스테퍼 모터 제어는 광범위한 주제이며 이 문서는 스테퍼 모터를 사용하기 위한 간단한 초보자 가이드입니다. 스테퍼 모터의 작동 방식에 대한 기본 사항을 다룹니다. 그 목적은 초보자가 스테퍼 모터를 작동하도록 돕는 것입니다.
스테퍼 모터를 구동하려면 일반적으로 다음 장비가 필요합니다.
- 스테퍼 모터
- 스테퍼 모터 드라이버
- 컨트롤러
- 전환 전원 공급 장치
적절한 장비를 선택하는 방법
1. 스테퍼 모터
스테퍼 모터는 개별 단계로 움직이는 전자기 장치입니다. 위상으로 구성된 여러 코일이 있습니다. 각 위상에 차례로 전원이 공급되면 모터가 스테핑합니다. 스테퍼 모터를 사용하면 정확한 위치 지정 및 속도 제어를 달성할 수 있습니다. 스테퍼 모터를 구동할 수 있는 세 가지 주요 방법이 있습니다. 이 세 가지 구동 방식은 풀 스텝 드라이브, 하프 스텝 드라이브 및 마이크로 스테핑입니다.
프레임 크기, 스텝 각도, 유지 토크, 정격 전류, 리드 수, 단극 또는 양극과 같은 데이터를 기반으로 속도 및 토크 요구 사항에 적합한 스테퍼 모터를 선택해야 합니다. 다음에는 이러한 중요한 개념 중 일부를 설명하겠습니다.
Nema: Nema는 스테퍼 모터의 전기적 특성에 대한 표준이 아닙니다. 모터 호환성을 용이하게 하기 위해 페이스플레이트와 장착 구멍에 대한 단순한 표준입니다. 예를 들어, "NEMA 17"의 "17"은 NEMA 표준에서 NEMA의 "숫자"를 10인치로 나눈 페이스플레이트 크기를 나타냅니다. 따라서 NEMA 17 모터에는 너비가 약 1.7인치인 전면판이 있습니다.
스텝 각도: 스텝 각도는 제어 시스템이 스테핑 펄스 신호를 보낼 때 스테퍼 모터의 회전 각도를 나타냅니다. 일반적인 2상 스테퍼 모터의 스텝 각도는 0.9°/1.8°, 3상 스테퍼 모터는 1.2°, 5상 스테퍼 모터는 0.72°입니다.
Speed-torque: 저속에서 스테퍼 모터의 작동 성능이 더 실용적으로 중요합니다. 스테퍼 모터는 일반적으로 300~600rpm의 속도로 작동합니다. 사용자가 부하를 전달하기 위해 기계적 감속 장치를 사용한다는 점을 고려하면 모터에 충분한 토크를 제공하기 위해 모터의 정상 속도가 수십 rpm에서 선택되는 경우가 많습니다. 이 경우 모터는 고출력, 고효율 및 저소음을 제공합니다.
진동 문제는 드라이브 세분화를 높여 해결해야 합니다. 세분화는 상위 컴퓨터에서 보낸 각 펄스가 드라이브에서 설정한 승수로 세분화된 후 드라이브가 모터를 제어하는 것입니다. 간단히 말해서, 모터의 스텝각을 세분화 승수로 줄이는 것입니다.
모터 속도 계산 공식: 모터 속도(단위: RPM) = 펄스 주파수(단위: Hz)*60/세분.< /p>
유지 토크: 유지 토크는 코일에 전원이 공급되고 로터가 정지되어 있는 동안 모터를 한 단계 완전히 이동하는 데 필요한 토크의 양입니다. 스테퍼 모터 권선은 회전자 자체가 정지된 경우에도 활성화됩니다. 정지 상태에서 하중을 제자리에 유지하기 위한 것입니다.
