สเต็ปมอเตอร์ (STEPPING MOTOR)

,เต็ปมอเตอร์ (STEPPING MOTOR)
สเต็ปมอเตอร์ เป็นมอเตอร์ที่ขับเครื่องด้วยพัลส์ ลักษณะการขับเคลื่อน จะหมุนรอบแกนได้ 360 องศา มีลักษณะไม่ต่อเนื่อง แต่มีลักษณะเป็นสเต็ป โดยแต่ละสเต็ปจะขับเคลื่อนได้ 1,1.5,1.8 หรือ 2 องศา แล้วแต่ละโครงสร้างของมอเตอร์ลักษณะที่ นำมอเตอร์ไปใช้ จะเป็นงานที่ต้องการตำแหน่งแม่นยำ เช่น ระบบขับเคลื่อนหัวแม่พิมพ์ในเครื่องพิมพ์ (PRINTER)ระบบขับเคลื่อนหัวอ่านในเครื่องอ่านบันทึกเหล็ก ระบบขับเคลื่อนตำแหน่งของปากกาใน X-Y PLOTER เป็นต้น
ชนิดและโครงสร้างของสเต็ปมอเตอร์
สเต็ปมอเตอร์มีลักษณะดังรูป

รูป 1สเต็ปมอเตอร์แบบมีสาย 5 เส้น

รูป 2 มอเตอร์แบบมีสาย 6 เส้น

รูป 3สเต็ปมอเตอร์หลาย แบบไบโพลาร์

รูป4แสดงภาพถ่ายโครง สร้างสเต็ปมอเตอร์
สเต็ปมอเตอร์ที่ พบในปัจจุบันมี 3 ลักษณะดังนี้
1. แบบแม่เหล็กถาวร(PERMANENT MAGNET_PM)
สเต็ปมอเตอร์แบบ PM จะมีสเต เตอร์ (STATOR) ที่พันขดลวดไว้หลายๆ โพล โดยมีโรเตอร์ (ROTOR) เป็นรูปทรง กระบอกฟันเลื่อย และโรเตอร์ทำด้วยแม่เหล็กถาวร เพื่อป้อนไฟกระแสตรง ให้กับขดสเตเตอร์ จะทำให้เกิดแรงแม่เหล็กไฟฟ้าผลักต่อโรเตอร์ ทำให้มอเตอร์หมุนมอเตอร์แบบ PM จะเกิดแรงฉุดยึดให้ โรเตอร์หยุดอยู่กับที่ แม้จะไม่ได้ป้อนไฟเข้าขดลวด
2. แบบแปรค่ารีลักแตนซ์ (VARIABLE RELUCTANCE- VR)
สเต็ปมอเตอร์แบบVR จะมีการหมุนโรเตอร์ได้อย่างอิสระ แม้จะไม่ได้จ่ายไฟให้โรเตอร์ทำจากสารเฟอร์โรแมกเนติก กำลังอ่อน มีลักษณะเป็นฟันเลื่อย รูปทรงกระบอกโดยจะมีความสัมพันธ์ โดยตรงกับจำนวนโพลในสเต เตอร์ แรงบิดที่เกิดขึ้นจะไปหมุนโรเตอร์ ไปในเส้นทางของอำนาจแม่เหล็กที่มีค่ารีลักแตนท์ต่ำ ที่สุด ตำแหน่งที่จะเกิดแน่นอนและมีเสถียรภาพแต่จะเกิดขึ้นได้หลายๆ จุดดังนั้นเมื่อป้อนไฟเข้าขดลวดต่างๆ ในมอเตอร์แตกต่างขดกันไป ก็ทำให้มอเตอร์ หมุนไปตำแหน่งต่างๆ กันโรเตอร์ของ VR จะมีความเฉื่อยของโรเตอร์น้อยจึงมี ความเร็วรอบสูงกว่ามอเตอร์แบบ PM
3. แบบผสม(HYBRID-H)
สเต็ปมอเตอร์แบบ H จะเป็นลูกผสมของ VR กับ PM โดยจะมีสเตเตอร์คล้ายกับที่ใช้ ใน VR โรเตอร์มีหมวก หุ้ม ปลายซึ่งมีลักษณะของสารแม่เหล็กที่มีกำลังสูง โดยการควบคุมขนาดรูปร่างของหมวกแม่เหล็กอย่างดีทำให้ได้มุม การหมุนและครั้งน้อยและแม่นยำ ข้อดีก็คือ ให้แรงบิดสูงและมีขนาดกระทัดรัด และให้แรงฉุดยึดโรเตอร์นิ่ง กับที่ตอนไม่จ่ายไฟ

