스테퍼 모터는 전력을 기계적 전력으로 변환하는 전기 기계 장치입니다. 또한 전체 회전을 광범위한 단계로 나눌 수있는 브러시리스 동기식 전기 모터입니다. 모터의 위치는 모터가 애플리케이션에 맞게 크기가 신중하게 조정되는 한 피드백 메커니즘없이 정확하게 제어 할 수 있습니다. 스테퍼 모터는 스위치와 유사합니다. 자기 저항 모터. 스테퍼 모터는 자석의 작동 이론을 사용하여 전기 펄스가 제공 될 때 모터 샤프트가 정확한 거리를 회전하도록합니다. 고정자는 8 개의 극이 있고 회전자는 6 개의 극이 있습니다. 로터는 한 번의 완전한 회전을 위해 24 개의 계단을 움직이기 위해 24 개의 전기 펄스가 필요합니다. 이것을 말하는 또 다른 방법은 모터가받는 전기 펄스마다 회전자가 정확히 15 ° 움직인다는 것입니다.

건설 및 작동 원리

그만큼 스테퍼 모터의 구성 상당히 관련이 있습니다 DC 모터 . 그것은 중간에있는 Rotor와 같은 영구 자석을 포함하며 힘이 가해지면 회전합니다. 이 로터는 no. 그 전체에 자기 코일을 통해 감긴 고정자의. 고정자는 회 전자 근처에 배치되어 고정자 내의 자기장이 회 전자의 움직임을 제어 할 수 있습니다.

스테퍼 모터

스테퍼 모터는 모든 고정자에 하나씩 전원을 공급하여 제어 할 수 있습니다. 따라서 고정자는 회 전자에서 반발 에너지를 사용하여 전진하는 전자기 극처럼 자화되고 작동합니다. 고정자의 대체 자화 및 자기 제거는 로터를 점차적으로 이동시켜 훌륭한 제어를 통해 회전 할 수있게합니다.

그만큼 스테퍼 모터 작동 원리 전자기학입니다. 그것은 영구 자석으로 만들어진 회 전자를 포함하는 반면 고정자는 전자석을 사용합니다. 고정자의 권선에 전원이 공급되면 고정자 내에서 자기장이 발생합니다. 이제 모터의 회전자가 고정자의 회전 자기장과 함께 움직이기 시작합니다. 이것이이 모터의 기본 작동 원리입니다.

“LCD 디스플레이 작동 방식 ”

스테퍼 모터 구조

이 모터에는 전자기 고정자를 통해 둘러싸인 연철이 있습니다. 고정자의 극과 회전자는 스테퍼의 종류에 의존하지 않습니다. 이 모터의 고정자에 전원이 공급되면 로터가 회전하여 고정자와 정렬됩니다. 그렇지 않으면 고정자를 통해 최소 간격을 갖도록 회전합니다. 이러한 방식으로 스테퍼 모터를 회전시키기 위해 고정자가 직렬로 활성화됩니다.

운전 기술

스테퍼 모터 구동 기술 s는 복잡한 설계로 인해 일부 특수 회로에서 가능할 수 있습니다. 이 모터를 구동하는 방법에는 여러 가지가 있으며, 그중 일부는 4 상 스테퍼 모터의 예를 들어 아래에서 설명합니다.

단일 여기 모드

스테퍼 모터를 구동하는 기본 방법은 단일 여자 모드입니다. 그것은 오래된 방법이고 현재 많이 사용되지는 않지만이 기술에 대해 알아야합니다. 이 기술에서는 모든 위상이 그렇지 않으면 서로 인접한 고정자가 특수 회로를 사용하여 하나씩 번갈아 가며 트리거됩니다. 이것은 로터를 앞으로 이동시키기 위해 고정자를 자화하고 자기를 제거합니다.

풀 스텝 드라이브

이 기술에서는 매우 짧은 기간에 하나씩 대신 한 번에 두 개의 고정자가 활성화됩니다. 이 기술은 높은 토크를 발생시키고 모터가 높은 부하를 구동 할 수 있도록합니다.

