15.7. Motoare DC


Motoarele DC sunt dispozitive electromecanice care utilizează interacțiunea câmpurilor magnetice și conductorilor pentru a transforma energia electrică în energie mecanică de rotație.

Motoarele electrice DC sunt actuatoare permanente care transformă energia electrică în energie mecanică. Motorul de curent continuu realizează acest lucru prin producerea unei rotații unghiulare continue care poate fi utilizată pentru a roti pompe, ventilatoare, compresoare, roți etc.

Motor mic tip DC

Pe lângă motoarele DC rotative convenționale, sunt disponibile și motoare lineare care sunt capabile să producă o mișcare liniară continuă. Există, în principiu, trei tipuri de motoare electrice convenționale: motoare tip AC, motoare tip DC și motoare pas cu pas.

Motoarele AC sunt utilizate, în general, în aplicații industriale unice sau multifazice de mare putere, unde sunt necesare un cuplu și o viteză de rotație constante pentru a controla sarcini mari precum ventilatoare sau pompe.

În acest tutorial cu privire la motoarele electrice, vom analiza doar motoarele cu curent continuu și motoarele Stepper (pas cu pas), care sunt utilizate în multe tipuri diferite de circuite electronice, de control al poziției, de microprocesoare, PIC și robotizate.

Motorul DC de bază

Motorul DC sau motorul de curent direct pentru a da titlul complet, este cel mai utilizat actuator pentru producerea mișcării continue și a cărui viteză de rotație poate fi ușor controlată, făcându-l ideal pentru utilizare în aplicații unde este necesar controlul vitezei, și/sau poziționarea. Un motor DC este alcătuit din două părți, un "Stator" care este partea staționară și un "rotor" care este partea rotativă. Rezultatul este că există în principiu trei tipuri de motor DC disponibile:

Motor cu perii - Acest tip de motor produce un câmp magnetic într-un rotor bobinat (partea care se rotește) prin trecerea unui curent electric printr-un ansamblu de comutator și perie de cărbune, de aici termenul "Brushed". Câmpul magnetic al statorului (partea staționară) este produs utilizând fie o înfășurare a câmpului statorului bobinat, fie prin magneți permanenți. În general, motoarele cu curent continuu sunt ieftine, mici și ușor de controlat.

Motor fără perii - Acest tip de motor produce un câmp magnetic în rotor folosind magneți permanenți atașați la el și comutarea este realizată electronic. Acestea sunt în general mai mici, dar mai scumpe decât motoarele DC tip "brushed" deoarece folosesc comutatoare cu "efect-Hall" în stator pentru a produce secvența de rotație a câmpului de stator necesar, dar au caracteristici de cuplu/viteză mai bune, sunt mai eficiente și au o durată de funcționare mai lungă decât tipurile de perii echivalente.

Servo Motor - Acest tip de motor este în esență un motor DC cu perii cu o anumită formă de control pozițional de reacție conectat la arborele rotorului. Acestea sunt conectate la și controlate de un controler de tip PWM și sunt utilizate în principal în sistemele de control pozițional și în modelele cu comandă radio.

Motoarele DC au caracteristici aproape liniare, viteza lor de rotație fiind determinată de tensiunea DC aplicată, iar cuplul de ieșire fiind determinat de curentul care curge prin înfășurările motorului. Viteza de rotație a oricărui motor DC poate fi variată de la câteva rotații pe minut (rpm) la multe mii de rotații pe minut, făcându-le adecvate pentru aplicații electronice, auto sau robotice. Conectându-le la cutii de viteze sau trenuri de viteze, viteza lor de ieșire poate fi scăzută, în același timp crescând puterea cuplului motorului la o viteză ridicată.

Motorul DC cu perii

Un motor DC convențional cu perii constă în principal din două părți, corpul staționar al motorului numit stator și partea interioară care se rotește producând mișcarea, numită rotor sau "armătură" pentru mașinile DC.

