Un motore passo-passo è un dispositivo elettromeccanico che converte l'energia elettrica in potenza meccanica. Inoltre, è un motore elettrico sincrono senza spazzole che può dividere una rotazione completa in un numero elevato di passaggi. La posizione del motore può essere controllata con precisione senza alcun meccanismo di feedback, a condizione che il motore sia accuratamente dimensionato per l'applicazione. I motori passo-passo sono simili a quelli commutati motori a riluttanza. Il motore passo-passo utilizza la teoria del funzionamento dei magneti per far ruotare l'albero del motore di una distanza precisa quando viene fornito un impulso di elettricità. Lo statore ha otto poli e il rotore ha sei poli. Il rotore richiederà 24 impulsi di elettricità per spostare i 24 passaggi per compiere un giro completo. Un altro modo per dirlo è che il rotore si muoverà precisamente di 15 ° per ogni impulso di elettricità che il motore riceve.

Principio di costruzione e funzionamento

Il costruzione di un motore passo-passo è abbastanza correlato a un file motore a corrente continua . Include un magnete permanente come Rotor che si trova nel mezzo e ruoterà quando la forza agisce su di esso. Questo rotore è racchiuso da un n. dello statore che è avvolto da una bobina magnetica su di esso. Lo statore è disposto vicino al rotore in modo che i campi magnetici all'interno degli statori possano controllare il movimento del rotore.

Motore passo-passo

Il motore passo-passo può essere controllato eccitando ogni statore uno per uno. Quindi lo statore magnetizzerà e funzionerà come un polo elettromagnetico che utilizza l'energia repulsiva sul rotore per spostarsi in avanti. L'alternativa magnetizzazione e smagnetizzazione dello statore sposterà il rotore gradualmente e gli consentirà di ruotare con un grande controllo.

Il principio di funzionamento del motore passo-passo è l'elettro-magnetismo. Include un rotore che è realizzato con un magnete permanente mentre uno statore è con elettromagneti. Una volta fornita l'alimentazione all'avvolgimento dello statore, il campo magnetico verrà sviluppato all'interno dello statore. Ora il rotore nel motore inizierà a muoversi con il campo magnetico rotante dello statore. Quindi questo è il principio di funzionamento fondamentale di questo motore.

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Costruzione di motori passo-passo

In questo motore, c'è un ferro dolce che è racchiuso attraverso gli statori elettromagnetici. I poli dello statore e del rotore non dipendono dal tipo di stepper. Una volta che gli statori di questo motore sono eccitati, il rotore ruoterà per allinearsi con lo statore, altrimenti gira per avere il minimo spazio attraverso lo statore. In questo modo, gli statori vengono attivati in serie per far ruotare il motore passo-passo.

Tecniche di guida

Tecnica di guida del motore passo-passo possono essere possibili con alcuni circuiti speciali a causa del loro design complesso. Esistono diversi metodi per azionare questo motore, alcuni dei quali sono discussi di seguito prendendo un esempio di un motore passo-passo a quattro fasi.

Modalità di eccitazione singola

Il metodo di base per guidare un motore passo-passo è una modalità di eccitazione singola. È un metodo antico e attualmente poco utilizzato, ma bisogna conoscere questa tecnica. In questa tecnica ogni fase altrimenti gli statori adiacenti verranno innescati uno ad uno alternativamente con un apposito circuito. Questo magnetizzerà e smagnetizzerà lo statore per spostare il rotore in avanti.

Full Step Drive

In questa tecnica, due statori vengono attivati contemporaneamente invece di uno in un periodo di tempo molto minore. Questa tecnica si traduce in una coppia elevata e consente al motore di azionare il carico elevato.

Half Step Drive

Questa tecnica è abbastanza correlata all'azionamento del passo completo perché i due statori saranno disposti uno accanto all'altro in modo che venga attivato per primo mentre il terzo verrà attivato dopo di che. Questo tipo di ciclo per la commutazione di due statori prima e dopo il terzo statore azionerà il motore. Questa tecnica si tradurrà in una migliore risoluzione del motore passo-passo riducendo la coppia.

