrido

Stepper a magneti permanenti:

I motori passo-passo a magneti permanenti utilizzano denti a magneti permanenti nel rotore disposti a poli alternati (Nord-Sud-Nord-Sud ……), questo fornisce una coppia maggiore.

Stepper riluttante variabile:

Lo stepper a riluttanza variabile utilizza materiale in ferro dolce come rotore con un numero di denti diverso e funziona in base al principio che la riluttanza minima si verifica allo spazio minimo, il che significa che i denti più vicini del rotore vengono attratti verso il polo quando viene eccitato, come un metallo viene attratto verso un magnete.

Stepper sincrono ibrido:

Nel motore passo-passo ibrido entrambi i metodi sopra menzionati sono combinati per ottenere la coppia massima. Questo è il tipo più comune di motore passo-passo e anche un metodo costoso.
Modalità di avanzamento:

Esistono 3 tipi di modalità di avanzamento

• Modalità full stepping
• Modalità Half-stepping
• Modalità micro stepping

Modalità Full Stepping:

Nella modalità a passo completo può essere compreso dal seguente esempio: se un motore passo-passo ha 200 denti, un passo completo è di 1,8 gradi (che è indicato all'inizio dell'articolo) non ruoterà di meno o più di 1,8 gradi.

Il passaggio completo è ulteriormente classificato in due tipi:

• Modalità monofase
• Modalità a due fasi

In entrambe le modalità di fase, il rotore esegue un passaggio completo, la differenza fondamentale tra questi due è, la modalità singola fornisce meno coppia e la modalità bifase dà più coppia.

• Modalità monofase:

Nella modalità monofase viene eccitata solo una fase (un gruppo di avvolgimento / polo) in un dato momento, è il metodo che consuma meno energia ma fornisce anche meno coppia.

• Modalità a due fasi:

Nella modalità bifase, bifase (due gruppi di avvolgimenti / polo) viene eccitata in un dato momento e produce più coppia (dal 30% al 40%) della modalità monofase.

Modalità Half stepping:

La modalità Half stepping consente di raddoppiare la risoluzione del motore. In mezzo passo, come suggerisce il nome, richiede la metà di un passo completo, invece di 1,8 gradi completi, mezzo passo richiede 0,9 gradi.
Il mezzo passo si ottiene cambiando alternativamente la modalità monofase e la modalità doppia fase. Riduce lo stress sulle parti meccaniche e aumenta la scorrevolezza in rotazione. Il mezzo passo riduce la coppia di circa il 15%. Ma la coppia può essere aumentata aumentando la corrente applicata al motore.

Micro stepping:

Il micro passo è fatto per la rotazione più regolare. Un passaggio completo è suddiviso fino a 256 passaggi. Per il micro stepping è necessario uno speciale controller microstep. La sua coppia si riduce di circa il 30%.

I driver devono inserire un'onda sinusoidale per la rotazione del fluido. I driver forniscono due input sinusoidali con sfasamento di 90 gradi.

Offre il miglior controllo sulla rotazione e riduce notevolmente lo stress meccanico e riduce il rumore di funzionamento.

I principali vantaggi e svantaggi del motore passo-passo possono essere appresi con i seguenti punti:

Vantaggi:

• Miglior controllo sulla rotazione angolare.
• Coppia elevata a bassa velocità.
• Cambio istantaneo del senso di rotazione.
• Costruzione meccanica minima.

Svantaggi:

• La potenza viene consumata anche in assenza di rotazione per bloccare il rotore in posizione fissa.
• Non esiste alcun meccanismo di feedback per correggere gli errori di rotazione e per tenere traccia della posizione corrente.
• Necessita di un circuito di pilotaggio complicato.
• La coppia si riduce a velocità più elevate.
• Non è facile controllare il motore a velocità più elevate.