Statorul bobinat al motoarelor este un circuit electromagnet care constă din bobine electrice conectate împreună într-o configurație circulară pentru a produce polul Nord necesar, apoi un pol Sud, apoi un pol Nord etc., tip sistem de câmp magnetic staționar pentru rotație, spre deosebire de mașinile AC unde câmpul statorului se rotește continuu cu frecvența aplicată. Curentul care curge prin aceste bobine de câmp este cunoscut drept curent de câmp al motorului.

Aceste bobine electromagnetice care formează câmpul statorului pot fi conectate electric în serie, paralele sau ambele împreună (compus) cu armătura motoarelor. Un motor DC bobinat serie are înfășurările de câmp stator conectate în serie cu armătura. De asemenea, un motor DC bobinat cu șunt are înfășurările sale de câmp stator conectate în paralel cu armătura, ca mai jos.

Motorul DC conectat serie și cu șunt

Rotorul sau armătura unei mașini DC constă din conductori care poartă curentul, conectați la un capăt la segmente de cupru izolate electric numite comutator. Comutatorul permite conectarea electrică prin intermediul periilor de cărbune la o sursă de alimentare externă pe măsură ce se rotește armătura.

Setarea câmpului magnetic de către rotor încearcă să se alinieze câmpului stator staționar, determinând rotorul să se rotească pe axa sa, dar nu se poate alinia din cauza întârzierilor de comutare. Viteza de rotație a motorului depinde de forța câmpului magnetic al rotoarelor și cu cât crește tensiunea care se aplică motorului cu atât rotorul se va roti mai repede. Prin modificarea acestei tensiuni DC aplicate, viteza de rotație a motorului poate fi variată.

Motorul DC convențional (cu perii)

Motorul DC cu perii cu magnet permanent (PMDC) este, în general, mult mai mic și mai ieftin decât motorul DC de tip stator bobinat, echivalent, deoarece acesta nu are o înfășurare în câmp. În motoarele DC (PMDC) cu magnet permanent, aceste bobine de câmp sunt înlocuite cu magneți puternici tip pământuri rare (de exemplu, Samarium Cobalt sau Neodymium Iron Boron) care au câmpuri de energie magnetică foarte mari.

Utilizarea magneților permanenți dă motorului DC o caracteristică viteză/cuplu liniară mult mai bună decât motoarele bobinate echivalente datorită câmpului magnetic permanent și uneori foarte puternic, făcându-le mai potrivite pentru utilizare în modele, robotică și servomecanisme.

Deși motoarele DC cu perii sunt foarte eficiente și ieftine, problemele asociate cu motorul DC cu perii sunt că apar scântei în condiții de sarcină mare între cele două suprafețe ale comutatorului și periile de cărbune, care au ca rezultat generarea de căldură, durata scurtă de viață și zgomotul electric cauzat de scânteiere, care poate deteriora orice dispozitiv de comutare semiconductor, cum ar fi un MOSFET sau un tranzistor. Pentru a depăși aceste dezavantaje, s-au dezvoltat motoare DC Brushless (fără perii).

Motorul DC "fără perii"

Motorul DC fără perii (BDCM) este foarte asemănător unui motor DC cu magnet permanent, dar nu are nici o perie care să fie înlocuită sau uzată datorită scânteierii comutatorului. Prin urmare, în rotor se generează căldură redusă, crescând durata de viață a motoarelor. Designul motorului fără perii elimină nevoia de perii prin utilizarea unui circuit de antrenare mai complex, unde câmpul magnetic al rotorului este un magnet permanent, care este întotdeauna în sincronizare cu câmpul statorului, permițând o reglare mai precisă a turației și a cuplului.

Deci, construcția unui motor DC fără perii este foarte similară cu motorul AC, făcându-l un motor sincron adevărat, dar un dezavantaj este că acesta este mai scump decât o schemă echivalentă de motor "cu perii".

Controlul motoarelor DC fără perii este foarte diferit de motorul DC cu perii normal, deoarece acest tip de motor încorporează niște mijloace pentru detectarea poziției unghiulare a rotoarelor (sau a polilor magnetici) necesară pentru producerea semnalelor de reacție cerute pentru controlul dispozitivelor semiconductoare de comutare. Cel mai comun senzor de poziție/pol este "senzorul cu efect-Hall", dar unele motoare pot utiliza senzori optici.