รูป 5. แสดง (ก) โครงสร้าง (ข) วงจรเทียบเท่า (equivalentcircuit) ของมอเตอร์ ชนิด 4 ขด
แสดงมุมของโรเตอร์เทียบกับ กระแสไฟฟ้าที่จ่ายแก่เฟสต่าง ๆ8 ตำแหน่ง
เฟสที่จ่ายกระแสไฟฟ้า
1 
12
2
23
3   
34
4
41
ตำแหน่งโรเตอร์








จากลักษณะของมุมโรเตอร์หมุนกับกระแสไฟที่ป้อนแก่เฟสต่างๆ จะสามารถสั่งงานให้ STEPPING MOTOR หมุนได้ 3 อย่าง คือ
1.แบบจ่ายกระแสไฟให้เฟสเดียววนเวียนกันไป เรียก ONE-EXCITATION หรือ HALF DRIVE คือ f1 , f2 f3, f4 การ OUT EXCITATION แบบนี้แรงบิดจะน้อย
2. แบบจ่ายกระแสไฟให้พร้อมกันทีเดียว 2 f เรียก TWO-EXCTATION หรือFULL STEP คือ f1f2 , f2f3 , f3f4 , f4f1 หมุนเวียนกันไปแบบนี้แรงบิดจะมาก
3. แบบจ่ายกระแสไฟให้ทีละ 1 เฟส สลับกับ 2 เฟส เรียก ONE-TWO EXCITATION หรือ HALF STEP เหมือนรูปแสดงของ มุมโรเตอร์ แต่แบบนี้จำนวน STEP ทวนเข็มจะเป็นตรงกันข้าม
เฟส
^4
3 
2
1
1
1
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
1
0
0
4
1
0
0
0
การตรวจสอบหาสาย COMMON และสาย GROUND ของ STEPPING แบบPM (แบบแกนโรเตอร์เป็นแม่เหล็ก ถาวร) โดยทั่วไป SP MOTOR แบบ PM จะมีอยู่ 2 ชนิด
1. ชนิดที่เป็น COMMON ภาย นอก SP MOTOR แบบนี้มีสายอยู่6 เส้น คือ

รูป 6 สเต์ปมอเตอร์ ชนิดมีสาย 6 เส้น

• สายที่ เป็น COMMON 2 เส้น
• สายที่ เป็น GROUND 4 เส้น

สาย COMMON 1 เส้น จะ DRIVE GROUND 2 เส้น ในการเช็คให้ใช้มิเตอร์วัดหาสายที่เป็น COMMON ก่อนโดยการตั้ง RANGE ของมิเตอร์ ที่ R*1 จับที่สายทีละคู่ ถ้าหากวัดสาย COMMON เทียบกับสาย GROUND ได้ถูกต้องค่าความต้านทานที่อ่านได้จะน้อย แต่ถ้าวัดผิดสาย คือวัดสาย GROUND เทียบกับ GROUNDค่าความ ต้านทานที่อ่านได้จะสูงกว่าแต่ถ้าวัดสาย COMMON เทียบ กับสาย GROUND ที่ไม่ใช่คู่กันแล้ว เข็มมิเตอร์ก็จะไม่ กระดิก ให้ทดลองวัดเปรียบเทียบกันทีละคู่ ก็จะทราบว่าสายใดเป็นสาย COMMON สายใดเป็นสาย GROUND
2. ชนิดที่เป็น COMMON ภาย ใน SP MOTOR
แบบนี้มีสายอยู่ 5 เส้น คือ

