מה זה מנוע צעד ואיך זה עובד

ממנגן DVD פשוט או מדפסת בביתכם למכונת CNC מתוחכמת ביותר או זרוע רובוטית, מנועי הצעד נמצאים כמעט בכל מקום. היכולת שלו לבצע תנועות מדויקות בשליטה אלקטרונית גרמו למנועים אלה למצוא יישומים אצל הרבה חתולים כמו מצלמות מעקב, דיסק קשיח, מכונות CNC, מדפסות תלת מימד, רובוטיקה, רובוטים להרכבה, חותכי לייזר ועוד ועוד. במאמר זה בואו ללמוד מה מייחד את המנועים הללו ואת התיאוריה שעומדת מאחוריו. נלמד כיצד להשתמש באפליקציה עבורך.

מבוא ל- Stepper Motors

כמו כל המנועים, גם במנועי הצעד יש סטאטור ורוטור, אך בניגוד למנוע DC רגיל הסטטור מורכב ממערכות סלילים בודדות. מספר הסלילים ישתנה בהתאם לסוג מנוע הצעד, אך בינתיים רק תבין שבמנוע צעד הרוטור מורכב מקטבי מתכת וכל מוט ימשך על ידי סט סליל בסטטור. בתרשים שלהלן מוצג מנוע צעד עם 8 עמודי סטטור ו -6 מוטות רוטור.

אם אתה מסתכל על הסלילים שבסטטור, הם מסודרים במונחים של זוגות סלילים, כמו A ו- A 'יוצרים זוג B ו- B' יוצרים זוג וכן הלאה. כך שכל אחד מצמד הסלילים הזה יוצר אלקטרומגנט וניתן להניע אותם בנפרד באמצעות מעגל דרייבר. כאשר סליל מקבל אנרגיה הוא פועל כמגנט וקוטב הרוטור מתיישר אליו, כאשר הרוטור מסתובב כדי להתאים את עצמו כדי ליישר אותו עם הסטטור הוא נקרא כשלב אחד. באופן דומה באמצעות הפעלת הסלילים ברצף אנו יכולים לסובב את המנוע בצעדים קטנים כדי לבצע סיבוב מלא.

סוגי מנועי צעד

ישנם בעיקר שלושה סוגים של מנועי צעד המבוססים על בנייה, והם:

• מנוע צעד רתיעה משתנה: יש להם רוטור ליבת ברזל הנמשך לכיוון עמודי הסטטור ומספק תנועה על ידי רתיעה מינימלית בין הסטטור לרוטור.
• מנוע צעד מגנטי קבוע: יש להם רוטור מגנטים קבוע והם נדחים או נמשכים לעבר הסטטור בהתאם לפולסים המופעלים.
• מנוע צעד סינכרוני היברידי: הם שילוב של רתיעה משתנה ומנוע צעד מגנטי קבוע.

מלבד זאת אנו יכולים גם לסווג את מנועי הצעד כ- Unipolar ו- Bipolar בהתבסס על סוג סלילת הסטטור.

• מנוע צעד דו קוטבי: סלילי הסטטור במנוע מסוג זה לא יהיו בעלי חוט משותף. ההנעה של מנוע צעד מסוג זה שונה ומורכבת וגם לא ניתן לתכנן את מעגל הנהיגה בקלות ללא מיקרו-בקר.
• מנוע צעד חד קוטבי: בסוג זה של מנוע צעד אנו יכולים לקחת את ההקשה המרכזית של שתי פיתולי הפאזה לקרקע משותפת או לכוח משותף כמוצג להלן. זה מקל על ההנעה של המנועים, ישנם סוגים רבים גם במנוע צעד חד קוטבי

אוקיי, אז בניגוד למנוע DC רגיל, יש לחמישה חוטים בכל הצבעים המהודרים שיוצאים ממנו ולמה זה כך? כדי להבין זאת, ראשית עלינו לדעת כיצד צעד שכבר דנו בו. קודם כל מנועי צעד אינם מסתובבים, הם דורכים ולכן הם מכונים גם מנועי צעד. כלומר, הם יעברו רק צעד אחד בכל פעם. מנועים אלה מכילים רצף של סלילים ויש להפעיל את הסלילים האלה באופן מסוים כדי לגרום לסיבוב המנוע. כאשר כל סליל מופעל, המנוע לוקח צעד ורצף אנרגיה יגרום למנוע לנקוט בצעדים רציפים, וכך לגרום לו להסתובב. בואו נסתכל על הסלילים שנמצאים בתוך המנוע כדי לדעת בדיוק מאיפה החוטים האלה מגיעים.

כפי שאתה יכול לראות, המנוע כולל סידור סלילי חד-קוטבי חד-קוטבי. ישנם ארבעה סלילים שיש להפעיל אותם ברצף מסוים. החוטים האדומים יסופקו עם + 5 וולט וארבעת החוטים הנותרים יימשכו לקרקע להפעלת הסליל המתאים. אנו משתמשים בכל מיקרו-בקר כדי להניע את הסלילים ברצף מסוים ולגרום למנוע לבצע את מספר הצעדים הנדרש. שוב יש הרבה רצפים שבהם אתה יכול להשתמש, בדרך כלל משתמשים ב -4 שלבים ולשליטה מדויקת יותר ניתן להשתמש גם בבקרה של 8 שלבים . טבלת הרצפים לבקרת 4 שלבים מוצגת להלן.