Utilizând senzorii cu efect Hall, polaritatea electromagneților este comutată de circuitele de comandă a motorului. Deci, motorul poate fi ușor sincronizat cu un semnal de tact digital, oferind un control precis al vitezei. Motoarele DC fără perii pot fi construite astfel încât să aibă un rotor cu magnet permanent extern și un stator cu electromagnet intern sau un rotor cu magnet permanent intern și un stator cu electromagnet extern.

Avantajele motorului DC fără perii, comparativ cu cel "cu perii", sunt eficiența mai ridicată, fiabilitatea ridicată, zgomotul electric scăzut, controlul bun al vitezei și, mai important, nici o perie sau un comutator care să poată fi uzate, producând o viteză mult mai mare. Totuși, dezavantajul lor este că sunt mai scumpe și mai complicat de controlat.

Servomotorul DC

Servomotoarele DC sunt utilizate în aplicații cu buclă închisă, unde poziția arborelui motorului de ieșire este trimisă înapoi în circuitul de comandă a motorului. Dispozitivele tipice de "Feedback" pozițional includ Rezolvere, Encodere și Potențiometre ca cele folosite în modelele de control radio, cum ar fi avioanele și bărcile etc.

Un servomotor include, în general, o cutie de viteze încorporată pentru reducerea vitezei și este capabil să transmită în mod direct cupluri mari. Arborele de ieșire al unui servomotor nu se rotește liber ca arborii motoarelor DC datorită cutiei de viteze și dispozitivelor de feedback atașate.

Diagrama bloc a servomotorului DC

Un servomotor constă dintr-un motor DC, o cutie de viteză de reducere, un dispozitiv de feedback pozițional și o formă de corecție a erorilor. Viteza sau poziția este controlată în raport cu un semnal de intrare pozițional sau un semnal de referință aplicat dispozitivului.

Amplificatorul de detecție a erorii privește la acest semnal de intrare și îl compară cu semnalul de reacție de la arborele de ieșire al motorului și determină dacă arborele de ieșire al motorului este în stare de eroare și, dacă da, acesta face corecțiile adecvate, fie accelerarea motorului sau încetinirea lui. Acest răspuns la dispozitivul de feedback pozițional înseamnă că servomotorul funcționează în cadrul unui "sistem de buclă închisă".

Servomotor RC

Pe lângă aplicațiile industriale mari, servomotoarele sunt utilizate în modelele mici de control la distanță și în robotică, majoritatea servomotoarelor fiind capabile să se rotească până la aproximativ 180 de grade în ambele direcții, făcându-le ideale pentru poziționarea unghiulară exactă. Totuși, servomotoarele tip RC nu pot să se rotească continuu la viteze mari, cum ar fi motoarele DC convenționale, cu excepția celor care au fost modificate în mod special.

Un servomotor constă din mai multe dispozitive într-un singur pachet, motorul, cutia de viteze, dispozitivul de feedback și corecția de eroare pentru controlul poziției, direcției sau vitezei. Acestea sunt utilizate pe scară largă în robotică și modele mici, deoarece sunt ușor de controlat folosind doar trei fire, Power, Ground și Signal Control.

Controlul și comutarea motorului DC

Motoarele DC mici pot fi comutate "On" sau "Off" prin intermediul comutatoarelor, releelor, tranzistorilor sau circuitelor MOSFET, cu cea mai simplă formă de comandă a motorului fiind controlul "Liniar". Acest tip de circuit utilizează un tranzistor bipolar ca un comutator (poate fi folosit și un tranzistor Darlington unde se necesită un curent mai mare) pentru a controla motorul de la o singură sursă de alimentare.

Prin modificarea cantității de curent de bază care curge în tranzistor, viteza motorului poate fi controlată, de exemplu, dacă tranzistorul este pornit "pe jumătate", atunci doar jumătate din tensiunea de alimentare trece la motor. Dacă tranzistorul este "complet ON" (saturat), atunci toată tensiunea de alimentare ajunge la motor și se rotește mai repede. Astfel, pentru acest tip de control liniar, puterea este livrată constant la motor așa cum se arată mai jos.

