Кроковий двигун це безколекторний двигун, ротор якого обертається не плавно, а кроками (дискретно). Повний оборот ротора складається з декількох кроків. Змінюючи форму сигналу, кількість імпульсів, їх тривалість і фазовий зсув, можна задавати швидкість обертання, напрямок обертання і кількість обертів ротора двигуна.
Загальні відомості:
Крокові двигуни складаються з ротора (рухома частина) і статора (нерухома частина). На статорі встановлюють електромагніти, а частини ротора взаємодіють з електромагнітами виконуються з магнітотверді (двигун з постійними магнітами) або магнітомягкого (реактивний двигун) матеріалу.
Види крокових двигунів за типом ротора:
За типом ротора, крокові двигуни діляться на: двигуни з постійними магнітами, реактивні двигуни та гібридні двигуни.
- Двигун з постійними магнітами (ротор з магнітотверді матеріалу). На роторі встановлений один, або кілька, постійних магнітів. Кількість повних кроків в одному обороті таких двигунів, залежить від кількості постійних магнітів на роторі, і кількості електромагнітів на статорі. Зазвичай в одному обороті від 4 до 48 кроків (один крок від 7,5 ° до 90 °).
- Реактивний двигун (ротор з магнітомягкого матеріалу). Ще такі двигуни називають двигунами з перемінним магнітним опором. Ротор не має постійних магнітів, він виконаний з магнітомягкого матеріалу у вигляді многоконечной зірки. Дані двигуни зустрічаються рідко, так як у них найменший крутний момент, в порівнянні з іншими, при тих же розмірах. Кількість повних кроків в одному обороті таких двигунів, залежить від кількості зубців на зірці ротора, і кількості електромагнітів на статорі. Зазвичай в одному обороті від 24 до 72 кроків (один крок від 5 ° до 15 °.)
- Гібридний двигун (поєднує технології двох попередніх двигунів). Ротор виконаний з магнітотверді матеріалу (як у двигуна з постійними магнітами), але має форму многоконечной зірки (як у реактивного двигуна). Кількість повних кроків в одному обороті таких двигунів, залежить від кількості постійних магнітів на зірці ротора, і кількості електромагнітів на статорі. Кількість кроків в одному обороті таких двигунів може доходити до 400 (один крок від 0,9 °).
Який тип крокової двигуна у мене?
Якщо вручну покриття ротор відключеного двигуна, то можна помітити, що він рухається не плавно, а кроками. Після того, як Ви покрутили ротор, замкніть всі дроти двигуна і покрутіть ротор повторно. Якщо ротор крутиться також, значить у Вас реактивний двигун. Якщо для обертання ротора потрібно прикладати більше зусиль, значить у вас двигун з постійними магнітами або гібридний. Відрізнити двигун з постійними магнітами від гібридного можна підрахувавши кількість кроків в одному обороті. Для цього не обов'язково вважати всі кроки, досить приблизно зрозуміти, їх менше 50 або більше. Якщо менше, значить у Вас двигун з постійними магнітами, а якщо більше, значить у Вас гібридний двигун.
Види крокових двигунів за типом з'єднання електромагнітів статора:
За типом з'єднання електромагнітів, крокові двигуни діляться на: уніполярні і біполярні.
На малюнку представлено спрощене, схематичне, уявлення обмоток.
Насправді, кожна обмотка складається з декількох обмоток електромагнітів, з'єднаних послідовно або паралельно
- Біполярний двигун має 4 виведення. Висновки A і A живлять обмотку AA, висновки B і B живлять обмотку BB. Для включення електромагніту, на висновки обмотки необхідно подати різниця потенціалів (два різних рівня), тому двигун називається біполярним. Напрямок магнітного поля залежить від полярності потенціалів на висновках.
- Уніполярний двигун має 5 висновків. Центральні точки його обмоток з'єднані між собою і є загальним (п'ятим) висновком, який, зазвичай, підключають до GND. Для включення електромагніту, досить подати позитивний потенціал на один з висновків обмотки, тому двигун називається уніполярним. Напрямок магнітного поля залежить від того, на який саме висновок обмотки поданий позитивний потенціал.
- 6-вивідний двигун має відгалуження від центральних точок обмоток, але обмотка AA не вставлений у обмоткою BB. Якщо не використовувати висновки центральних точок обмоток, то двигун буде біполярним, а якщо ці висновки з'єднати і підключити до GND, то двигун буде уніполярним.
- 8-вивідний двигун є найбільш гнучким в плані підключення електромагнітів. Даний двигун можна не тільки використовувати як біполярний або уніполярний, але і самим визначати, як з'єднати електромагніти обмоток, послідовно або паралельно.
Який тип крокової двигуна у мене?
Якщо у Вашого двигуна 4 виведення, значить він біполярний. Якщо у Вашого двигуна 5 висновків, значить він уніполярний. Але якщо у Вашого двигуна 6 і більше висновків, то це не означає що деякі з них є центральними висновками котушок електромагнітів. Справа в тому, що є двигуни, деякі висновки яких (зазвичай крайні), електрично замкнуті, так біполярний двигун може мати 6 висновків. Точно визначити тип з'єднань, для двигунів з 6 і більше висновками, можна тільки вимірюючи опір між висновками.
Режими роботи крокових двигунів:
-
Для роботи крокового двигуна (незалежно від його виду) можна вибрати один з трьох режимів роботи:
- Полношаговий режим - ротор повертається на 1 крок за 1 такт.
- Полушаговий режим - ротор повертається на ½ кроку за 1 такт.
- Мікрошаговий режим - ротор повертається на ¼, ⅛ і т.д. кроків за 1 такт.
Нижче розглянуті режими роботи, на прикладі біполярного двигуна з постійним магнітом і повним кроком 90 °.
Полношаговий режим (одна фаза на повний крок). Номінальні значення крокової двигуна вказуються саме для цього режиму.
Полношаговий режим (дві фази на повний крок). Цей режим дозволяє збільшити крутний момент майже в половину від номінального.
Полушаговий режим. Цей режим дозволяє збільшити кількість кроків в повному обороті в два рази, при незначному зменшенні крутного моменту.
Мікрошаговий режим. Цей режим є найбільш поширеним, він дозволяє збільшити кількість кроків в повному обороті в чотири рази, завдяки нерівномірного розподілу струмів в обмотках. Зниження струмів можна досягти зниженням напруги (як показано на картинці) або подавати повне напруга через підключається зовнішнє навантаження.
Якщо подавати рівні не "0" - "½» - «1» (як на картинці), а «0» - «¼» - «½» - «¾» - «1», то кількість кроків в повному обороті збільшиться не в 4 рази, а в 8 разів. Можна збільшити кількість кроків в 16, 32, 64 рази і т.д. а якщо замінити дискретні рівні сигналів на синусоїди, то мотор буде обертатися плавно (без кроків).
Режими зниженого енергоспоживання - доступні тільки для 8-вивідних двигунів. Ці режими відрізняються від звичайних тим, що використовують тільки половину фази (половину електромагнітів). Дані режими використовуються рідко, так як вони значно знижують крутний момент двигуна.
Приклад роботи крокових двигунів з різними видами роторів:
Підключення крокових двигунів до Arduino:
Електромотори не можна підключати до висновків Arduino безпосередньо, так як вони споживають значні струми, крокові двигуни не є винятком, тому їх підключають через драйвери.