하프 스텝 드라이브

이 기술은 풀 스텝 드라이브와 상당히 관련이 있습니다. 두 고정자가 서로 나란히 배열되어 먼저 활성화되고 세 번째 고정자는 그 후에 활성화되기 때문입니다. 두 개의 고정자를 먼저 전환하고 그 이후에 세 번째 고정자를 전환하는 이러한 종류의 사이클은 모터를 구동합니다. 이 기술은 토크를 줄이면서 스테퍼 모터의 분해능을 향상시킵니다.

마이크로 스테핑

이 기술은 정확성으로 인해 가장 자주 사용됩니다. 가변 스텝 전류는 스테퍼 모터 드라이버 회로 정현파 형태의 고정자 코일쪽으로. 이 작은 스텝 전류로 모든 스텝의 정확도를 높일 수 있습니다. 이 기술은 높은 정확도를 제공하고 작동 소음을 크게 감소시키기 때문에 광범위하게 사용됩니다.

스테퍼 모터 회로 및 작동

스테퍼 모터는 DC 브러시 모터 , 전압이 단자에 가해지면 회전합니다. 반면에 스테퍼 모터는 중앙 기어 모양의 철 조각 주위에 배열 된 여러 개의 톱니 전자석을 효과적으로 가지고 있습니다. 전자석은 마이크로 컨트롤러와 같은 외부 제어 회로에 의해 활성화됩니다.

스테퍼 모터 회로

모터 샤프트를 회전시키기 위해 먼저 하나의 전자석에 전원이 공급되어 기어의 톱니가 전자석의 톱니에 자기 적으로 끌어 당겨집니다. 기어의 톱니가 첫 번째 전자석에 정렬되는 시점에서 다음 전자석에서 약간 오프셋됩니다. 따라서 다음 전자석이 켜지고 첫 번째 전자석이 꺼지면 기어가 약간 회전하여 다음 전자석과 정렬되고 거기에서 프로세스가 반복됩니다. 이러한 각각의 약간의 회전을 단계라고하며 정수 단계의 전체 회전을 만듭니다.

그런 식으로 모터를 정밀하게 돌릴 수 있습니다. 스테퍼 모터는 계속 회전하지 않고 단계적으로 회전합니다. 90 개의 코일이 4 개 있습니다.^또는고정자에 고정 된 서로 사이의 각도. 스테퍼 모터 연결은 코일이 상호 연결되는 방식에 따라 결정됩니다. 스테퍼 모터에서는 코일이 연결되어 있지 않습니다. 모터는 90^또는코일이주기적인 순서로 통전되어 샤프트 회전 방향을 결정하는 회전 단계.

이 모터의 작동은 스위치를 작동하여 표시됩니다. 코일은 1 초 간격으로 직렬로 활성화됩니다. 샤프트가 90도 회전합니다.^또는다음 코일이 활성화 될 때마다. 저속 토크는 전류에 따라 직접적으로 달라집니다.

스테퍼 모터의 종류

스테퍼 모터에는 세 가지 주요 유형이 있으며 다음과 같습니다.

영구 자석 스테퍼
하이브리드 동기식 스테퍼
가변 저항 스테퍼

영구 자석 스테퍼 모터

영구 자석 모터는 회 전자에 영구 자석 (PM)을 사용하고 회 전자 PM과 고정자 전자석 사이의 인력 또는 반발에 대해 작동합니다.

이것은 시장에서 사용 가능한 다른 유형의 스테퍼 모터와 비교할 때 가장 일반적인 유형의 스테퍼 모터입니다. 이 모터는 모터 구성에 영구 자석을 포함합니다. 이러한 종류의 모터는 주석 캔 / 캔 스택 모터라고도합니다. 이 스테퍼 모터의 주요 이점은 제조 비용이 적다는 것입니다. 모든 혁명에는 48-24 개의 단계가 있습니다.

가변 저항 스테퍼 모터

VR (Variable Reluctance) 모터는 일반 철 로터를 가지며 최소 갭에서 최소 릴럭 턴스가 발생한다는 원칙에 따라 작동하므로 로터 포인트는 고정자 자석 극쪽으로 끌립니다.