Micro Stepping

Questa tecnica è più frequentemente utilizzata a causa della sua precisione. La corrente di passo variabile fornirà da circuito del driver del motore passo-passo verso le bobine dello statore nella forma di una forma d'onda sinusoidale. La precisione di ogni passo può essere migliorata da questa piccola corrente di passo. Questa tecnica è ampiamente utilizzata perché fornisce un'elevata precisione e riduce in larga misura il rumore di funzionamento.

Circuito del motore passo-passo e suo funzionamento

I motori passo-passo funzionano in modo diverso da Motori a spazzole DC , che ruotano quando viene applicata tensione ai loro terminali. I motori passo-passo, d'altra parte, hanno effettivamente più elettromagneti dentati disposti attorno ad un pezzo centrale di ferro a forma di ingranaggio. Gli elettromagneti sono eccitati da un circuito di controllo esterno, ad esempio un microcontrollore.

Circuito del motore passo-passo

Per far girare l'albero del motore, prima viene data potenza a un elettromagnete, che fa sì che i denti dell'ingranaggio siano attratti magneticamente dai denti dell'elettromagnete. Nel punto in cui i denti dell'ingranaggio sono così allineati al primo elettromagnete, sono leggermente sfalsati dal successivo elettromagnete. Quindi quando il successivo elettromagnete viene acceso e il primo viene spento, l'ingranaggio ruota leggermente per allinearsi con quello successivo e da lì il processo viene ripetuto. Ciascuna di queste piccole rotazioni è chiamata passo, con un numero intero di passi che compie una rotazione completa.

In questo modo, il motore può essere ruotato da un preciso. Il motore passo-passo non gira continuamente, ruotano gradualmente. Ci sono 4 bobine con un 90^oangolo tra loro fissato sullo statore. I collegamenti del motore passo-passo sono determinati dal modo in cui le bobine sono interconnesse. In un motore passo-passo, le bobine non sono collegate. Il motore ha un 90^ofase di rotazione con le bobine che vengono eccitate in ordine ciclico, determinando il senso di rotazione dell'albero.

Il funzionamento di questo motore è mostrato azionando l'interruttore. Le bobine vengono attivate in serie a intervalli di 1 secondo. L'albero ruota di 90 °^oogni volta che viene attivata la bobina successiva. La sua coppia a bassa velocità varierà direttamente con la corrente.

Tipi di motore passo-passo

Esistono tre tipi principali di motori passo-passo, sono:

Stepper a magnete permanente
Stepper sincrono ibrido
Stepper a riluttanza variabile

Motore passo-passo a magneti permanenti

I motori a magneti permanenti utilizzano un magnete permanente (PM) nel rotore e operano sull'attrazione o repulsione tra il rotore PM e gli elettromagneti dello statore.

Questo è il tipo più comune di motore passo-passo rispetto ai diversi tipi di motori passo-passo disponibili sul mercato. Questo motore include magneti permanenti nella costruzione del motore. Questo tipo di motore è anche noto come motore per lattine / lattine. Il vantaggio principale di questo motore passo-passo è il minor costo di produzione. Per ogni rivoluzione, ha 48-24 passaggi.

Motore passo-passo a riluttanza variabile

I motori a riluttanza variabile (VR) hanno un rotore in ferro semplice e funzionano in base al principio che la riluttanza minima si verifica con una distanza minima, quindi i punti del rotore sono attratti verso i poli del magnete dello statore.

Il motore passo-passo come la riluttanza variabile è il tipo base di motore ed è stato utilizzato negli ultimi anni. Come suggerisce il nome, la posizione angolare del rotore dipende principalmente dalla riluttanza del circuito magnetico che può formarsi tra i denti dello statore e di un rotore.

Motore passo-passo sincrono ibrido

I motori passo-passo ibridi sono denominati perché utilizzano una combinazione di tecniche a magneti permanenti (PM) e riluttanza variabile (VR) per ottenere la massima potenza in contenitori di piccole dimensioni.