Controlul vitezei motorului

Circuitul simplu de mai sus arată circuitul de comandă a turației motorului unidirecțional. Deoarece viteza de rotație a unui motor DC este proporțională cu tensiunea pe bornele sale, putem regla această tensiune folosind un tranzistor.

Cele două tranzistoare sunt conectate ca pereche Darlington pentru a controla curentul principal al armăturii motorului. Un potențiometru de 5 kΩ este utilizat pentru a controla cantitatea de comandă a bazei la primul tranzistor pilot TR1, care la rândul său controlează tranzistorul principal de comutare TR2, permițând variația tensiunii DC a motorului de la zero la Vcc, în acest exemplu de la 9 la 12 volți.

Diodele opționale flywheel sunt conectate pe tranzistorul de comutare TR2 și pe bornele motorului pentru a fi protejate de orice emf inverse generate de motor în timp ce acesta se rotește. Potențiometrul reglabil poate fi înlocuit cu un semnal continuu logic "1" sau logic "0" aplicat direct la intrarea circuitului pentru a comuta motorul "fully-ON" (saturație) sau "fully-off" din portul unui microcontroler sau al unui PIC.

Pe lângă acest control de viteză de bază, același circuit poate fi utilizat pentru a controla turației motoarelor. Prin comutarea în mod repetat a curentului motorului "ON" și "OFF" la o frecvență suficient de ridicată, viteza motorului poate fi variată între starea oprit (0 rpm) și viteza maximă (100%) prin modificarea raportului tON-tOFF al sursei. Acest lucru se realizează prin modificarea proporției de timp "ON" (tON) la timpul "OFF" (tOFF) și acest lucru poate fi realizat utilizând un proces cunoscut sub numele de Modulation Width Pulse (modularea lățimii impulsului).

Controlul vitezei prin lățimea impulsului

Am spus anterior că viteza de rotație a unui motor DC este direct proporțională cu valoarea medie a tensiunii de pe bornele sale și cu cât este mai mare această valoare, până la tensiunea motorului maxim permisă, cu atât motorul se va roti mai repede. Cu alte cuvinte, mai multă tensiune-mai mare viteză. Prin modificarea raportului dintre timpul "ON" (tON) și durata de timp "OFF" (tOFF), denumit "Duty Ratio", "Mark/Space Ratio" sau "Duty Cycle" valoarea medie a tensiunii motorului și, prin urmare, viteza de rotație a acestuia poate fi variată. Pentru drive-urile unipolare simple, raportul de funcționare β este dat ca:

și tensiunea DC medie de ieșire trimisă la motor este dată de: Vmean = β x Vsupply. Astfel, prin varierea lățimii impulsului a, tensiunea motorului și, prin urmare, puterea aplicată motorului poate fi controlată și acest tip de control este numit Pulse Width Modulation sau PWM.

O altă modalitate de a controla viteza de rotație a motorului este de a varia frecvența (și, prin urmare, perioada de timp a tensiunii de comandă), în timp ce timpii raportului duty ratio "ON" și "OFF" sunt menținuți constanți. Acest tip de control se numește Pulse Frequency Modulation (Modulare în frecvență a impulsului) sau PFM.

Cu modulația în frecvență a impulsului, tensiunea motorului este controlată prin aplicarea impulsurilor de frecvență variabilă, de exemplu, la o frecvență joasă sau cu foarte puține impulsuri, tensiunea medie aplicată motorului este scăzută și, prin urmare, viteza motorului este lentă. La o frecvență mai mare sau cu mai multe impulsuri, tensiunea medie pe terminalele motorului crește, iar viteza motorului crește.

Deci, tranzistoarele pot fi utilizate pentru a controla cantitatea de putere aplicată unui motor DC cu modul de funcționare fie "Linear" (tensiune variabilă a motorului), "Pulse Width Modulation" (variind lățimea impulsului) sau "Pulse Frequency Modulation "(variind frecvența impulsului).

Inversarea direcției unui motor DC

Deși controlul vitezei unui motor DC cu un tranzistor unic are multe avantaje, el are și un dezavantaj principal, direcția de rotație este întotdeauna aceeași, este un circuit "unidirecțional". În multe aplicații trebuie să acționăm motorul în ambele direcții, înainte și înapoi.