가변 릴럭 턴스와 같은 스테퍼 모터는 모터의 기본 유형이며 지난 수년간 사용되었습니다. 이름에서 알 수 있듯이 로터의 각도 위치는 주로 고정자와 로터의 톱니 사이에 형성 될 수있는 자기 회로의 저항에 따라 달라집니다.

하이브리드 동기식 스테퍼 모터

하이브리드 스테퍼 모터는 영구 자석 (PM) 및 가변 자기 저항 (VR) 기술의 조합을 사용하여 소형 패키지 크기에서 최대 전력을 달성하기 때문에 명명되었습니다.

가장 널리 사용되는 모터 유형은 하이브리드 스테퍼 모터 속도, 스텝 분해능 및 유지 토크 측면에서 영구 자석 회 전자에 비해 우수한 성능을 제공하기 때문입니다. 그러나 이러한 유형의 스테퍼 모터는 영구 자석 스테퍼 모터에 비해 비쌉니다. 이 모터는 영구 자석 및 가변 릴럭 턴스 스테퍼 모터의 기능을 결합합니다. 이 모터는 1.5, 1.8 및 2.5 도와 같이 더 적은 스테핑 각도가 필요한 곳에 사용됩니다.

스테퍼 모터를 선택하는 방법?

요구 사항에 맞는 스테퍼 모터를 선택하기 전에 모터의 토크 속도 곡선을 검토하는 것이 매우 중요합니다. 따라서이 정보는 모터 설계자에게 제공되며 지정된 속도에서 모터의 토크를 나타내는 그래픽 기호입니다. 모터의 토크 속도 곡선은 애플리케이션의 필요성과 밀접하게 일치해야합니다. 그렇지 않으면 예상 시스템 성능을 얻을 수 없습니다.

배선 유형

스테퍼 모터는 일반적으로 단극 또는 양극과 같은 2 상 모터입니다. 단극 모터의 각 위상에는 두 개의 권선이 있습니다. 여기서 중앙 탭은 극을 향한 두 권선 사이의 공통 리드입니다. 단극 모터에는 5 ~ 8 개의 리드가 있습니다.

두 극의 공통이 분할되지만 중앙 탭이있는 구조에서이 스테퍼 모터는 6 개의 리드를 포함합니다. 2 극 중앙 탭이 내부에서 짧은 경우이 모터에는 5 개의 리드가 포함됩니다. 8 개의 리드가있는 Unipolar는 직렬 및 병렬 연결을 모두 용이하게하는 반면, 5 개의 리드 또는 6 개의 리드가있는 모터에는 고정자 코일의 직렬 연결이 있습니다. 단극 모터의 작동은 작동하는 동안 바이 파일러 모터로 알려진 구동 회로 내에서 전류의 흐름을 역전시킬 필요가 없기 때문에 단순화 될 수 있습니다.

바이폴라 스테퍼 모터에서는 각 극에 단일 권선이 있습니다. 공급 방향은 구동 회로를 통해 변경되어야하므로 복잡해 지므로 이러한 모터를 단일 모터라고합니다.

다양한 클록 펄스에 의한 스테퍼 모터 제어

스테퍼 모터 제어 회로는 주로 저전력 애플리케이션에 사용되는 간단하고 저렴한 회로입니다. 회로는 안정적인 다중 진동기로 555 타이머 IC로 구성된 그림에 나와 있습니다. 빈도는 주어진 관계를 사용하여 계산됩니다.

주파수 = 1 / T = 1.45 / (RA + 2RB) C 여기서 RA = RB = R2 = R3 = 4.7 킬로 옴 및 C = C2 = 100µF입니다.

다양한 클록 펄스에 의한 스테퍼 모터 제어

타이머의 출력은 링 카운터로 구성된 2 개의 7474 듀얼 'D'플립 플롭 (U4 및 U3)의 클럭으로 사용됩니다. 전원이 처음 켜질 때 첫 번째 플립 플롭 만 설정되고 (즉, U3의 핀 5에서 Q 출력이 로직 '1'에 있음) 다른 3 개의 플립 플롭이 재설정됩니다 (즉, Q의 출력이 로직에 있음). 0). 클록 펄스를 수신하면 첫 번째 플립 플롭의 논리 '1'출력이 두 번째 플립 플롭 (U3의 핀 9)으로 이동합니다.

