ELEKTRICITEIT-Stappenmotoren 1 Stappenmotoren...1 1.1 Inleiding....1 1.2 Wat is nu juist een stappenmotor?... 2 1.3 Waar vinden we stappenmotoren?... 3 1.4 Soorten stappenmotoren?... 3 1.5 Permanente magneet stappenmotoren... 4 1.5.1 Unipolaire PM-stappenmotor... 4 1.5.2 Bipolaire PM-stappenmotor... 5 1 Stappenmotoren. 1.1 Inleiding. Stappenmotoren kunnen aanzien worden als elektrische motoren zonder commutators (stroomwisselaars). In het typische geval van stappenmotoren zijn alle windingen in de motor een onderdeel van de stator en is de rotor ofwel een permanente magneet of, in het geval van variabele reluctantie motoren, een getande blok uit een soort magnetisch zacht materiaal. Alle commutatie moet extern door de motor controller uitgevoerd worden. Bij de meeste stappenmotoren is het ook zo dat de motor op gelijk welke positie gefixeerd, evenals geroteerd in gelijk welke richting, kan worden. De meeste stappenmotoren kunnen 'gestapt' worden op audio frequenties wat toelaat dat ze vrij snel draaien. Met een gepaste controller kunnen ze vrij nauwkeurig gestart en gestopt worden. Figuur: Enkele praktische uitvoeringen van stappenmotoren Voor sommige applicaties dient een keuze gemaakt te worden tussen servomotors en stappenmotors. Beide types motor kunnen gelijkaardige mogelijkheden aanbieden qua nauwkeurigheid van positioneren. Toch verschillen ze in een aantal opzichten van elkaar. Servomotoren vragen analoge feedback control systemen van een bepaald type. Meestal gaat het hier om een potentiometer die
feedback moet leveren omtrent de rotor-positie en een mix van schakelingen om een stroom door de motor te sturen die omgekeerd evenredig is met het verschil tussen de gewenste positie en de huidige positie. Bij de keuze tussen stappenmotoren en servomotoren dienen een aantal punten aan de orde te komen die afhankelijk zullen zijn van de toepassing. Zo zal bijvoorbeeld de herhaalbaarheid van positioneren bij een stappenmotor afhangen van de geometrie van de rotor, terwijl dit bij een servomotor in het algemeen meestal afhangt van de stabiliteit van de potentiometer en de andere componenten in het feedback circuit. 1.2 Wat is nu juist een stappenmotor? Een stappenmotor is een soort van digitaal toestel, zoals een computer, waarin digitale informatie wordt verwerkt om een eindresultaat te bekomen, in ons geval beweging. Een stappenmotor zal getrouw digitale instructies volgen die hem worden aangeboden net zoals een computer dat doet. Dit is een eigenschap van de stappenmotor waarmee hij zich onderscheidt van andere types motoren. Figuur: Eén puls komt overeen met één stap Figuur: Pulsen aantal komt overeen met stappenaantal In essentie zijn stappenmotoren elektrische motoren die gestuurd worden met digitale pulsen in plaats van met een continu toegevoegde spanning. Inherent aan dit concept is open-loop control, waarbij een pulstrein zich vertaalt in een aantal omwentelingen, waarbij elke omwenteling een aantal pulsen nodig heeft. Elke puls komt overeen met een kleine hoekverdraaiing of stap (vandaar stappenmotoren), welke slechts een onderdeel is van een volledige omwenteling. Vandaar dat een hoeveelheid pulsen kan toegevoerd worden om een gewenste asverdraaiing te bekomen. Het aantal pulsen vertegenwoordigt automatisch hoeveel beweging er is verwezenlijkt, zonder de nood aan feedback informatie dewelke zou nodig zijn bij een servo-systeem. De precisie van een beweging die met een stappenmotor verwezenlijkt wordt hangt in hoofdzaak af van het aantal stappen per omwenteling. Hoe meer stappen, hoe beter de precisie. Om een nog hogere precisie te bereiken delen sommige stappenmotor drivers de normale stappen nogmaals op in halve stappen of micro stappen. Nauwkeurigheid van een stappenmotor is een functie van de mechanische precisie van zijn onderdelen en de wijze waarop deze geassembleerd zijn. Elektriciteit stappenmotoren 2
1.3 Waar vinden we stappenmotoren? Stappenmotoren kunnen teruggevonden worden in een heel breed gamma van elektro-mechanische toestellen. Enkele voorbeelden hier zijn: Dot-matrix printers Meestal bevatten deze toestellen 2 stappenmotoren. Eén motor zorgt voor het positioneren van de printkop, terwijl een tweede motor instaat voor de bladdoorvoer. Meestal zijn aan deze motoren fijnmechanische onderdelen bevestigd die onder andere dienst kan doen om een draaibeweging om te zetten naar een translatie. Andere : Zoals X-Y plotters, klokken, bedrijfsautomatisatie, vliegtuigcontrole... 1.4 Soorten stappenmotoren? - Permanente magneet stappenmotoren - Unipolaire stappenmotoren - Bipolaire stappenmotoren - Variabele reluctantie stappenmotoren - Hybride motoren Elektriciteit stappenmotoren 3
1.5 Permanente magneet stappenmotoren 1.5.1 Unipolaire PM-stappenmotor Principe: - Elektriciteit stappenmotoren 4
1.5.2 Bipolaire PM-stappenmotor Principe: Elektriciteit stappenmotoren 5
Aansluiting + stapmodi Elektriciteit stappenmotoren 6