샤프트 스타일: 스테퍼 모터를 기어, 풀리 및 샤프트 커플러와 같은 기타 외부 연결에 맞추려면 이 모터 샤프트의 물리적 모양을 알아야 합니다. 몇 가지 일반적인 모양이 있습니다. 또한 샤프트의 길이를 고려해야 합니다.
일반적인 샤프트 유형은 다음과 같습니다.
- 둥근 샤프트 - 원형 샤프트
- "D" 샤프트 - 고정 나사로 기어를 장착하는 데 유용한 "D자형" 샤프트입니다.
- 기어드 샤프트 - 기어가 있는 샤프트 새겨져 있습니다.
- 리드 나사 샤프트 - 선형 액추에이터를 만드는 데 사용되는 나사 모양의 샤프트입니다.
정격 전류: 피크 전류를 나타냅니다. 이것은 스테퍼 모터에 적합한 드라이버와 전원 공급 장치를 선택할 수 있기 때문에 유용한 사양입니다.
2. 스테퍼 모터 드라이버
스테퍼 모터 드라이버는 일반적으로 스테퍼 모터와 함께 사용해야 하므로 스테퍼 모터를 구입할 때 나중에 문제를 줄이기 위해 적절한 드라이버를 동시에 맞추는 것이 가장 좋습니다.
거의 모든 스테퍼 모터 드라이버는 표준 프로토콜을 사용하여 모터를 제어합니다. 3핀을 사용합니다:
ENABLE - 드라이버는 드라이버에 따라 ENABLE 핀이 LOW 또는 HIGH일 때만 작동합니다
DIRECTION - LOW이면 모터가 한 방향으로 회전하고 HIGH이면 다른 방향으로 회전합니다. 이것은 모터를 연결하는 방법과 관련이 있습니다
STEP - STEP 핀이 로우에서 하이로 갈 때마다 스테퍼는 한 단계(또는 드라이버 설정에 따라 마이크로스텝)를 만듭니다.
3. 제어 장치
스테퍼 모터 컨트롤러는 고속 펄스 신호를 보낼 수 있으며 프로그래밍이 가능합니다. PLC, 마이크로컨트롤러 및 기타 장치는 시장에서 흔히 볼 수 있는 컨트롤러입니다.
4. 스위칭 전원 공급 장치
스테퍼 모터에는 스위칭 전원을 사용하는 것이 좋습니다. 강력한 간섭 방지 기능이 있으며 광범위한 변동을 허용합니다. 전류는 부하의 크기에 따라 선택해야 합니다. 어느 정도의 여백을 남겨둘 필요가 있습니다. 예를 들어, 스테퍼 모터 전류는 3A이고 제어 부하 전류는 2A이며 스위칭 전원 공급 장치는 6A ~ 8A를 선택해야 합니다.
스테퍼 모터 유형, 드라이버 및 배선 스키마
바이폴라 및 유니폴라 모터
스테퍼 모터는 단극과 양극의 두 가지 유형이 있습니다. 그들 사이의 가장 큰 차이점은 두 유형 모두 고유한 권선 배열이 있으며 각각의 권선 배열이 스테퍼 모터가 구동되는 방식에 영향을 미친다는 것입니다.
4선식 모터는 바이폴라 드라이버로만 구동할 수 있습니다. 5선식 모터는 중앙 탭이 내부적으로 함께 묶여 있기 때문에 유니폴라 드라이버로만 구동할 수 있습니다. 6선식 및 8선식 모터는 외부에서 연결하는 방법을 결정할 수 있으므로 두 가지 유형의 드라이버를 모두 사용할 수 있습니다.
본질적으로 유니폴라 모터와 바이폴라 모터는 정확히 같은 방식으로 작동합니다. 전자석이 순차적으로 열리고 중앙 모터 샤프트가 회전합니다. 모터 내부의 코일에 전원이 공급되는 방식이 다릅니다.
단극 모터는 코일의 중앙 탭을 통해 극성 반전을 달성하지만 동시에 코일의 절반만 활성화하므로 사용 가능한 토크가 적습니다.
