{{ :wiki:aktor:steppers.png?300|Léptetőmotorok}} ====== Léptetőmotor ====== en: stepper motor \\ de: Schrittmotor \\ A léptetőmotor egy komutátor - és szénkefe - nélküli egyenáramú motor, melynek a forgása több, egyenlő lépésre van tagolva. A forgórész nagyon pontosan pozícionálható, és álló helyzetben is tartónyomatékot fejt ki. A motorok - felépítésük alapján - három nagy csoportba sorolhatók: ===== Állandó mágneses léptetőmotorok ===== en: Permanent Magnet, **PM** \\ Ebben a típusban a forgórész egymás mellé, sávokba rendezett felmágnesezett elemekből áll. Az állórészben elektromágnesek találhatók. Ezeknek a tekercseinek a megfelelő sorrendben áram alá kapcsolásával forgómozgás hozható létre a nem fogazott és fixen felmágnesezett forgórészen. Ez a megoldás általában a kisebb és alacsony kölségű motorok sajátja, mivel a felbontása alacsony, 7° - 15° között változhat, így egy fordulat legfeljebb 24 lépésre bontható a teljes-lépéses módban, de általában mikrolépéses vezérléshez is alkalmazható (ilyenkor jóval nagyobb lépésszám érhető el rajta). Jellemző kivitelében a forgórész 90 mágnesből áll, mig az állórész 4 elektromágnesből.\\ {{:wiki:aktor:pm_stepper.gif|Állandó mágneses léptetőmotor}} Ilyen motorok találhatók a PC-k hűtőventilátoraiban, a merevlemezek, CD-k/DVD-k meghajtóiban. ===== Változó mágneses léptetőmotorok ===== en: Variable Reluctance, **VR** \\ A változó mágneses léptetőmotorokben a forgórész lágy ferromágneses anyagból kerül kialakításra (azaz nem állandó mágnesekből). Fontos, hogy az állórész és a forgórész horonyainak a száma eltérő legyen, így több lépésű pozícionálás valósítható meg ezekkel a motorokkal. {{:wiki:aktor:vm_stepper.gif|Változó mágneses léptetőmotor}} ===== Hibrid léptetőmotorok ===== en: **Hybrid** \\ A hibrid megoldás, azaz a fenti VR és PM típusok ötvözete a leggyakrabban alkalmazott léptetőmotor típus. Jellemzően teljes lépéses módban 200 lépés alatt tesz meg egy fordulatot, azaz 1,8°-os lépésekkel rendelkezik. Mivel a mikrolépéses vezérléshez is alkalmazható, így a lépésköz jelentősen csökkenthető a típusnál. ===== Unipoláris / bipoláris típusú léptetőmotorok ===== {{anchor:unipolar_stepper}} Unipoláris vezérlésnél a tekercselésnek csillagpontja van, és a tekercseket kapcsolótranzisztorok kapcsolják be és ki. A lenti ábrán néhány jellemző vezetékezés látható. A negyedik esetben az is látható, hogy vannak léptetőmotorok, amik mind unipoláris, mint bipoláris kötéssel is alkalmazhatók: \\ {{:wiki:aktor:uni_bipolar_typ.png|Unipoláris / bipoláris típusú léptetőmotorok}} Egyébként ezek a legjellemzőbb típusok is, amellett, hogy a legelterjedtebb típus az első, azaz a négyvezetékes bipoláris motor. A motorok vezetékezése standardizált, ennek a három (négy) jellemző típusnak a vezeték-színsémái az alábbi képen találhatók meg (rákattintva nagyítható): |{{:wiki:aktor:stepper_wire_color.png?400|Léptetőmotorok jellemző vezeték-színsémái}}|{{:wiki:aktor:nema_17_42_hybrid.png?300|NEMA 17/42 hibrid léptetőmotor}}| ===== Fázisszög / fázisszám ===== A fázisszám a léptetőmotor