Il tipo di motore più popolare è il motore passo-passo ibrido perché offre buone prestazioni rispetto a un rotore a magneti permanenti in termini di velocità, risoluzione del passo e coppia di tenuta. Ma questo tipo di motore passo-passo è costoso rispetto ai motori passo-passo a magneti permanenti. Questo motore combina le caratteristiche dei motori passo-passo a magnete permanente e a riluttanza variabile. Questi motori vengono utilizzati dove è richiesto un angolo di passo minore come 1,5, 1,8 e 2,5 gradi.

Come selezionare un motore passo-passo?

Prima di selezionare un motore passo-passo per le proprie esigenze, è molto importante esaminare la curva coppia-velocità del motore. Quindi questa informazione è disponibile presso il progettista del motore, ed è un simbolo grafico della coppia del motore a una velocità specificata. La curva coppia-velocità del motore dovrebbe corrispondere strettamente alle necessità dell'applicazione, altrimenti non è possibile ottenere le prestazioni del sistema previste.

Tipi di cablaggio

I motori passo-passo sono generalmente motori bifase come unipolari altrimenti bipolari. Per ogni fase in un motore unipolare, ci sono due avvolgimenti. Qui, la presa centrale è quella comune tra due avvolgimenti verso un polo. Il motore unipolare ha da 5 a 8 cavi.

Nella costruzione, dove il comune di due poli è diviso comunque a presa centrale, questo motore passo-passo include sei conduttori. Se le prese centrali bipolari sono corte all'interno, questo motore include cinque conduttori. Unipolare con 8 conduttori faciliterà il collegamento in serie e in parallelo mentre il motore con cinque o sei conduttori ha il collegamento in serie della bobina dello statore. Il funzionamento del motore unipolare può essere semplificato perché durante il loro funzionamento non è necessario invertire il flusso di corrente all'interno del circuito di pilotaggio che sono noti come motori bifilari.

In un motore passo-passo bipolare, per ogni polo, c'è un unico avvolgimento. La direzione della fornitura deve cambiare attraverso il circuito di pilotaggio in modo che diventi complesso, quindi questi motori sono chiamati motori unifilari.

Controllo del motore passo-passo variando gli impulsi di clock

Controllo del motore passo-passo è un circuito semplice ed economico, utilizzato principalmente in applicazioni a bassa potenza. Il circuito è mostrato nella figura, che consiste di 555 timer IC come un multi-vibratore stabile. La frequenza viene calcolata utilizzando la relazione data.

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

Controllo del motore passo-passo variando gli impulsi di clock

L'uscita del timer viene utilizzata come orologio per due flip-flop 7474 dual 'D' (U4 e U3) configurati come contatore ad anello. All'accensione iniziale, viene impostato solo il primo flip-flop (ovvero l'uscita Q sul pin 5 di U3 sarà a '1' logico) e gli altri tre flip-flop vengono ripristinati (cioè l'uscita di Q è a logica 0). Alla ricezione di un impulso di clock, l'uscita '1' logica del primo flip-flop viene spostata sul secondo flip-flop (pin 9 di U3).

Pertanto, l'uscita logica 1 continua a spostarsi in modo circolare ad ogni impulso di clock. Le uscite Q di tutti e quattro i flip-flop sono amplificate da array di transistor Darling-ton all'interno di ULN2003 (U2) e collegate agli avvolgimenti del motore passo-passo arancione, marrone, giallo, nero a 16, 15,14, 13 di ULN2003 e il rosso a + ve fornitura.

Il punto comune dell'avvolgimento è collegato all'alimentazione + 12V DC, anch'essa collegata al pin 9 di ULN2003. Il codice colore utilizzato per gli avvolgimenti può variare da marca a marca. All'accensione, il segnale di controllo collegato al pin SET del primo flip-flop e ai pin CLR degli altri tre flip-flop diventa attivo 'basso' (a causa del circuito di power-on-reset formato da R1 -C1) per impostare il primo flip-flop e azzerare i restanti tre flip-flop.

