스테퍼 모터 제어

전기 모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하고 스테퍼 모터의 경우 전기 충격 에너지를 회전자의 회전 운동으로 변환합니다. 각 펄스의 동작에 의해 생성된 동작은 높은 정밀도로 시작되고 반복되므로 볼 모터는 정밀한 위치 지정이 필요한 장치에 효율적으로 구동됩니다.

영구 자석 스테퍼 모터에는 영구 자석 회전자, 고정자 권선 및 자기 코어가 포함됩니다. 에너지 코일은 그림과 같이 자북극과 남극을 생성합니다. 고정자의 움직이는 자기장은 회전자가 항상 고정자에 정렬되도록 강제합니다. 이 회전 자기장은 회전자를 회전시키기 위해 고정자 코일의 직렬 여자를 제어함으로써 조정될 수 있습니다.

그림은 2상 모터에 대한 일반적인 여기 방법의 다이어그램을 보여줍니다. 위상 A에서 2개의 고정자 코일에 전원이 공급되고 이로 인해 반대 자극이 서로 끌어당기면서 회전자가 끌어당겨 고정됩니다.위상 A의 권선이 꺼지면 위상 B의 권선이 켜지고 회 전자가 시계 방향으로 회전합니다 (영어 CW - 시계 방향, CCW - 시계 반대 방향) 90 °.

그런 다음 위상 B가 꺼지고 위상 A가 켜지지만 극은 이제 처음과 반대입니다. 이것은 다음 90 ° 회전으로 이어집니다. 그런 다음 위상 A가 꺼지고 위상 B가 반대 극성으로 켜집니다.이 단계를 반복하면 로터가 시계 방향으로 90°씩 회전합니다.

그림에 표시된 단계별 제어를 단상 제어라고 합니다. 스테핑 제어의 더 적합한 방법은 모터의 두 위상이 항상 켜져 있지만 그 중 하나의 극성이 그림과 같이 변경되는 2상 능동 제어입니다.

이 컨트롤은 스테퍼 모터의 회전자가 자기 회로 돌출부 사이에서 형성된 N극과 S극의 중심에 있는 각 스텝과 정렬되도록 이동합니다. 두 위상이 항상 켜져 있기 때문에 이 제어 방법은 하나의 활성 위상이 있는 제어보다 41.4% 더 많은 토크를 제공하지만 두 배의 전력이 필요합니다.

반보

스테퍼 모터는 "세미 스테핑"될 수도 있으며 위상 전환 중에 트리핑 단계가 추가됩니다. 이렇게 하면 피치 각도가 반으로 줄어듭니다. 예를 들어, 90° 대신 스테퍼 모터는 그림과 같이 각 «하프 스텝»에서 45° 회전할 수 있습니다.

그러나 하프 스텝 모드는 2개의 활성 위상이 있는 스텝 제어에 비해 15-30%의 토크 손실이 발생합니다. 로터, 즉 순 토크 손실.

바이폴라 코일

2상 스텝 제어는 2극 고정자 권선이 있다고 가정합니다. 각 위상에는 자체 코일이 있으며 코일을 통해 전류가 역전되면 전자기 극성도 변경됩니다. 초기 단계는 일반적입니다. 2상 드라이버 그림에 나와 있습니다. 제어 체계가 표에 나와 있습니다. 코일을 통해 전류의 방향을 변경함으로써 얼마나 간단하게 위상의 자기 극성을 변경할 수 있는지 확인할 수 있습니다.

단극 코일

코일의 또 다른 전형적인 형태는 유니폴라 코일로서 코일을 두 부분으로 나누어 코일의 한 부분이 통전되면 N극이 생성되고 다른 부분이 통전되면 S극이 생성된다. 이 솔루션은 전류를 담당하는 전기 극성이 절대 변하지 않기 때문에 단극 코일이라고 합니다. 제어 단계는 그림에 나와 있습니다.

이 디자인을 사용하면 더 간단한 전자 블록을 사용할 수 있습니다. 그러나 바이폴라 코일에 비해 코일이 와이어의 절반을 가지고 있기 때문에 여기에서 토크의 거의 30%가 손실됩니다.

기타 기울기 각도

더 작은 피치 각도를 얻으려면 회전자와 고정자 모두에 더 많은 수의 극이 있어야 합니다. 7.5° 로터에는 12개의 극 쌍이 있고 고정자 자기 코어에는 12개의 돌출부가 있습니다. 보빈 귀 2개와 코일 2개.

이것은 7.5°의 각 단계에 대해 48개의 극을 제공합니다. 그림에서 단면의 4극 러그를 볼 수 있습니다. 물론 큰 변위를 달성하기 위해 단계를 결합하는 것이 가능합니다. 예를 들어 7.5°의 6단계는 45°의 로터 회전을 초래합니다.

정확성

스테퍼 모터의 정확도는 단계당 6-7%입니다(누적 없음). 7.5° 단계의 스테퍼 모터는 이미 얼마나 많은 단계를 수행했는지에 관계없이 항상 이론적으로 예측된 ​​위치의 0.5° 내에 있습니다. 기계적으로 360°마다 단계적으로 반복되기 때문에 오류가 누적되지 않습니다. 무부하 상태에서 서로에 대한 고정자와 회전자 극의 물리적 위치는 항상 동일합니다.

공명

스테퍼 모터는 시스템과 같은 스프링 무게이기 때문에 고유한 공진 주파수를 갖습니다. 리듬이 모터의 고유 공진 주파수와 같으면 모터에서 발생하는 소음이 들리고 진동이 증폭됩니다.

공진점은 모터 용도, 부하에 따라 다르지만 일반적으로 공진 주파수 범위는 초당 70~120스텝입니다. 최악의 경우 모터가 공진하면 제어 정확도가 떨어집니다.

시스템 공진 문제를 피하는 쉬운 방법은 공명 지점에서 멀어지는 리듬을 변경하는 것입니다. 하프 스텝 또는 마이크로 스텝 모드에서는 속도가 증가함에 따라 공진점이 포기되기 때문에 공진 문제가 줄어듭니다.

토크

스테퍼 모터의 토크는 스텝 속도, 고정자 권선 전류, 모터 유형의 함수입니다. 특정 스테퍼 모터의 전력도 이 세 가지 요소와 관련이 있습니다.스테퍼 모터의 토크는 마찰 토크와 관성 토크의 합입니다.

센티미터당 그램 단위의 마찰 토크는 1cm 길이의 레버 암으로 특정 수의 무게를 가진 하중을 이동하는 데 필요한 힘입니다.모터의 스텝 속도가 증가함에 따라 모터의 역기전력이 즉, 모터에서 발생하는 전압이 증가합니다. 이는 고정자 권선의 전류를 제한하고 토크를 감소시킵니다.