meghajtását végző áram fázisainak számát jelenti, amelyet az egyes fázisok között lévő villamos fázisszöggel tudunk jellemezni. A fázisszám így a motor függetlenül kapcsolható tekercseinek számát is jelenti, amely konstrukciós alapjellemző. A leggyakrabban alkalmazott léptetőmotorok jellemzően 4 fázissal és 90°-os fázisszöggel rendelkeznek. A fázisszám-fázisszög összefüggés: Φ=360°/Z, Φ:fázisszög, Z:fázisszám. ===== Lépésszög / fordulatonkénti lépésszám ===== en: //degrees per step / steps per revolution// \\ Ez is egy konstrukciós alapjellemző, azt jelzi, hogy a motor hány (teljes) lépésben tud megtenni egy fordulatot. A lépésszám mellett ez a (teljes) lépésszöggel is jellemezhető. A lépésszám-lépésszög összefüggés: φ=360°/z, φ:lépésszög, z:lépésszám. A legjellemzőbb lépésszám per fordulat értékek: 24, 48, 200. {{ :wiki:aktor:stepper_gearing.png?200|Áttétel}} ===== Áttétel ===== en: //gearing// A lépésszámot/lépésszöget a motor áttételei nyilván befolyásolják: például egy 32:1 áttételezésű, 24-es lépésszámú motor (32*24) 768 lépésben fog megtenni egy fordulatot, így a lépésszöge 0,47° lesz. Az áttétel a motor fordulatszámát csökkenti, míg nyomatékát emeli. ===== Mikrolépéses vezérlés ===== {{anchor:microstepping}} A teljes lépések esetén a tekercsek minden lépésben a névleges feszültséggel kerülnek vezérlésre. Köztes lépések úgy hozhatók létre, hogy ezt a feszültséget felezzük / negyedeljük / 2 hatványaival osztjuk. A felezés esetén több esetben a mikrolépéses módtól a **félléptetéses mód**ot is megkülönböztetik. Erősen motorfüggő, hogy a lépéseket mennyi további, úgynevezett mikrolépésre tudjuk tagolni, de ennek a technikának a maximuma az 1/32-es mikrolépés általában. A mikrolépésekhez szükséges kvázi analógvezérlést többnyire a [[hu:comm:start#pwm|PWM]] technikán keresztül szokás megvalósítani. Ez a megoldás vezérlési oldalról is kissé összetettebb hardvert igényel. {{:wiki:aktor:mikrolepes.png|Mikrolépéses vezérlés}} ===== Decay ===== {{anchor:decay}} Jobb hijján **áram-visszavezetés**nek fordítom. A mikrolépéses mód jellemzően PWM-en keresztül kerül a léptetőmotoroknál megvalósításra, a PWM pedig FET-eken keresztül kerül kivezérlésre. A FET bekapcsolt állapotában a tekercseken induktív terhelés jön létre, ami a FET lekapcsolása után ellenirányú áramot generál az áramkörben, így adott esetben a FET idő előtti tönkremenetelét eredményezheti. {{:wiki:aktor:induktiv_1.png|Decay 1}} Ennek a problémának a feloldására több lehetőség is nyílik, így például diódán vagy egy FET-ekből összeállított H-hídon kersztül is kezelni lehet ezt a helyzetet, ráadásul a helyzet kezelésére rögtön kétféle módszer is létezik. Illetve három: ==== "Fast Decay" mód ==== Ebben az esetben az indukciós áram elvezetése gyorsan történik: Működés közben az áram az AH és BL FET-eken folyik át. Ezeknek a lezáródása esetén (az impulzus végeztével) az AL és BH FET-ek gondoskodnak a gyors elvezetésről: {{:wiki:aktor:fastdecaymode3.jpg|"Fast Decay" mód}} forrás: https://ebldc.com/?p=86 ==== "Slow Decay" mód ==== Ilyenkor