Pentru a controla direcția unui motor DC, polaritatea puterii DC aplicată conexiunilor motorului trebuie să fie inversată, permițând arborelui să se rotească în direcția opusă. O modalitate foarte simplă și ieftină de a controla direcția de rotație a unui motor DC este de a folosi întrerupătoare diferite dispuse în modul următor:

Controlul direcției motorului DC

Primul circuit utilizează un singur comutator cu doi poli și câte două ieșiri (DPDT) pentru a controla polaritatea conexiunilor motoarelor. Prin schimbarea contactelor, alimentarea la bornele motoarelor este inversată și motorul inversează direcția. Al doilea circuit este puțin mai complicat și utilizează patru comutatoare single-pole, single-throw (SPST) aranjate într-o configurație "H".

Comutatoarele mecanice sunt aranjate în perechi de comutare și trebuie să funcționeze într-o combinație specifică pentru a acționa sau opri motorul DC. De exemplu, combinația comutator A+D controlează rotația înainte în timp ce comutatoarele B+C controlează rotația inversă, ca mai sus. Combinările comutatoarelor A+B sau C+D scurtcircuitează bornele motorului, determinând o frânare rapidă. Totuși, utilizarea comutatoarelor în acest mod are pericolele sale ca și operarea A+C sau B+D împreună care ar scurtcircuita sursa de alimentare.

În timp ce cele două circuite de mai sus ar funcționa foarte bine pentru majoritatea aplicațiilor cu motor DC mic, dorim cu adevărat să folosim diferite combinații de comutatoare mecanice doar pentru a inversa direcția motorului? NU!. Am putea schimba comutatoarele manuale pentru un set de relee electromecanice și avem un singur buton sau comutator înainte-înapoi sau chiar am folosi un comutator bilateral quad CMOS 4066B solid state.

Dar o altă modalitate foarte bună de a realiza controlul bidirecțional al unui motor (precum și viteza acestuia) este de a conecta motorul într-un aranjament de circuit tip punte H de tranzistoare, după cum se arată mai jos.

Circuitul punții H bidirecționale

Circuitul punte-H, de mai sus, este denumit astfel deoarece configurația de bază a celor patru comutatoare, fie relee electromecanice, fie tranzistoare, seamănă cu cea a literei "H" cu motorul poziționat pe bara centrală. Puntea-H de tranzistoare sau MOSFET-uri este probabil unul dintre cele mai frecvent utilizate tipuri de circuite bi-direcționale de comandă a motorului DC. Utilizează "perechi de tranzistor complementari" atât NPN cât și PNP în fiecare ramură, tranzistoarele fiind comutate împreună în perechi pentru a controla motorul.

Comanda de intrare A acționează motorul într-o direcție, de ex. rotire înainte, în timp ce intrarea B acționează motorul în direcția opusă, de exemplu rotire inversă. Astfel, prin comutarea tranzistoarelor "ON" sau "OFF" în "perechile diagonale" rezultă controlul direcțional al motorului.

De exemplu, atunci când tranzistorul TR1 este „ON“ și tranzistorul TR2 este „OFF“, punctul A este conectat la tensiunea de alimentare (+ Vcc) și dacă tranzistorul TR3 este „OFF“ și tranzistorul TR4 este „ON“ punctul B este conectat la 0 volți (GND). Motorul se va roti într-o direcție corespunzătoare terminalului motorului A pozitiv, iar borna motorului B va fi negativă.

Dacă stările de comutare sunt inversate astfel încât TR1 este "OFF", TR2 este "ON", TR3 este "ON" și TR4 este "OFF", curentul motorului curge acum în direcția opusă, determinând motorul să se rotească în sens opus.

Astfel, prin aplicarea nivelelor logice opuse "1" sau "0" la intrările A și B direcția de rotație a motoarelor poate fi controlată după cum urmează.

