Aansluiting van een stappelmotor

Definitie van stappenmotor

Een stappenmotor is een gelijkstroommotor die in stappen beweegt, waarbij de rotatiesnelheid afhankelijk is van het tempo van het elektrische signaal.

Componenten

De motor heeft een rotor (permanent magneet) en een stator (spoeling), waarbij de rotor roteert en de stator stationair blijft.

Werkingsprincipe

De middentap op de statorspoeling maakt het mogelijk om de richting van de stroom te veranderen wanneer deze aan de grond wordt verbonden. Dit verandert de magnetische eigenschappen van de stator, waardoor de rotor selectief wordt aangetrokken en afgestoten, wat resulteert in een stapsgewijs beweging.

Stapvolgorde

Om de juiste beweging van de motor te verkrijgen, moet een bepaalde stapvolgorde worden gevolgd. Deze stapvolgorde geeft de spanning aan die moet worden toegepast op de fases van de stator. Normaal gesproken wordt een 4-staps volgorde gevolgd.

Wanneer de volgorde van stap 1 tot 4 wordt gevolgd, krijgen we een wijzerszinrotatie en wanneer de volgorde van stap 4 tot 1 wordt gevolgd, krijgen we een tegengestelde rotatie.

Interface-diagram

Het onderstaande diagram toont de interface tussen de stappenmotor en een microcontroller. Dit is een algemeen diagram dat kan worden toegepast op elke microcontrollerfamilie zoals PIC-microcontrollers, AVR of 8051-microcontrollers.

Aangezien de microcontroller niet genoeg stroom kan leveren, wordt een driver zoals de ULN2003 gebruikt om de motor te laten draaien. Individuele transistors of andere driver-IC's kunnen ook worden gebruikt. Zorg ervoor dat externe pull-up weerstanden zijn aangesloten indien nodig. Sluit de motor nooit direct aan op de controllerpinnen. De motorspanning hangt af van de grootte van de motor.

Een typische 4-fase unipolaire stappenmotor heeft 5 aansluitingen. 4 faseaansluitingen en één gemeenschappelijke aansluiting van de middentap die aan de grond is verbonden. Het programmeringsalgoritme voor continue rotatie in wijzerszin is als volgt:

• Initialiseer de poortpinnen die voor de motor worden gebruikt als uitgangen

• Schrijf een gemeenschappelijk vertragingsprogramma van bijvoorbeeld 500 ms

• Geef de eerste sequentie-0 × 09 op de pinnen uit

• Roep de vertragingsfunctie aan

• Geef de tweede sequentie-0 × 0 c op de pinnen uit

• Roep de vertragingsfunctie aan

• Geef de derde sequentie-0 × 06 op de pinnen uit

• Roep de vertragingsfunctie aan

• Geef de vierde sequentie-0 × 03 op de pinnen uit

• Roep de vertragingsfunctie aan

• Ga naar stap 3

Staphoek

Het aantal stappen dat nodig is om één volledige rotatie te voltooien, hangt af van de staphoek van de stappenmotor. De staphoek kan variëren van 0,72 graden tot 15 graden per stap. Afhankelijk daarvan kunnen 500 tot 24 stappen nodig zijn om één rotatie te voltooien. In positiecontroletoepassingen moet de keuze van de motor gebaseerd zijn op het minimale rotatiegraad dat per stap vereist is.

Halfstepping

Stappenmotoren kunnen werken met de helft van de daadwerkelijke staphoek, bekend als halfstepping. Bijvoorbeeld, een motor die is gerateerd voor 15 graden per stap, kan worden geprogrammeerd om te roteren met 7,5 graden per stap met behulp van een speciale halfstepping-sequentie.

Stappenmotor versus servomotor

Zowel de stappenmotor als de servomotor worden voornamelijk gebruikt in positiecontroletoepassingen. Maar er bestaat een verschil in hun werking en constructie. De stappenmotor heeft een groot aantal polen of tanden op de rotor en deze tanden fungeren als magnetische noord- en zuidpolen die worden aangetrokken of afgestoten door de elektrisch gemagnetiseerde spoelen van de stator. Dit zorgt voor de stapsgewijze beweging die een stappenmotor genereert.

Aan de andere kant wordt in een servomotor de positie geregeld door een gespecialiseerde schakeling en een feedbackmechanisme, dat een foute signalen genereert om de as van de motor te verplaatsen.