Wat is een mini stappen motor

Als model (spoor) bouwer ben je altijd op zoek naar kleine motortjes om bewegingen van je modellen te realiseren. Op Aziatische website worden veel kleine stappen motoren aangeboden. De motor links op de kopfoto bv. heeft een doorsnede van 5mm bij een lengte van 10mm. Ook voor  uitvoeringen waarbij de motor is geplaatst op een vertraging kast of als mini-actuator, zoals de andere drie motortjes op de kopfoto, zijn veel toepassingen in de modelspoor hobby te bedenken.

Voordelen van een (mini) stappenmotor:

• Klein

• Zeer constante en precies af te stellen draaisnelheid.

• koppel, de kracht van de motor, is constant  ook bij langzaam draaien.

• Aantal omwentelingen, positie, door duur van de puls trein  precies in te stellen.

Door het aantal stappen te tellen, is de gewenste rotatiehoek zeer nauwkeurig aan te sturen. Bovendien kan de stappenmotor worden ingezet als elektromechanische rem om het aangedreven object in positie te houden. Deze functionaliteiten worden in deze module echter niet toegepast.

Hoe werkt StepperDriver

Een stappen motor 'draait' niet zoals een 'gewone' motor, maar draait in kleine stapjes. Die mini motortjes hebben maar twee spoelen, om ze te laten draaien is een best wel ingewikkelde schakeling nodig. De a4988 chip is een populaire chip om stappenmotoren aan te sturen.  Je komt deze chip overal in tegen:  CNC machines, (3D-) printers, lasersnijders enz.
Heel populair en massaal gebruikt zijn de kleine (vaak rode) printjes met daarop een A4988 chip en alle andere benodigde hardware en aansluitingen. Voor de modelspoor hobby hebben we in veel gevallen de meeste van die mogelijkheden en functies niet nodig. De (mini) stappenmotor willen we gebruiken om wissels om te leggen, of bruggen te openen, of armseinen te stellen.
Op de module StepperDriver zit zo een A4988 print. Ook op de module een met de blauwe trimmer instelbare puls generator die de draaisnelheid van de stappenmotor regelt. Twee drukknoppen schakelen de motor aan in tegengestelde draairichtingen.
Twee optocouplers op de module maken het mogelijk om het draaien van de motor te starten door een (gelijk)spanning tussen de 5~18V op de + en -  te zetten van  de pinnen van het blokje van 4. Kan met schakelaars.
Door de 4 pinnen aan te sluiten op de uitgangen van een commerciële decoder als van Märklin of ESU kan  de stappenmotor door een (DCC)wisselcommando worden  gestart. De motor draait heen-en-weer als je de 'wissel' omzet in je centrale.
Natuurlijk kan dit ook met mijn project deKoder.

Instellen van het koppel, de kracht, van de stappenmotor.

Een 'gewone' (gelijkstroom)motor heeft meestal twee aansluitingen. Zo een motor is gemaakt voor een vooraf door de fabrikant bepaald voltage. Hoe hoger het voltage hoe sneller de motor gaat draaien.  Als je het voltage niet te hoog maakt, zal de motor nooit defect raken.
Een stappenmotor werkt heel anders. Het voltage is niet van belang. Natuurlijk moet het wel laagspanning blijven onder de 35V. Het toerental wordt bepaald door de pulstrein die op de driver is aangesloten. Het koppel, de kracht waarmee de motor draait wordt door de driver (de A4988) geregeld door de stroomsterkte door de spoelen te regelen. Vergelijkbaar met een led hebben de spoelen van de stappenmotor nauwelijks of geen elektrische weerstand. De driver regelt de stroomsterkte en daarmee de energie die naar de motor wordt gestuurd.
Er zijn kleine en grote stappenmotoren. Met de module StepperDriver kun je de allerkleinste mini, micro stappenmotortjes aansturen tot aan de vele malen grotere NEMA17.
Het zal duidelijk zijn dat die grote NEMA17 veel meer energie nodig heeft dan dat mini motortje zoals links op de kopfoto.
Daar is dus dat kleine potentiometer voor wat op de (rode) A4988 zit. Linksom draaien van de potentiometer verlaagt de hoeveelheid energie die naar de motor gaat, Rechtsom draaien verhoogt de energie.
Vuistregel is dat je zo min mogelijk energie naar de motor moet sturen. Draai de potentiometer eerst helemaal naar links, druk op een van de knoppen om de motor te laten draaien en draai langzaam de potentiometer naar rechts totdat de motor goed draait.
Te veel energie naar de motor sturen laat de motor 'lawaai' maken, maar vooral maakt te veel energie de motor veel te heet, het teveel aan energie wordt omgezet in warmte,  en laat uiteindelijk de motor verbranden.
Bij continue gebruik van de motor, zoals bij windmolens controleer regelmatig of de motor niet te heet wordt. Warm mag, heet niet. Bij toepassingen als het omleggen van een wissel is deze instelling veel minder kritisch omdat de motor maar kort draait.