따라서 로직 1 출력은 모든 클럭 펄스에 대해 순환 적으로 계속 이동합니다. 4 개의 모든 플립 플롭의 Q 출력은 ULN2003 (U2) 내부의 달링 톤 트랜지스터 어레이에 의해 증폭되고 스테퍼 모터 권선에 연결됩니다. + ve 공급.

권선의 공통점은 ULN2003의 핀 9에도 연결된 + 12V DC 전원에 연결됩니다. 권선에 사용되는 색상 코드는 제조사마다 다를 수 있습니다. 전원이 켜지면 첫 번째 플립 플롭의 SET 핀과 다른 3 개의 플립 플롭의 CLR 핀에 연결된 제어 신호가 '낮음'으로 활성화됩니다 (R1에 의해 형성된 파워 온 리셋 회로로 인해 -C1 조합) 첫 번째 플립 플롭을 설정하고 나머지 3 개의 플립 플롭을 재설정합니다.

리셋시 IC3의 Q1은 '하이'가되고 다른 모든 Q 출력은 '로우'가됩니다. 리셋 스위치를 눌러 외부 리셋을 활성화 할 수 있습니다. 리셋 스위치를 누르면 스테퍼 모터를 정지시킬 수 있습니다. 리셋 스위치를 놓으면 모터가 다시 같은 방향으로 회전하기 시작합니다.

스테퍼 모터와 서보 모터의 차이점

서보 모터는 높은 토크 및 속도 응용 분야에 적합하지만 스테퍼 모터는 가격이 저렴하므로 높은 유지 토크, 중저가의 가속, 개방형 또는 폐쇄 루프 작동 유연성이 필요한 곳에 사용됩니다. 스테퍼 모터와 서보 모터의 차이점은 다음과 같습니다.

스테퍼 모터	서보 모터
개별 단계로 움직이는 모터를 스테퍼 모터라고합니다.	서보 모터는 엔코더에 연결되어 속도 피드백 및 위치를 제공하는 폐쇄 루프 모터의 한 종류입니다. “집적 회로 패키지의 종류 ”
스테퍼 모터는 제어와 정밀도가 주요 우선 순위 인 경우에 사용됩니다.	서보 모터는 속도가 최우선 인 곳에 사용됩니다.
스테퍼 모터의 전체 극 수는 50에서 100까지입니다.	서보 모터의 전체 극 수 범위는 4 ~ 12입니다.
폐쇄 루프 시스템에서 이러한 모터는 일관된 펄스로 움직입니다.	이러한 모터에는 위치를 제어하기 위해 펄스를 변경하기위한 인코더가 필요합니다.
낮은 속도에서 토크가 높습니다.	고속에서 토크가 낮음
짧은 스트로크에서 포지셔닝 시간이 더 빠름	긴 스트로크에서 포지셔닝 시간이 더 빠름
관성의 높은 공차 운동	관성의 낮은 공차 운동
이 모터는 풀리 및 벨트와 같은 저 강성 메커니즘에 적합합니다.	저 강성 메커니즘에 적합하지 않음
응답 성이 높다	응답 성이 낮음
변동하는 부하에 사용됩니다.	변동하는 부하에는 사용되지 않습니다.
게인 / 튜닝 조정이 필요하지 않습니다.	게인 / 튜닝 조정이 필요합니다.

스테퍼 모터 대 DC 모터

스테퍼 및 DC 모터는 서로 다른 산업 응용 분야에서 사용되지만이 두 모터의 주요 차이점은 약간 혼란 스럽습니다. 여기에서는이 두 디자인 간의 몇 가지 공통적 인 특성을 나열합니다. 각 특성은 아래에서 설명합니다.