รูป 7 สเต็ปมอเตอร์ชนิด มีสาย 5 เส้น

• สายที่ เป็น COMMON 1 เส้น
• สายที่ เป็น GROUND 4 เส้น

ในการวัดให้ทำแบบเดียวกับการวัด SP MOTOR ชนิด COMMON ภายนอกแตกต่างกัน เพียงแบบ COMMON ภายในสาย COMMON 1 เส้นDRIVE สาย GROUND 4 เส้น ดังนั้นหากสายเส้นใดเมื่อวัดเทียบกับสายเส้นอื่น แล้วมีค่าความต้านทานน้อยที่สุดสายเส้นนั้นเป็นสาย COMMON และที่เหลืออีก4 เส้นจะเป็นสาย GROUND
การเรียงเฟสของ STEPPING MOTOR แบบ PM
เมื่อเราทราบว่าสายเส้นใดเป็นสาย COMMON แล้วแต่เรายังไม่ทราบว่าสาย GROUND เส้นใดเป็นเฟสที่1 เฟสที่ 2 เฟสที่ 3 และเฟสที่ 4 ในการเรียงเฟสนั้นให้ใช้มิเตอร์วัด โดยนำ V+ เขาที่สาย COMMON วัดเทียบกับ สาย GROUNDเส้นใดก็ได้ 1 เส้น จะทำให้แกนโรเตอร์เคลื่อนไปข้างหน้า 1 STEP เมื่อเปลี่ยนสาย GROUND เส้นแรกเป็นเส้นที่ 2 ลาก MOTOR ไม่เคลื่อนที่ไปข้างหน้าแสดงว่าการเรียงเฟสไม่ถูกต้องก้ให้ วัดเทียบกับสาย GROUNDเส้นใหม่ต่อไป หาก MOTOR เคลื่อน ที่ไปข้างหน้าตามก้น วัดที่สาย GROUND เส้นต่อไปเรื่อย ๆ ก็จะทำให้ทราบว่าสายเส้นใดเป็นเฟสแรก สายเส้นใดเป็นเฟสที่ 2 เฟสที่ 3 และเฟสท ี่ 4 การเรียงเฟสของ SP MOTOR แบบ PM ทั้งชนิดที่เป็น COMMON ภายนอกและชนิดที่เป็น COMMON ภายใน ใช้หลักการเดียวกัน
วงจรขับสเต็ปมอเตอร์
วงจรขับ (DRIVE)
เมื่อเรารู้ซีเควนซ์ของมัน แล้วต่อไปเราก็ต้องมีวงจร DRIVE ให้แก่ STEPPING MOTOR วิธีที่ง่ายที่สุด ในการ ต่อวงจรซีเควนส์เข้ากับวงจรขับ คือ การต่อโดยตรง ดังเอาท์พุท ก และ ข แต่ถ้ากระแสเอาท์พุท ของวงจรซีเควนส์ไม่ เพียงพอก็ต้องต่อ บัฟเฟอร์ (BUFFER) เพื่อ ขยายกระแสดังรูป เอาท์พุท ค และง

รูป 8 แสดงวิธีขับเอาท์พุทขอสเต็ปมอเตอร์
ปัญหาเกี่ยวกับวงจรขับ
ขดลวดของสเต็ปมอเตอร์เป็น โหลดชนิดตัว เหนี่ยวนำ และมีค่าเปรียบเสมือนผลรวมของความเหนี่ยวนำ (Inductance)อนุกรมกับความต้านทาน ดังรูป 9

รูป 9 วงจรสมมูลย์ (equivalentcircuit) ของสเต็ปมอเตอร์
ซัพเพรสเซอร์ (SUPRESSOR)
เมื่อ ทรานซิสเตอร์รูป A หยุด นำกระแสจะทำให้เกิดเแรงเคลื่อนไฟฟ้าค่าสูงจำนวนหนึ่งเนื่องจากผลของการ เปลี่ยนแปลง
ของกระแสในตัวเหนี่ยวนำ และแรงเคลื่อนไฟฟ้านี้จะเป็นอันตรายต่อทรานซิสเตอร์ได้ธีป้องกันได้ด้วยวิธี การต่อไปนี้
1. ใช้ไดโอดซัพเพรสเซอร์

รูป 10
กระแสหมุนเวียน CIRCULATING CURRENT จะ เริ่มไหลหลังจากทรานซิสเตอร์ หยุดนำกระแสและศักดาบนคอลเลค เตอร์ จะเท่ากับศักดาของแหล่งจ่ายไฟฟ้า ข้อเสียคือ กระแสจะหมุนเวียนอยู่นานและ จะทำให้เกิดแรงบิดห้ามล้อ (BREAKING TORQUE) พลังงานส่วนใหญ่จะสูญเสียเป็น ความร้อนในความต้านทานของขดลวด
2. ใช้ไดโอดและตัวต้านทานซัพ เพรสเซอร์

รูป 11
ถ้าค่าตัวต้านทาน RS ยิ่งมากกระแสหมุน เวียนก็จะลดลงเร็วขึ้นแต่ศักดาของ คอลเลคเตอร์ในขณะกระแสไหลย้อนกลับ จะมีค่าสูงขึ้นพลังงานส่วนใหญ่สูญเสียในตัวต้านทาน RS
3. ใช้ซีเนอร์ไดโอดซัพเพรสเซอร์

รูป 12
เมื่อทรานซิสเตอร์หยุดนำกระแส กระแสจะลดลงได้เร็วกว่า 2แบบแรก และศักดาที่คอลเลคเตอร์ขณะ กระแสไหลย้อน กลับจะเท่ากับศักดาของซีเนอร์บวก กับศักดาของแหล่งจ่าย ซึ่งเป็นอิสระต่อกระแสพลังงานส่วนใหญ่สูญเสียในซีเนอร์ไดโอด
4. ใช้ตัวเก็บประจุซัพเพรสเซอร์