שלב	סליל ממונע
שלב 1	A ו- B
שלב 2	B ו- C.
שלב 3	C ו- D.
שלב 4	D ו- A

אז עכשיו, מדוע המנוע הזה נקרא 28-BYJ48 ? ברצינות!!! אני לא יודע. אין שום סיבה טכנית לכך שמנוע זה נקרא כך; אולי אנחנו לא צריכים לצלול הרבה יותר עמוק לתוכו. הבה נבחן כמה מהנתונים הטכניים החשובים שהתקבלו מגליון הנתונים של מנוע זה בתמונה למטה.

זהו ראש מלא במידע, אך עלינו לבדוק כמה חשובים בכדי לדעת באיזה סוג צעד אנו משתמשים כדי שנוכל לתכנת אותו ביעילות. ראשית אנו יודעים שמדובר במנוע צעד 5V מכיוון שאנו מפעילים את החוט האדום באמצעות 5V. ואז, אנו גם יודעים שמדובר במנוע צעד בן ארבעה פאזות מכיוון שהיו בו ארבעה סלילים. כעת, יחס ההילוכים ניתן 1:64. פירוש הדבר שהציר שאתה רואה בחוץ יעשה סיבוב שלם אחד רק אם המנוע בפנים מסתובב 64 פעמים. הסיבה לכך היא ההילוכים המחוברים בין המנוע לפיר היציאה, הילוכים אלה מסייעים בהגדלת המומנט.

נתונים חשובים נוספים שיש לשים לב אליהם הם זווית הצעד: 5.625 ° / 64. משמעות הדבר היא שהמנוע כאשר הוא פועל ברצף של 8 שלבים ינוע 5.625 מעלות לכל צעד וזה ייקח 64 צעדים (5.625 * 64 = 360) כדי להשלים סיבוב מלא אחד.

חישוב הצעדים למהפכה עבור מנוע צעד

חשוב לדעת כיצד לחשב את הצעדים לפי מהפכה עבור מנוע הצעד שלך מכיוון שרק אז אתה יכול לתכנת / להניע אותו ביעילות.

נניח שנפעיל את המנוע ברצף בן 4 שלבים ולכן זווית הצעד תהיה 11.25 ° מכיוון שהיא 5.625 ° (ניתנת בגיליון הנתונים) עבור רצף של 8 צעדים, היא תהיה 11.25 ° (5.625 * 2 = 11.25).

צעדים לסיבוב = 360 / זווית צעד כאן, 360 / 11.25 = 32 צעדים לסיבוב.

מדוע אנו זקוקים למודולי דרייבר למנועי צעד?

רוב מנועי הצעד יפעלו רק בעזרת מודול נהג. הסיבה לכך היא שמודול הבקר (מיקרו-בקר / מעגל דיגיטלי) לא יוכל לספק מספיק זרם מפסי ה- I / O שלו כדי שהמנוע יפעל. אז נשתמש במודול חיצוני כמו מודול ULN2003 כמניע מנוע צעד. ישנם סוגים רבים של מודול דרייבר והדירוג של אחד ישתנה בהתאם לסוג המנוע בו נעשה שימוש. העיקרון העיקרי עבור כל מודולי הנהג יהיה מקור / כיור מספיק זרם להפעלת המנוע. מלבד זאת יש גם מודולי דרייבר שתוכנתם מראש את ההיגיון, אך לא נדון בנושא כאן.

אם אתה סקרן לדעת כיצד לסובב מנוע צעד באמצעות מיקרו-בקר כלשהו וממשק דרייבר, אז סקרנו מאמרים רבים על פעולתו עם מיקרו-בקרים שונים:

• מנוע צעד משולב עם Arduino Uno
• מנוע צעד ממשק עם STM32F103C8
• ממשק מנוע צעד עם מיקרו-בקר PIC
• מנוע צעד משולב עם MSP430G2
• ממשק מנוע צעד עם מיקרו-בקר 8051
• בקרת מנוע צעד עם פטל פי

עכשיו אני מאמין שיש לך מספיק מידע כדי לשלוט על כל מנוע צעד שאתה צריך לפרויקט שלך. בואו נסתכל על היתרון והחסרון של מנועי צעד.

היתרונות של מנועי צעד

יתרון עיקרי אחד של מנוע צעד הוא שיש לו בקרת מיקום מעולה ולכן ניתן להשתמש בו ליישום בקרה מדויק. כמו כן, יש לה מומנט אחיזה טוב מאוד שהופך אותה לבחירה אידיאלית ליישומים רובוטיים. מנועי צעד נחשבים גם בעלי זמן חיים גבוה יותר מאשר מנוע DC רגיל או סרוו.

חסרונות מנועי הצעד

כמו כל המנועים Stepper Motors מגיעים גם עם חסרונות משלה, מכיוון שהוא מסתובב בצעדים קטנים הוא לא יכול להשיג מהירויות גבוהות. כמו כן הוא צורך כוח להחזקת מומנט גם כאשר הוא אידיאלי ובכך מגדיל את צריכת החשמל.