형질	스테퍼 모터	DC 모터
제어 특성	간단하고 마이크로 컨트롤러 사용	간단하고 추가 사항이 필요하지 않습니다.
속도 범위	200 ~ 2000RPM의 낮음	보통의
신뢰할 수 있음	높은	보통의
능률	낮은	높은
토크 또는 속도 특성	더 적은 속도에서 가장 높은 토크	더 적은 속도에서 높은 토크
비용	낮은	낮은

스테퍼 모터의 매개 변수

스테퍼 모터 매개 변수에는 주로 스텝 각도, 각 회전에 대한 단계, 초당 단계 및 RPM이 포함됩니다.

단계 각도

스테퍼 모터의 스텝 각도는 고정자의 입력에 단일 펄스가 주어지면 모터의 회전자가 회전하는 각도로 정의 할 수 있습니다. 모터의 분해능은 모터의 스텝 수와 로터의 회전 수로 정의 할 수 있습니다.

분해능 = 로터의 스텝 수 / 회전 수

모터의 배열은 스텝 각을 통해 결정될 수 있으며 각도 단위로 표현됩니다. 모터의 분해능 (스텝 번호)은 아니오입니다. 로터의 단일 회전 내에서 만드는 단계의. 모터의 스텝 각이 작 으면이 모터의 배열에 대한 분해능이 높습니다.

이 모터를 통한 물체 배열의 정확성은 주로 해상도에 달려 있습니다. 해상도가 높으면 정확도가 낮아집니다.

일부 정확도 모터는 0.36 도의 스텝 각도를 포함하여 단일 회전 내에서 1000 개의 스텝을 생성 할 수 있습니다. 일반적인 모터에는 각 회전에 대해 200 스텝의 1.8도 스텝 각도가 포함됩니다. 15도, 45도 및 90 도와 같은 다른 단계 각도는 일반 모터에서 매우 일반적입니다. 각도의 수는 2 개에서 6 개로 변경 될 수 있으며 슬롯 형 폴 부품을 통해 작은 스텝 각도를 얻을 수 있습니다.

각 혁명을위한 단계

각 분해능에 대한 단계는 총 회전에 필요한 단계 각도의 수로 정의 할 수 있습니다. 이에 대한 공식은 360 ° / 단계 각도입니다.

초당 단계

이러한 종류의 매개 변수는 주로 매초마다 다루는 단계 수를 측정하는 데 사용됩니다.

분당 혁명

RPM은 분당 회전 수입니다. 회전 빈도를 측정하는 데 사용됩니다. 따라서이 매개 변수를 사용하여 1 분에 회전 수를 계산할 수 있습니다. 스테퍼 모터의 매개 변수 간의 주요 관계는 다음과 같습니다.

초당 걸음 수 = 분당 회전 수 x 회 전당 걸음 수 / 60

8051 마이크로 컨트롤러와 인터페이싱하는 스테퍼 모터

8051과 인터페이스하는 스테퍼 모터는 웨이브 드라이브, 풀 스텝 드라이브, 하프 스텝 드라이브와 같은 세 가지 모드를 사용하여 매우 간단합니다.이 모터를 실행하기 위해 선택해야하는 드라이브 모드에 따라 모터의 4 개의 와이어에 0과 1을 부여합니다.

나머지 두 와이어는 전압 공급 장치에 연결되어야합니다. 여기서 유니 폴라 스테퍼 모터는 코일의 4 개 끝이 ULN2003A를 사용하는 마이크로 컨트롤러의 포트 -2의 기본 4 개 핀에 연결되는 곳에 사용됩니다.

이 마이크로 컨트롤러는 코일을 구동하기에 충분한 전류를 공급하지 않으므로 전류 드라이버 IC는 ULN2003A를 좋아합니다. ULN2003A를 사용해야하며 이는 7 쌍의 NPN Darlington 트랜지스터 모음입니다. Darlington 쌍의 설계는 최대 전류 증폭을 달성하기 위해 연결된 두 개의 바이폴라 트랜지스터를 통해 수행 할 수 있습니다.

ULN2003A 드라이버 IC에서 입력 핀은 7, 출력 핀은 7이며, 여기서 2 개의 핀은 전원 공급 및 접지 단자 용입니다. 여기서는 4 입력 및 4 출력 핀이 사용됩니다. ULN2003A의 대안으로 L293D IC는 전류 증폭에도 사용됩니다.