Tabelul de adevăr al punții-H

Este important ca nici o altă combinație de intrări să nu fie permisă, deoarece acest lucru poate cauza scurtcircuitarea sursei de alimentare, de ex. când ambele tranzistoare TR1 și TR2 au fost comutate simultan "ON" (siguranța = bang!).

La fel ca în cazul controlului unidirecțional al motoarelor DC, așa cum se vede mai sus, viteza de rotație a motorului poate fi controlată utilizând Pulse Width Modulation sau PWM. Astfel, prin combinarea comutării punții-H cu controlul PWM, direcția și viteza motorului pot fi controlate cu exactitate.

Comercial, IC-uri, cum ar fi SN754410 Quad Half H-Bridge IC sau L298N, care are 2 punți-H, sunt disponibile cu toată logica necesară de control și siguranță construite, sunt special concepute pentru circuitele de comandă în punte-H ale motorului bi-direcțional.

Motorul Stepper DC

La fel ca și motorul DC de mai sus, motoarele Stepper sunt servomotoare electromecanice care convertesc un semnal de intrare digital pulsator într-o mișcare discretă (incrementală) mecanică, utilizate în aplicațiile de control industrial. Un motor pas cu pas este un tip de motor sincron fără perii, fără o armătură cu un comutator și perii de cărbune, dar are un rotor alcătuit din mulți (unii dintre ei având sute de) dinți magnetici permanenți și un stator cu înfășurări individuale.

După cum sugerează și numele, motorul pas cu pas nu se rotește în mod continuu ca un motor DC convențional, ci se mișcă în "pași" sau "incrementări" discrete, cu unghiul fiecărei mișcări de rotație sau a unui pas depinzând de numărul de poli din stator și dinți din rotor pe care motorul pas cu pas îl are.

Din cauza funcționării lor în pas discret, motoare pas cu pas pot fi ușor rotite o fracțiune finită de rotație la un moment dat, cum ar fi 1,8; 3,6; 7,5 grade etc. Deci, de exemplu, să presupunem că un motor pas cu pas finalizează cu o rotație completă (360o) în exact 100 de pași. Atunci, unghiul de pas pentru motor este dat ca 360 grade/100 pași = 3,6 grade pe pas. Această valoare este cunoscută în mod obișnuit sub denumirea de step angle al motoarelor pas cu pas.

Motor Stepper

Există trei tipuri de bază de motor pas cu pas, Reluctanță variabilă, Magnet Permanent și Hybrid (un fel de combinație de ambele). Un motor Stepper este deosebit de potrivit pentru aplicațiile care necesită o poziționare precisă și o repetabilitate cu un răspuns rapid la pornire, oprire, inversare și controlul vitezei și o altă caracteristică cheie a motorului pas cu pas, este capacitatea sa de a menține sarcina constantă odată ce poziția necesară este realizată.

În general, motoarele pas cu pas au un rotor intern cu un număr mare de "dinți" de magnet permanent cu un număr de "dinți" de electromagnet montați pe stator. Electromagneții statorului sunt polarizați și depolarizați secvențial, determinând rotorul să se rotească câte un "pas" la un moment dat.

Motoarele pas cu pas moderne, multipolare, multi-dinți, sunt capabile să aibă o precizie mai mică de 0,9 grade pe pas (400 impulsuri per rotație) și sunt utilizate în principal pentru sisteme de poziționare foarte precise, cum ar fi cele utilizate pentru capete magnetice în unități de floppy disc/hard disk, imprimante/plottere sau aplicații robotizate. Cel mai frecvent utilizat motor pas cu pas este motorul cu 200 pe pași/rotație. Are un rotor cu 50 de dinți, un stator cu patru faze și un unghi de pas de 1,8 grade (360o /(50 × 4)).

Construcția și controlul motorului Stepper

In exemplul nostru simplu al unui motor pas cu pas cu reluctanță variabilă, de mai sus, motorul constă dintr-un rotor central înconjurat de patru bobine de câmp electromagnetic etichetate A, B, C și D. Toate bobinele cu aceeași literă sunt conectate împreună astfel încât energizând, să zicem bobinele marcate A, vor determina rotorul magnetic să se alinieze cu acel set de bobine.

