Step-motor: Forskelle mellem versioner

[[Billede:Unipolar step-motor.png|thumb|right|450px|Forsimplet unipolar step-motor, der kan lave helskridt på 90 grader og halvskridt på 45 grader.]]

En '''step-motor''' er en form for [[elektromotor]] hvis bevægelser kan styres i små [[vinkel]]trin og dermed mere præcis end gængse elektromoterer. De bruges for eksempel til at flytte læse/skrivehovedet i [[CNC-maskine]]r, [[plotter]]e, [[printer]]e, [[Compact Disc|CD]]-, [[DVD]]- og [[diskettedrev]], i [[robot]]ter og andre steder, hvor det er vigtigt at kunne bevæge noget hen til en veldefineret, forudbestemt position. Til gengæld for den præcise styring er step-motorer mindre energieffektive end "normale" elektromotorer.

 

 

 

Når en stepmotor er "kørt" hen til den ønskede position, kan man opretholde en såkaldt "holdestrøm" i de spoler, der modtog den sidste impuls: Så virker motoren som en slags låse- eller bremseanordning der søger at fastholde motorakslens aktuelle position.

 

 

Der er følgende typer at step-motorer:

*Permanentmagnet

Hvis man i en reluktans step-motor frakobler strømmen helt, er der ikke noget der "holder" på motorens aksel: Så kan man med håndkraft eller andre motorer relativt nemt dreje akslen rundt.

 

 

For bipolare step-motorer forbindes midterpunkterne, fællespunkterne ikke eller til forsyningsspænding halve.

Dette er den næsten ideelle fødning af en stepmotor.

 

I sædvanlig praksis anvender man ikke lineare effektforstærkere, men derimod "on-off"-"forstærkning". Dette kaldes digitalstyring.

 

Fordelen ved digitalstyring er, at den "digitale tonegenerator"/clock er simplere at lave og det er styringen af effektforstærkerne også. Der afsættes mindre energi/effekt i effektforstærkerne.

 

*Pulsgiver, [[taktgiver]] (Clock, CLK) - som bestemmer stepmotorens rotorhastighed og faktisk antal skridt, step (eller halvskridt).

*Retningen (direction, dir) - som bestemmer stepmotorens rotorretning.

*Evt. signal om taktstyresignalet signalerer helskridt eller halvskridt.

 

Formålet med denne blok er at oversætte clock og retningen til "driver" kontrolsignaler.

 

*Denne blok styrer via driveren de 2 brokoblede effektforstærkere digitalt (on,off). Men da styringen er digital, kan der i kortere tid ske det, at den ene gren i en brokoblet forstærker får signal om at både nedre og øvre transistor skal være "on". Dette udløser en "katastrofe", hvor en eller begge transistorer brænder af. Derfor skal man sikre sig at "translator" eller "driver"-blokken forhindrer dette med det rette design. Det der skal til, er et kortvarigt tidspunkt, hvor begge transistorer får off-signal, så den af dem der var "on" får tid til at slukke. Dette kaldes er "dead-time" tidsintervallet.

 

"Driver"-blokken er den, som ændrer on/off signalerne fra logikspænding "5V" til spændinger og strømme, der er anvendelige til at styre effekttransistorer.

 

Driverens design afhænger af om step-motoren er unipolar eller bipolar.

 

Den sidste blok er selve effekttransistorerne, som evt. kan kræve køling. Det er normalt nødvendigt med [[diode]]r over transistorerne. [[Effekt MOSFET]]s har disse dioder indbygget.

 

"Driver" og effekttransistorblokken udgør tilsammen effektforstærkerne.

 

Hvis en stepmotorstyring skal kunne styres i mindre trin/step end halve, så skal translatorblokken ændres, så output er analoge signaler evt. i trin. Man får brug for [[D/A-konverter]]e. Alternativt kan den mere effektive metode [[pulsbreddemodulation]] ([[PWM]]) anvendes.

 

Dette kræver igen at effektforstærkeren også er eller simulerer analog/linear og f.eks. kører i klasse B, C eller D(herunder PWM). Men omkostningen ved anvendelse af klasse B og C er et stort effekttab i effektforstærken. Kun hvis klasse D eller PWM anvendes, vil effekttabet kunne være lavt.

 

Translatorblokken med digitalstyring, D/A-output eller PWM-output kan lægges/implementeres/"simuleres" i en [[mikrocontroller]] (f.eks. en [[PIC mikrocontroller|PIC]]).

 

*Godt dokument: [http://www.st.com/stonline/books/ascii/docs/1679.htm STMicroelectronics: Stepper motor driving (klik på pdf symbolet)]

*[http://www.interq.or.jp/japan/se-inoue/e_step1.htm Operation principle of stepper motor]

*[http://www.eio.com/crntctrl.htm Current Control in Stepper Motors] Ved hjælp af dette kredsløb kan drejningsmomentets styrke bibeholdes for større hastigheder. (Der er 2 fejl i det første diagram. Forbindelsen mellem BDW84 basis og jord skal fjernes og kollektor og emitter skal byttes.)

 

*[http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00822a.pdf Microchip AN822, [bipolar] Stepper Motor Microstepping with PIC18C452 (+L298+74HC08+74HC04 (evt. HCT udgaver)) (pdf)]

*[http://www.fromorbit.com/projects/picstep/index.php Download the latest PICStep Sources (2*LMD18245+PIC16F628A)]

*[http://www.geocities.com/ResearchTriangle/Lab/6584/motor_page.html "Stepper Motor" project]

*[http://www.interq.or.jp/japan/se-inoue/e_step.htm PIC Circuits Gallery: Stepper Motor controller]

**[http://home.att.net/~wzmicro/1compdrive.html The extremely simple circuit in Fig 1 drives a stepper motor directly from 12V ac, 60 Hz power supply] Kondensator på 6,8 uF formål er at faseskifte den ene bipolare vikling ca. 90 grader.

 

*MOSFET baserede:

**[http://www.allegromicro.com/ic/motor.asp#fullbridge allegromicro.com] Se under f.eks. på A3982..A3984.

 

 

 

*MOSFET drivere:

**[http://www.irf.com/ Halvbroer driver: IR2184, (IR21844 med dead-time ben og større afstand mellem high og low ben). Begge 10..600V max.]

**[http://www.intersil.com/cda/deviceinfo/0,1477,HIP4081A,0.html HIP4081A] (til styring af [[effekt MOSFET]]s, bipolar, fuldbro, 10..80V max.)

 

*MOSFET baserede:

**[http://www.national.com/pf/LM/LMD18245.html LMD18245: 3A, 55V DMOS Full-Bridge Motor Driver] (0,25 Ron, strømstyring)