รูป 13
จะใส่ตัวเก็บประจุให้ f1 กับ f3 และ f2 กับ f4 เมื่อ ทรานซิสเตอร์ หยุดนำกระแสตัวเก็บประจุ C จะต่อกับทรานซิสเตอร์ โดยผ่านไดโอด และจะดูดกลืนกระแสที่ค่อยๆ ลดลงจากขดลวดของมอเตอร์ เพื่อป้องกันทรานซิสเตอร์เสีย และยังช่วยแดมป็ไฟ คือช่วยลดความร้อนที่เกิดขึ้นในขดลวดสเตเตอร์เนื่องจากการแกว่งของโรเตอร์
วงจรขับ
Q1-Q4 เป็นตัวขับร่วมกับ Q5-Q8 โดยการต่อแบบดาร์ลิงตัน วงจรนี้สามารถใช้กับมอเตอร์ที่ดึงกระแสมากๆแต่ไม่ ควรเกิน 2A เพราะ Q5-Q8 อาจจะร้อน ซึ่งวงจรที่ให้มานี้ออกแบบไว้สำหรับรุ่นที่ให้กระแสไม่เกิน 600 mA ถ้าจะใช้ กับรุ่นที่ดึงกระแสมากก็เพียงแต่เปลี่ยน Q5-Q8 เป็นเบอร์ที่สามารถทนกระแสได้มากขึ้น D5-D8 เป็นตัวป้องกัน ความเสียหาย ทรานซิสเตอร์อันเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก ทำให้เกิดแรงดันย้อนกลับ LED1-LED5 ทำหน้าที่บอก สภาวะเอาท์พุท (สว่าง คือ "1" ดับคือ "0") R5-R8 ทำหน้าที่จำกัดกระแส โดย LED ซึ่งแรงดันย้อนกลับ สามารถทำให้ LED ติดสว่างได้เช่นกัน แรงดัน +V นั้น ควรเลือกให้เหมาะสมกับสเต็ปมอเตอร์ที่จะใช้ด้วยคือ ประมาณV+2.5 โดย V คือค่าแรงดันที่กำกับไว้ที่ข้าง ตัวมอเตอร์ เช่น 12 V ก็จะใช้แรงดันเท่ากับ 12+2.5 = 14.5 โวลต์ เป็นต้น

TB6560 3 Axis CNC/ Laser Machine Stepping Motor Controller. Support Mach3 & KCam From Lightobject Price: $89.00 Availability: Usually ships in 1-2 business days Ships from and sold by lightobjectdotcom Average customer review: (2 customer reviews)

Product Description

TB6560 3 axis CNC stepping motor controller with 1/16 stepping. Support Mach3, ArtCam, KCam.

Specification:
* In/Out Interface port: Parallel
* Built with a Spindle Relay control
* High speed optical isolation coupling
* Current: 2.0A (2.5A max)
* Resolution: 1/16, 1/4, 1/2, 1
* Channel: 3 -> X, Y, Z
* Power: DC 12 ~ 24V (35V max)
* Control port: DB 15 for joystick
* Application system support: March2,Mach3, KCam

Click "More Details" to see demos from the YouTube video under "Speedythinker"

---

Product Details

• Amazon Sales Rank: #21820 in Single Detail Page Misc
• Brand: Lightobject
• Model: ECNC-3X6560A

Features

• Optical isolation for data In/Out
• Relay control for spindle
• Four speed/ resolution setting
• Hight current Output (2.5A max)
• Auto cooling fan control

---

Customer Reviews

Most helpful customer reviews
1 of 1 people found the following review helpful.
Good card
By Hawk
I have purchased two of these. I have 2 home built cnc's running these controllers with Mack3.
As the previous poster stated, there is no documentation with the card.
However, a quick trip to their web site, and you can download a pdf that covers everything you need to know about the card.

I prefer this card over many others because it does not required a separate power supply to run the card.

1 of 2 people found the following review helpful.
Nothing but the board!!
By CharlesBabbage
I received the board quickly, but it was wrapped twice in thing bubble wrap and jammed in a box with less than an inch clearance all around. There was NOTHING ELSE IN THE BOX. No schematic. No pin out. Nothing.
Board looked clean enough, and I've not used it so I don't know if it works yet. If it doesn't work, I'll probably just be SOL and out the money.
Next time I'll just shell out and get a Gecko Drive.
See all 2 customer reviews...