เรียนรู้หลักการทำงานของ stepping motor

เชื่อว่านักอิเล็กทรอนิกส์ทุกท่านคงเคยได้ยินหรือได้เคยใช้งาน stepping motor กันมาบ้างแล้ว ชื่อของเจ้า stepping motor นั้นก๊ค่อนข้างที่จะบ่งบอกถึงคุณสมบัติของตัวมันได้ดีอยู่แล้ว ว่าเป็น motor ที่สามารถเคลื่อนที่ในลักษณะที่เป็นทีละ step ซึ่งต่างจาก motor ทั่วไปที่การเคลื่อนที่ของมันจะเป็นแบบต่อเนื่อง และ stepping motor ยังสามารถควบคุมการทำงานที่ง่ายด้วยการต่อร่วมกับอุปกรณ์ภายนอกเพียงเล็กน้อย ดั้งนั้นเราจะเห็นว่า stepping motor ถูกนำไปใช้งานอย่างกว้างขวางไม่ว่าจะเป็นงานด้าน robot,แขนกล,plotter หรืองานไดๆที่ต้องใช้การเคลื่อนที่ในลักษณะของแบบ step การเรียนรู้หลักการทำงานของ stepping motor ก๊ย่อมก่อไห้เกิดประโยชน์แก่เราไห้สามารถนำ stepping motor ไปประยุกต์ใช้งานได้ ลักษณะของ stepping motor ภายนอกก๊จะประกอบไปด้วยสายไฟที่เราจะต้องป้อนสัญญาณ pluse เข้าไปควบคุมมัน ถ้าหาก steppping motor ของคุณมี 3 ขดลวด ก๊จะได้ลักษณะการต่อดังรูป ซึ่งจะมีสายหนึ่งที่ต่อเป็น ground ร่วมของทั้ง 3 สายนั้น ลักษณะแบบนี้คือเป็นแบบ 3 เฟส โดยที่ stepping motor ที่ขายทั่วๆไปก๊อาจจะมีหลายแบบเช่นแบบ 4 เฟส 5 เฟส ซึ่งเมื่อเราทราบเฟสแล้วสิ่งที่จะต้องทำต่อไปคือการหาว่าเฟสไดเป็นเฟส 1 ,2,3 ซึ่งที่ตัวของ stepping motor อาจจะมีบอกอยู่แล้ว หรือถ้าไม่มีวิธีง่ายๆก๊คือการใช้ไฟขนาดที่ motor ตัวนั้นใช้ปอ้นเข้าไปที่เฟสแต่ละเฟส ถ้าหากเราป้อนเป็นเฟส 1-2-3 แล้ว stepping motor จะต้องหมุนไปในทิศทางเดียวกันหรือถ้าหากป้อนเป็น 3-2-1 จะต้องหมุนกับทางกันซึ่งเป็นวิธีง่ายๆในการ check เฟสของ stepping motor การทำงานของ stepping motor ขึ้นชื่อว่าเป็นมอเตอร์แล้วก๊ตอ้งประกอบด้วยสว่นสำคัญ 2 สว่นคือ 1 rotor ซึ่งเป็นสว่นที่หมุนหรือเคลื่อนที่ได้ 2.คื่อ stator ซึ่งเป็นสว่นที่อยู่กับที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ สำหรับ stepping motor ก๊เช่นเดียวกันที่ประกอบไปด้วยสว่นสำคัญ 2 สว่นนี้(ดูรูปด้านล่างประกอบ) โดยที่ส่วนที่เป็น stator ของ stepping motor นี้จะเป็นสว่นซึ่งมีขดลวดพันล้อมอยู่บนแกนเหล็ก(สว่นที่เขียน 1,2,3 ที่เป็นสว่นนอก ของ stepping motor นั่นแหละคือสว่นที่เป็น stator) เมื่อเราจ่ายไฟเข้าที่ขดลวดที่พันอยู่บน stator ที่ขด 1 ก่อน ก๊จะทำไห้เกิดอำนาจแม่เหล็กขึ้นที่ตำแหน่ง 1 นี้ และผลักไห้ rotor(จากรูปสว่นที่เขียน x-y นั่นแหละคือ rotor)เกิดการเคลื่อนที่ได้ การเคลื่อนที่นี้เรียกว่ามันเคลื่อนที่ไป 1 stepนั่นเอง(นี่แหละที่เรียกว่า stepping motor เพราะมันเคลื่อนที่เป็น step นั่นเอง) ซึ่งการที่มันจะเคลื่อนที่ไปเป็นมุมเท่าไหร่นั้นก๊ขึ้นอยู่กับ spec ของ stepping motor ตัวนั้นว่ามันสามารถที่จะหมุนได้ step ละกี่องศา และต่อไปถ้าเราหยุดจ่ายไฟเข้าที่ขดลวด1 และไปจ่ายไฟเข้าที่ขดลวด 2 แทนก๊จะทำไห้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นที่บริเวณ 2 บน stator และก๊จะทำไห้สนามแม่เหล็กนี้ผลัก rotor ไห้เคลื่อนที่ต่อไปได้ และถ้าเราหยุดจ่ายกระแสเข้าที่ 2 และไปจ่ายเข้าที่ขด 3 แทนก๊จะทำไห้สนามแม่เหล็กมาเกิดที่บริเวณ 3 และผลักไห้ rotor เคลื่อนที่ต่อไปได้อีก เราจะเห็นว่า stepping motor นั้นสามารถที่จะเคลื่อนที่ได้จากหลักกการของการจ่ายไฟเข้าที่ขดลวดบน stator ในลักษณะที่จ่ายไฟไห้เกิดแบบ ลำดับเฟสกันไป ซึ่งนี่เองเป็นหลักการของการควบคุม stepping motor การป้อน Pluse ไห้กับ stepping motor ในการควบคุมการหมุน วิธีการง่ายๆที่จะไห้ stepping motor หมุนได้ในลักษณะของการหมุนทวนเข็มหรือการหมุนตามเข็มคือ การป้อน pluse เข้าที่เฟสโดยเรียงลำดับกันคือ 1-2-3-1-2-3-1-2-3 ซึ่งลักษรณะของ pluse ที่ป้อนก๊คือ เฟส 1 100100100100100100 Times------> เฟส 2 010010010010010010 Times------> เฟส 3 001001001001001001 Times------> และถ้าต้องการไห้ stepping motor หมุนกับทางกันลักษณะการป้อนก๊จะเป็นการป้อนโดยเรียงลำดับเฟสย้อนกลับ 3-2-1-3-2-1-3-2-1 ซึ่งลักษณะของ pulse ที่ป้อนคือ เฟส 3 100100100100100 Times------> เฟส 2 010010010010010 Times------> เฟส 1 001001001001001 Times------> รูปแสดงการป้อน pulse ไห้กับ stepping motor และการหมุน (ภาพจาก Jones training stepper motor homepage) 1.เมื่อ เฟส 1 ถูกป้อน pluse เข้ามาทำไห้เกิดสนามแม่เหล็กที่ stator ที่ขดลวด 1 และจะผลักกับ rotor ไห้เคลื่อนที่ไปคนละทาง 2.เมื่อ เฟส 2 ถูกป้อน ก๊จะทำไห้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นที่ขด 2 และก๊จะผลัก rotor ไห้เกิดการเคลื่อนที่ไปอีก 3.เมื่อ เฟส 3 ถูกป้อน ก๊จะทำไห้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นที่ขด 3 และจะผลักไห้ rotor เกิดการเคลื่อนที่ไปอีก(สังเกตจากรูป การเคลื่อนที่ของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นและ rotor จะหมุนไปทิศทางที่ตรงข้ามกัน)