Al ripristino, Q1 di IC3 diventa 'alto' mentre tutte le altre uscite Q diventano 'basso'. È possibile attivare un ripristino esterno premendo l'interruttore di ripristino. Premendo l'interruttore di ripristino, è possibile arrestare il motore passo-passo. Il motore riprende a ruotare nella stessa direzione rilasciando l'interruttore di ripristino.

Differenza tra motore passo-passo e servomotore

I servomotori sono adatti per applicazioni ad alta coppia e velocità, mentre il motore passo-passo è meno costoso, quindi vengono utilizzati dove è richiesta l'elevata coppia di tenuta, l'accelerazione da bassa a media, la flessibilità di funzionamento ad anello aperto altrimenti chiuso. La differenza tra il motore passo-passo e il servomotore include quanto segue.

Motore passo-passo	Servomotore
Il motore che si muove a passi discreti è noto come motore passo-passo.	Un servomotore è un tipo di motore ad anello chiuso collegato a un encoder per fornire feedback di velocità e posizione.
Il motore passo-passo viene utilizzato dove il controllo, così come la precisione, sono le priorità principali	Il servomotore viene utilizzato dove la velocità è la priorità principale
Il numero di poli complessivo del motore passo-passo varia da 50 a 100	Il numero di poli complessivo del servomotore varia da 4 a 12
In un sistema a circuito chiuso, questi motori si muovono con un impulso costante	Questi motori necessitano di un encoder per modificare gli impulsi per controllare la posizione.
La coppia è elevata a velocità inferiori	La coppia è bassa ad alta velocità
Il tempo di posizionamento è più veloce durante le corse brevi	Il tempo di posizionamento è più veloce durante le corse lunghe
Movimento di inerzia ad alta tolleranza	Movimento di inerzia a bassa tolleranza
Questo motore è adatto per meccanismi a bassa rigidità come puleggia e cinghia	Non adatto per meccanismi a bassa rigidità
La reattività è alta	La reattività è bassa
Questi sono usati per carichi fluttuanti	Questi non sono usati per carichi fluttuanti
La regolazione del guadagno / sintonizzazione non è richiesta	È richiesta la regolazione del guadagno / sintonizzazione

Motore passo-passo vs motore CC

Entrambi i motori passo-passo e cc sono utilizzati in diverse applicazioni industriali, ma le differenze principali tra questi due motori sono un po 'confuse. Di seguito elenchiamo alcune caratteristiche comuni tra questi due modelli. Ogni caratteristica è discussa di seguito.

Caratteristiche	Motore passo-passo	Motore a corrente continua “come funziona la tv led? ”
Caratteristiche di controllo	Semplice e utilizza microcontrollore	Semplice e senza extra richiesti
Gamma di velocità	Basso da 200 a 2000 giri / min	Moderare
Affidabilità	Alto	Moderare
Efficienza	Basso	Alto
Caratteristiche di coppia o velocità	Coppia massima a velocità inferiori	Coppia elevata a velocità inferiori
Costo	Basso	Basso

Parametri del motore passo-passo

I parametri del motore passo-passo includono principalmente angolo di passo, passi per ogni giro, passi per ogni secondo e RPM.

Angolo di passo

L'angolo di passo del motore passo-passo può essere definito come l'angolo al quale il rotore del motore gira una volta che un singolo impulso viene dato all'ingresso dello statore. La risoluzione del motore può essere definita come il numero di passi del motore e il numero di giri del rotore.

Risoluzione = numero di passi / numero di giri del rotore

La disposizione del motore può essere decisa attraverso l'angolo di passo ed è espressa in gradi. La risoluzione di un motore (il numero di passo) è il n. di gradini che compiono all'interno di un solo giro del rotore. Quando l'angolo di passo del motore è piccolo, la risoluzione è alta per la disposizione di questo motore.

L'esattezza delle disposizioni degli oggetti attraverso questo motore dipende principalmente dalla risoluzione. Una volta che la risoluzione è alta, la precisione sarà bassa.