Prin aplicarea puterii la fiecare set de bobine, la rândul său, rotorul poate fi făcut să se rotească sau să "treacă" de la o poziție la alta printr-un unghi determinat de construcția unghiului de pas al său și prin energizarea bobinelor în secvență, rotorul va produce o mişcare de rotație.

Comanda motorului pas cu pas controlează atât unghiul de pas cât și viteza motorului prin alimentarea bobinei de câmp într-o secvență setată, de exemplu, " ADCB, ADCB, ADCB, A ... ", rotorul se va roti într-o direcție (înainte) și inversarea secvenței de impulsuri la " ABCD, ABCD, ABCD, A ... ", rotorul se va roti în direcția opusă (inversă).

Astfel, în exemplul nostru simplu de mai sus, motorul pas cu pas are patru bobine, făcându-l un motor cu 4 faze, numărul de poli de pe stator fiind opt (2 x 4) care sunt distanțați la intervale de 45 de grade. Numărul de dinți de pe rotor este șase care sunt distanțați la 60 de grade distanță.

Atunci, există 24 (6 dinți x 4 bobine) poziții posibile sau "pași" pentru rotor pentru a finaliza o rotație completă. Prin urmare, unghiul de pas de mai sus este dat ca: 360o/24 = 15o.

Evident, cu cât mai mulți dinți pe rotor și/sau bobine pe stator cu atât un control mai mare și un unghi de pas mai fin. De asemenea, prin conectarea bobinelor electrice ale motorului în diferite configurații, sunt posibile unghiuri Full, Half și Micro-Step. Dar, pentru a realiza micro-pași, motorul pas cu pas trebuie să fie comandat de un curent (cvasi) sinusoidal, care este costisitor de implementat.

De asemenea, este posibil să se controleze viteza de rotație a unui motor pas cu pas prin modificarea întârzierii dintre impulsurile digitale aplicate bobinelor (frecvența), cu cât întârzierea este mai mare, viteza este mai lentă pentru o singură rotație completă. Aplicând un număr fix de impulsuri la motor, arborele motorului se va roti printr-un unghi dat.

Avantajul utilizării impulsului cu întârziere în timp este că nu ar fi nevoie de nici o formă de feedback suplimentar deoarece, prin numărarea numărului de impulsuri date motorului, poziția finală a rotorului va fi exact cunoscută. Acest răspuns la un număr determinat de impulsuri digitale de intrare permite motorului pas cu pas să funcționeze într-un "sistem de buclă deschisă", făcând atât controlul mai ușor și mai ieftin.

De exemplu, să presupunem că motorul pas cu pas de mai sus are un unghi de pas de 3,6 grade pe pas. Pentru a roti motorul printr-un unghi de 216 de grade și apoi oprit din nou la poziția necesară, ar fi nevoie doar de un total de: 216 grade / (3,6 grade/pas) = ​​80 impulsuri aplicate bobinelor statorului.

Există mai multe dispozitive de comandă a motorului pas cu pas care pot controla viteza pasului, viteza de rotație și direcția motoarelor. Un astfel de controller IC este SAA1027 care are toate contoarele necesare și conversia codului încorporate și poate comanda automat cele 4 ieșiri, de punte controlată complet, la motor în secvența corectă.

Direcția de rotație poate fi selectată împreună cu modul de un singur pas sau rotație continuă (fără pași) în direcția selectată, dar acest lucru pune o anumită povară asupra controllerului. Atunci când se utilizează un controller digital pe 8 biți, sunt posibili și 256 micropași pe pas.

Cipul SAA1027 de control al motorului pas cu pas

În acest tutorial despre actuatoarele rotative, am analizat motorul DC cu perii și fără perii, servomotorul DC și motorul Stepper ca un actuator electromecanic care poate fi folosit ca dispozitiv de ieșire pentru controlul poziției sau vitezei.

În următorul tutorial despre dispozitivele de intrare/ieșire vom continua să ne uităm la dispozitivele de ieșire numite Actuatoare, și în special unul care convertește un semnal electric în undă sonoră folosind, din nou, electromagnetism. Tipul dispozitivului de ieșire la care ne vom uita în următorul tutorial este Difuzorul.