두 개의 공통 와이어와 네 개의 코일 와이어를 매우주의 깊게 관찰해야합니다. 그렇지 않으면 스테퍼 모터가 회전하지 않습니다. 이것은 멀티 미터를 통해 저항을 측정하여 관찰 할 수 있지만 멀티 미터는 두 단계의 전선 사이에 어떤 판독 값도 표시하지 않습니다. 공통 와이어와 다른 두 개의 와이어가 동일한 위상에 있으면 유사한 저항을 보여야하는 반면, 유사한 위상의 두 코일 끝점은 공통점과 하나의 끝점 사이의 저항과 비교하여 이중 저항을 보여줍니다.

문제 해결

문제 해결은 모터가 작동하는지 여부를 확인하는 프로세스입니다. 다음 체크리스트는 스테퍼 모터의 문제를 해결하는 데 사용됩니다.
먼저 회로의 코드와 연결을 확인하십시오.
정상이면 모터가 적절한 전압 공급을 받고 있는지 확인하십시오. 그렇지 않으면 단순히 진동하지만 회전하지 않습니다.
전압 공급이 양호하면 ULN2003A IC에 연결된 4 개 코일의 끝점을 확인합니다.
먼저 두 개의 일반 끝점을 찾아서 12v 전원에 고정한 후 나머지 4 개의 와이어를 IC ULN2003A에 고정합니다. 스테퍼 모터가 시작될 때까지 가능한 모든 조합을 시도하십시오. 연결이 적절하지 않으면이 모터가 회전하는 대신 진동합니다.

스테퍼 모터가 지속적으로 작동 할 수 있습니까?

일반적으로 모든 모터는 연속적으로 작동하거나 회전하지만 대부분의 모터는 전원이 공급되는 동안 정지 할 수 없으며, 전원 공급 중일 때 모터의 축을 제한하려고하면 타거나 파손됩니다.

또는 스테퍼 모터는 이산 단계를 수행 한 다음 다시 한 단계 기다렸다가 거기에 머물도록 설계되었습니다. 다시 밟기 전에 모터가 더 짧은 시간 동안 단일 위치에 머물게하려면 계속 회전하는 것처럼 보일 것입니다. 이러한 모터의 전력 소비는 높지만 모터가 정지되거나 잘못 설계되면 주로 전력 손실이 발생하여 과열의 가능성이 있습니다. 이러한 이유로 모터가 오랜 시간 동안 유지 위치에 있으면 모터의 전류 공급이 자주 감소합니다.

주된 이유는 모터가 회전하면 입력 전력 부분을 기계적 동력으로 변경할 수 있기 때문입니다. 모터가 회전하는 동안 정지하면 모든 입력 전원이 코일 내부의 열로 변경 될 수 있습니다.

장점

그만큼 스테퍼 모터의 장점 다음을 포함하십시오.

견고 함
간단한 구조
개방 루프 제어 시스템에서 작동 가능
유지 보수가 적습니다.
어떤 상황에서도 작동합니다.
신뢰성이 높다
모터의 회전 각도는 입력 펄스에 비례합니다.
모터는 정지 상태에서 최대 토크를가집니다.
좋은 스테퍼 모터는 단계의 정확도가 3 ~ 5 %이고이 오류는 한 단계에서 다음 단계로 누적되지 않으므로 정확한 위치 지정 및 이동 반복성입니다.
시작, 정지 및 후진에 대한 탁월한 반응.
모터에 접촉 브러시가 없기 때문에 매우 안정적입니다. 따라서 모터의 수명은 단순히 베어링의 수명에 달려 있습니다.
디지털 입력 펄스에 대한 모터의 응답은 개방 루프 제어를 제공하여 모터를 더 간단하게 만들고 제어 비용을 절감합니다.
샤프트에 직접 연결된 부하로 초 저속 동기 회전을 달성 할 수 있습니다.
속도가 입력 펄스의 주파수에 비례하기 때문에 광범위한 회전 속도를 실현할 수 있습니다.