Alcuni motori di precisione possono creare 1000 passi in una singola rivoluzione, compresi 0,36 gradi di angolo di passo. Un tipico motore include 1,8 gradi di angolo di passo con 200 passi per ogni giro. I diversi angoli di passo come 15 gradi, 45 gradi e 90 gradi sono molto comuni nei motori normali. Il numero di angoli può variare da due a sei ed è possibile ottenere un piccolo angolo di passo attraverso le parti asolate dei poli.

Passi per ogni rivoluzione

I passi per ogni risoluzione possono essere definiti come il numero di angoli di passo necessari per una rivoluzione totale. La formula per questo è 360 ° / Step Angle.

Passi per ogni secondo

Questo tipo di parametro viene utilizzato principalmente per misurare il numero di passaggi coperti in ogni secondo.

Rivoluzione al minuto

L'RPM è il giro al minuto. Viene utilizzato per misurare la frequenza di rivoluzione. Quindi, utilizzando questo parametro, possiamo calcolare il numero di giri in un solo minuto. La relazione principale tra i parametri del motore passo-passo è la seguente.

Passi per ogni secondo = Giri al minuto x Passi per giro / 60

Interfacciamento motore passo-passo con microcontrollore 8051

L'interfacciamento del motore passo-passo con l'8051 è molto semplice utilizzando tre modalità come wave drive, full step drive e half step drive dando 0 e 1 ai quattro fili del motore in base alla modalità di guida che dobbiamo scegliere per far funzionare questo motore.

I restanti due fili devono essere collegati a una tensione di alimentazione. Qui viene utilizzato il motore passo-passo unipolare in cui le quattro estremità delle bobine sono collegate ai quattro pin primari della porta 2 nel microcontrollore utilizzando l'ULN2003A.

Questo microcontrollore non fornisce corrente sufficiente per pilotare le bobine, quindi il circuito integrato del driver corrente piace ULN2003A. ULN2003A deve essere utilizzato ed è la raccolta di 7 coppie di transistor Darlington NPN. La progettazione della coppia Darlington può essere eseguita tramite due transistor bipolari collegati per ottenere la massima amplificazione di corrente.

Nel driver IC ULN2003A, i pin di ingresso sono 7, i pin di uscita sono 7, dove due pin sono per l'alimentazione e i terminali di terra. Qui vengono utilizzati i pin a 4 ingressi e 4 uscite. In alternativa a ULN2003A, l'IC L293D viene utilizzato anche per l'amplificazione della corrente.

È necessario osservare due fili comuni e quattro fili della bobina con molta attenzione, altrimenti il motore passo-passo non girerà. Questo può essere osservato misurando la resistenza attraverso un multimetro ma il multimetro non visualizzerà alcuna lettura tra le due fasi dei fili. Una volta che il filo comune e gli altri due fili sono nella fase uguale, deve mostrare una resistenza simile mentre i due punti finali delle bobine nella fase simile dimostreranno la doppia resistenza rispetto alla resistenza tra il punto comune e un punto finale.

Risoluzione dei problemi

La risoluzione dei problemi è il processo per controllare lo stato del motore se il motore funziona o meno. La seguente lista di controllo viene utilizzata per risolvere i problemi del motore passo-passo.
Per prima cosa, verifica i collegamenti e il codice del circuito.
Se è ok, verificare quindi che il motore riceva la corretta alimentazione oppure semplicemente vibra ma non gira.
Se la tensione di alimentazione è buona, verificare i punti finali delle quattro bobine che sono alleate a ULN2003A IC.
In primo luogo, scoprire i due punti finali generali e fissarli all'alimentazione a 12 V, quindi fissare i quattro fili residui a IC ULN2003A. Fino all'avvio del motore passo-passo, provare tutte le combinazioni possibili. Se il collegamento di questo non è corretto, questo motore vibrerà invece di girare.

I motori passo-passo possono funzionare continuamente?

