Comprendre Stepper Motors Partie I - Un modèle de base, construit selon les spécifications
Comprendre Stepper Motors Partie I - Un modèle de base
Ce modèle simple d'un type de pas est un seul aimant permanent rotatif entouré de 4 bobines. Dans ce modèle, les bobines, électroaimants vraiment, sont fixes, formant ce qu'on appelle le stator du moteur. L'aimant peut tourner en place et est fixé à l'arbre de sortie et ces deux forment ensemble la partie mobile ou rotor du moteur. Il y a plusieurs façons de construire steppers qui ne ressemble pas à cela à l'intérieur (en fait, la plupart ne ressemblent pas à ce sujet), mais l'idée derrière tous est le même, un rotor qui se déplace autour quand vous le mettez près d'un champ magnétique et des bobines qui sont fixées en place que vous pouvez activer et désactiver pour déplacer ce rotor de manière contrôlée. Il semble assez simple à ce jour? Eh bien nous allons plonger dans le câblage ce modèle haut!
Câblage unipolaires
Alors, comment pouvons-nous faire cette chose bouge la façon dont nous voulons? Tout d'abord, permet d'attacher un interrupteur et une puissance à l'une des bobines. Dans cette configuration simple lorsque l'interrupteur est appuyé sur l'une des bobines tourne et que le champ magnétique génère l'aimant attire:
Imaginez cette même configuration de commutateur est fixé à chaque bobine de notre modèle à pas. Ce schéma de câblage est appelé configuration unipolaires (voir plus loin). Si vous passez sur une bobine à la fois, et chaque bobine vous mettez est à côté de la dernière, l'aimant se déplace vers une nouvelle position chaque fois que vous allumez la bobine suivante dans la séquence:
En fonction de l'ordre sous tension les bobines, vous pouvez faire tourner l'aimant dans le sens horaire ou antihoraire. Vous savez aussi que chaque commutateur de bobine que vous faites, l'aimant ne tourner un quart de tour. Ce montant connu de rotation (un quart de tour dans notre modèle) pour une modification de la configuration de la bobine est appelée une étape. et comment les moteurs pas à pas obtenir leur nom. Chaque fois que nous sous tension la bobine suivante dans la séquence et fermer la précédente dans la séquence, nous prenons une étape. Notre modèle doit faire 4 étapes pour aller tout autour donc nous dire qu'il a 4 étapes par tour ou 90 degrés par étape. La résolution d'un pas peut être exprimée en degrés de rotation par étape ou le nombre d'étapes pour faire une seule rotation et vous pouvez revenir en arrière en faisant un peu de mathématiques (dans ce cas 360/4 pas par tour = 90 degrés une étape, ou étape par degrés 360/90 = 4 pas par tour). Il est important de noter que les moteurs pas à pas ne sont pas limités à 4 ensembles par tour comme notre modèle, mais sont généralement fabriqués avec un nombre beaucoup plus élevé d'étapes par tour. Par exemple, un moteur pas à pas commun pourrait avoir 200 pas par tour ou 1,8 degrés par étape.
Donc, à ce stade de notre compréhension du modèle que nous avons un moteur que nous pouvons faire bouger un sens ou dans un autre et nous savons exactement comment il a tourné combien de fois vous avez des bobines d'allumage et d'arrêt, ou en gradins. C'est à peu près tout ce que vous pouvez faire avec un moteur pas à pas, se déplacer sur une distance connue dans une direction particulière. Alors, qu'y at-il savoir sur le contrôle de la chose?
Comme vous l'avez deviné, beaucoup en fait! Mise sous tension une bobine à la fois avec un seul interrupteur unipolaire est appelé lecteur d'onde et est juste un de 8 façons de câbler et entraîner les bobines d'un moteur pas à pas. Toutes les autres méthodes sont fondamentalement juste un peu différentes façons de faire la même chose que nous avons déjà fait (interrupteur sur bobines en séquence pour faire bouger le moteur), mais chacun a ses propres avantages et inconvénients. Regardons d'autres façons de conduire les bobines:
Eh bien, en supposant que nous avons encore un seul commutateur connecté à chaque bobine, nous pourrions tourner sur deux côtés par des bobines latérales à la fois au lieu d'un seul. Ceci génère un champ magnétique plus fort et l'aimant se déplace vers quelque part entre les deux aimants mis sous tension. Pour faire un pas maintenant, nous laisser une bobine sur, coupez un, et allumez la suivante dans la séquence. Chaque étape est encore de 90 degrés, mais maintenant que nous avons deux bobines sur à la fois que nous avons un champ magnétique plus fort et notre moteur est un peu plus puissant. Ceci est appelé stepping plein unipolaires. Le seul inconvénient est que, puisque nous avons deux bobines sur à la fois plutôt qu'une seule, notre moteur consomme plus de puissance. Regardons une séquence de conduite plus unipolaires:
Câblage bipolaire
Maintenant, imaginons que nous câbler les bobines un peu différemment. Un interrupteur unique pour chaque bobine signifie que le champ magnétique de chaque bobine individuelle ne peut avoir une polarité. Parce que la polarité de la puissance à la bobine ne change jamais, ce qui rend cette configuration unipolaires (voir, je vous ai dit que nous avions tout à fait couvrons plus tard). Si vous prenez un électro-aimant et inverser la polarité de la puissance que vous appliquez à ce que vous allez changer la polarité du champ magnétique qu'il génère. Pour ce faire, avec nos bobines nous devons ajouter quelques commutateurs:
Maintenant, regardons comment nous faire cette nouvelle étape de configuration:
Ici, toutes les bobines sont alimentés tout le temps! Tout comme la séquence pas à pas unipolaire complet, l'aimant se stabilise à un demi-pas entre les deux séries de bobines alimentées en se déplaçant autour. Étant donné que les 4 bobines sont alimentés, cette configuration est la plus forte, ou couple le plus élevé, la configuration de commande pas à pas pour un pas à pas donné mais étant donné que toutes les bobines sont tout le temps, cette configuration nécessite le plus de puissance. Regardons une séquence finale bipolaire, la séquence demi-pas à pas:
Tout comme la configuration de câblage unipolaires, nous pouvons combiner les séquences de pas à pas vague et complète pour créer une séquence demi-stepping où chaque étape est seulement 45 degrés. Rappelez-vous de la séquence demi-pas à pas unipolaires bien que cette méthode fait chaque pas un peu moins puissant car toutes les bobines sont sous tension chaque étape.
Et après
Il y a encore beaucoup à apprendre à utiliser des moteurs pas à pas, mais à ce stade, vous devriez avoir une assez bonne compréhension des schémas de câblage et bipolaires et unipolaires différents le séquençage, vous pouvez utiliser chacun pour faire bouger les moteurs. Vous n'avez pas besoin de savoir tout ce genre de choses à plonger réellement et commencer à utiliser des moteurs pas à pas dans vos projets parce que les puces de pilotes et de logiciels font souvent beaucoup de travail pour vous, mais il est toujours agréable de savoir ce qui se passe dans les coulisses, surtout si vous essayez de traquer les problèmes. Je vais aller dans différents circuits de conduite, micro-stepping et en utilisant différents contrôleurs pas à pas dans un autre poste, mais en attendant, voici quelques informations supplémentaires sur steppers si vous voulez apprendre un peu plus sur la façon dont ils sont construits et comment de les utiliser:
StepperWorld Tutoriels - Tutoriels avec beaucoup d'informations supplémentaires sur les steppers et les contrôler, y compris de limitation du courant et micro-stepping