az indukciós áram elvezetése lassan történik: Működés közben az áram az AH és BL FET-eken folyik át. Ezeknek a lezáródása esetén (az impulzus végeztével) az AL és BL FET-ek gondoskodnak a gyors elvezetésről: {{:wiki:aktor:slowdecay.jpg|"Slow Decay" mód}} forrás: https://ebldc.com/?p=86 ==== "Mixed Decay" mód ==== Ebben a módban a fenti lassú és gyors decay-ek kombinálása történik, bizonyos % megosztással. Elvileg, ha ez a százalékérték közelít a gyors decay-hez, akkor (ha a léptetőmotor nem mikrolépés-vezérlésben van) a motor merevebben "beleáll" a pozíciókba, míg a lassú decay aránya tompítja ezt. Elvileg. ===== NEMA léptetőmotor standard ===== {{anchor:nema}} {{ :wiki:aktor:nema.png?200|NEMA léptetőmotor standard}} A NEMA egy amerikai szabványosítási intézet, mely a léptetőmotorok szabványosítására is kísérletet tett, több-kevesebb sikerrel. A NEMA szabvány alapvetően a motorok méretét szabványosította, teljesítményük nyilván függ a méretüktől, de erről a szabvány egyértelműen nem rendelkezik. A lenti táblázatban a főbb NEMA osztályok méretezéseit foglaltam össze: |NEMA standard|**NEMA 8**|**NEMA 11**|**NEMA 14**|**NEMA 17**|**NEMA 23**|**NEMA 34**|**NEMA 42**| |**DD: A motor mérete**| ~20.3 mm \\ ~0.8 inch| ~28 mm \\ ~1.1 inch| ~35.6 mm \\ ~1.4 inch| ~43.2 mm \\ ~1.7 inch| ~58.4 mm \\ ~2.3 inch| ~86.4 mm \\ ~3.4 inch| ~106.7 mm \\ ~4.2 inch| |**a: a rögzítőfuratok távolsága**|16 mm \\ 0.630 inch|23 mm \\ 0.905 inch|26 mm \\ 1.024 inch|31 mm \\ 1.220 inch|47.14 mm \\ 1.854 inch|69.7 mm \\ 2.744 inch|88.9 mm \\ 3.500 inch| |**b: a tengely átmérője**|4 mm \\ 0.157 inch|5 mm \\ 0.197 inch|5 mm \\ 0.197 inch|5 mm \\ 0.197 inch|6.35 mm \\ 0.250 inch|9.5 mm \\ 0.375 inch|16 mm \\ 0.625 inch| |**c: tengelyhossz maximum mm \\ **| | | |24 mm \\ 0.945 inch|20.6 mm \\ 0.810 inch|31.8 mm \\ 1.250 inch|35.1 mm \\ 1.380 inch| |**d: belső átmérő**|15 mm \\ 0.590 inch|22 mm \\ 0.866 inch|22 mm \\ 0.866 inch|22 mm \\ 0.866 inch|38.1 mm \\ 1.500 inch|73 mm \\ 2.875 inch|55.5 mm \\ 2.186 inch| |**e: belső rész kiemelkedése maximum mm \\ **|1.5 mm \\ 0.059 inch|2 mm \\ 0.079 inch|2 mm \\ 0.079 inch|2 mm \\ 0.079 inch|1.6 mm \\ 0.062 inch|1.6 mm \\ 0.062 inch|1.6 mm \\ 0.062 inch| |**f: motorház átmérője**| | | |43.8 mm \\ 1.725 inch|66.7 mm \\ 2.625 inch|98.4 mm \\ 3.875 inch|125.7 mm \\ 4.950 inch| |**g: rögzítőfuratok átmérője**|3 mm \\ 0.118 inch|4 mm \\ 0.157 inch|4 mm \\ 0.157 inch|5 mm \\ 0.195 inch|5 mm \\ 0.195 inch|5.5 mm \\ 0.218 inch|7.1 mm \\ 0.281 inch| |{{:wiki:aktor:nema_stepper_1.png|NEMA léptetőmotor standard}}|{{:wiki:aktor:nema_stepper_1.png|NEMA léptetőmotor standard}}| ===== Alkalmazott megoldások ===== * [[hu:arduino:stepper#tb6560|TB6560 CNC driver]] \\ ===== Források ===== http://www.kjit.bme.hu/images/stories/targyak/erzekelok/Actuators6.pdf \\ http://www.tankonyvtar.hu/hu/tartalom/tamop412A/2010-0017_07_szenzor_es_aktuatortechnika/ch03s05.html \\ http://qtp.hu/elektro/leptetomotor_mukodese.php \\ https://ebldc.com/?p=86 \\ --- //[[sandor.vamos@web.de|Sandor Vamos]] 2017/11/14 17:06//