바이폴라 드라이버는 H-브리지 회로를 사용하여 실제로 각 위상을 통해 흐르는 전류를 역전시킵니다. 각 상을 교대로 통전함으로써 모든 코일을 사용하여 모터를 돌릴 수 있습니다.
2상 바이폴라 모터에는 두 세트의 코일이 있습니다. 2상 바이폴라 모터는 각 상에 2개씩 총 4개의 와이어가 있습니다. 유연한 배선이 있는 일부 모터의 경우 모터를 바이폴라 또는 유니폴라로 작동할 수 있습니다.
Unipolar drive
Bipolar drive
정전압 드라이버 대 정전류 드라이버
모터 드라이브에는 단극 및 양극의 두 가지 유형이 있으며 모터를 통해 흐르는 전류를 제어하는 두 가지 방법인 정전압 및 정전류가 있습니다. 정전압 드라이버는 모터에 고정 전압을 제공하는 반면, 정전류 드라이버는 전압을 조작하여 모터에 정전류를 공급합니다. 정전압 드라이버는 L/R 드라이버라고도 합니다. 정전류 드라이버는 초퍼 드라이버라고도 합니다.
L/R 드라이버의 토크 및 속도 제한으로 인해 현재 정전류 드라이버가 더 많이 사용됩니다. 정전압 드라이버는 단극 스테퍼 모터에 가장 자주 사용됩니다.
정전압 드라이버를 사용할 때 모터의 정격 전압은 대부분 실제 애플리케이션과 관련이 없습니다. 따라서 매우 낮은 정격 전압을 기반으로 하는 스테퍼 모터의 영향을 받지 마십시오. 주목해야 할 중요한 값은 정격 전류입니다. STEPPERONLINE의 스테퍼 드라이버는 현재 정전류 드라이버입니다!
정전류 드라이버는 모터의 정격 전압보다 훨씬 높은 전압에서 스테퍼 모터를 실행할 수 있습니다. 전압이 높을수록 스테퍼 모터를 통해 전류가 더 빨리 흐르게 되어 더 빠르게 회전하고 더 많은 토크를 얻을 수 있습니다. 드라이버는 모터의 전류를 고정 값 이하로 유지하여 모터가 소손되는 것을 방지합니다. 고정 전류는 일반적으로 드라이브 보드의 트림 포트에 의해 설정됩니다. 이를 통해 필요한 토크와 모터 사양의 정격 전류에 따라 최대 전류를 변경할 수 있습니다. 또한 전압이 높을수록 발열이 적습니다.
Constant voltage drive
Constant current drive
스테퍼 모터를 드라이버에 연결하는 방법
코일 쌍을 구성하는 전선을 파악해야 합니다. 이를 알아낼 수 있는 세 가지 방법이 있습니다.
1.멀티미터를 사용하여 스테퍼 모터에서 나오는 전선 사이의 저항을 측정할 수 있습니다. 당신이 독서를 가지고 있다면, 그것은 쌍입니다. 그렇지 않은 경우 쌍이 아닙니다.
2.또한 멀티미터가 없을 경우 모터를 돌리면서 전선을 만지십시오. 모터를 움직이기 어렵게 만드는 조합은 쌍입니다.
3.물론 저항계나 느낌으로 가능한 모든 연결 조합을 분류하는 것은 실용적이지 않습니다. 데이터 시트에 따라 모터를 연결하는 것이 여전히 가장 쉽습니다. 아직 가지고 있지 않다고 가정하고 모터에서 모델 번호를 읽고 온라인으로 검색하십시오. 모터에 대한 데이터 시트를 얻으려면 공급업체에 문의해야 할 수도 있습니다. STEPPERONLINE에서 적절한 데이터 시트를 제공하거나 아직 명확하지 않은 경우 고객 서비스에 문의할 수 있습니다.
다음 다이어그램은 여러 가지 권선 배열을 보여줍니다.：