In generale, tutti i motori funzionano o ruotano continuamente ma la maggior parte dei motori non può arrestarsi mentre sono sotto tensione. Quando si tenta di limitare l'albero di un motore quando è alimentato, si brucerà o si romperà.

In alternativa, i motori passo-passo sono progettati per fare un passo discreto, quindi attendere di nuovo passo e rimanere lì. Se vogliamo che il motore rimanga in un'unica posizione per meno tempo prima di fare un altro passo, sembrerà che ruoti continuamente. Il consumo di energia di questi motori è elevato, ma la dissipazione di potenza si verifica principalmente quando il motore viene arrestato o progettato male, quindi c'è la possibilità di surriscaldamento. Per questo motivo, l'alimentazione di corrente del motore viene spesso ridotta una volta che il motore è in una posizione di mantenimento per un tempo più lungo.

Il motivo principale è che, una volta che il motore gira, la sua parte di alimentazione elettrica in ingresso può essere modificata in potenza meccanica. Quando il motore viene arrestato mentre sta ruotando, tutta la potenza in ingresso può essere trasformata in calore all'interno della bobina.

Vantaggi

Il vantaggi del motore passo-passo include il seguente.

Robustezza
Costruzione semplice
Può funzionare in un sistema di controllo ad anello aperto
La manutenzione è scarsa
Funziona in qualsiasi situazione
L'affidabilità è alta
L'angolo di rotazione del motore è proporzionale all'impulso in ingresso.
Il motore ha la coppia massima da fermo.
Posizionamento preciso e ripetibilità del movimento poiché buoni motori passo-passo hanno una precisione del 3 - 5% di un passo e questo errore non è cumulativo da un passo all'altro.
Ottima risposta all'avviamento, all'arresto e alla retromarcia.
Molto affidabile poiché non ci sono spazzole di contatto nel motore. Pertanto la durata del motore dipende semplicemente dalla durata del cuscinetto.
La risposta del motore agli impulsi di ingresso digitale fornisce un controllo ad anello aperto, rendendo il motore più semplice e meno costoso da controllare.
È possibile ottenere una rotazione sincrona a velocità molto basse con un carico direttamente accoppiato all'albero.
È possibile realizzare un'ampia gamma di velocità di rotazione poiché la velocità è proporzionale alla frequenza degli impulsi di ingresso.

Svantaggi

Il svantaggi del motore passo-passo include il seguente.

L'efficienza è bassa
La coppia di un motore diminuisce rapidamente con la velocità
La precisione è bassa
Il feedback non viene utilizzato per specificare potenziali passaggi mancanti
Piccola coppia verso il rapporto di inerzia
Estremamente rumoroso
Se il motore non è controllato correttamente, possono verificarsi risonanze
Il funzionamento di questo motore non è facile a velocità molto elevate.
È necessario il circuito di controllo dedicato
Rispetto ai motori CC, utilizza più corrente

Applicazioni

Il applicazioni del motore passo-passo include il seguente.

Macchine industriali - I motori passo-passo sono utilizzati nei calibri automobilistici e nelle apparecchiature di produzione automatizzate per macchine utensili.
Sicurezza - nuovi prodotti di sorveglianza per il settore della sicurezza.
Medico - I motori passo-passo sono utilizzati all'interno di scanner medici, campionatori e si trovano anche all'interno di fotografia dentale digitale, pompe per fluidi, respiratori e macchinari per analisi del sangue.
Elettronica di consumo - Motori passo-passo nelle fotocamere per la messa a fuoco automatica della fotocamera digitale e le funzioni di zoom.

E hanno anche applicazioni per macchine aziendali, applicazioni per periferiche per computer.

Quindi, questo è tutto una panoramica del motore passo-passo come la costruzione, il principio di funzionamento, le differenze, i vantaggi, gli svantaggi e le sue applicazioni. Ora hai un'idea dei tipi di super motori e delle loro applicazioni se hai domande su questo argomento o sui componenti elettrici e progetti elettronici lascia i commenti qui sotto.