स्टेपर मोटर क्या है और यह कैसे काम करती है

आपके घर में एक साधारण डीवीडी प्लेयर या प्रिंटर से लेकर उच्च परिष्कृत सीएनसी मशीन या रोबोट आर्म तक, स्टेपर मोटर्स लगभग हर जगह पाए जाते हैं। इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित सटीक आंदोलनों को करने की इसकी क्षमता ने इन मोटर्स को निगरानी कैमरों, हार्ड डिस्क, सीएनसी मशीनों, 3 डी प्रिंटर्स, रोबोटिक्स, असेंबली रोबोट, लेजर कटर और बहुत कुछ जैसे कई फेलिड्स में एप्लिकेशन ढूंढने के लिए बनाया है। इस लेख में आइए जानें कि इन मोटर्स को क्या खास बनाता है और इसके पीछे की थ्योरी। हम सीखेंगे कि आपके लिए एक का उपयोग कैसे करें।

स्टेपर मोटर्स का परिचय

सभी मोटरों की तरह स्टेपर मोटर्स में भी एक स्टेटर और एक रोटर होता है, लेकिन एक सामान्य डीसी मोटर के विपरीत स्टेटर में कॉइल के व्यक्तिगत सेट होते हैं। कॉइल की संख्या स्टेपर मोटर के प्रकार के आधार पर अलग-अलग होगी, लेकिन अभी के लिए बस यह समझें कि स्टेपर मोटर में रोटर में धातु के खंभे होते हैं और प्रत्येक पोल स्टेटर में कॉइल के सेट द्वारा आकर्षित किया जाएगा। नीचे दिए गए आरेख में 8 स्टेटर पोल और 6 रोटर पोल के साथ एक स्टेपर मोटर दिखाया गया है।

यदि आप स्टेटर पर कॉइल्स पर एक नज़र डालते हैं, तो उन्हें कॉइल जोड़े के संदर्भ में व्यवस्थित किया जाता है, जैसे ए और ए 'एक जोड़ी बी और बी' एक जोड़ी बनाते हैं और इसी तरह। तो इस कुंडल जोड़ी के प्रत्येक एक इलेक्ट्रोमैग्नेट का निर्माण करते हैं और वे ड्राइवर सर्किटरी का उपयोग करके व्यक्तिगत रूप से सक्रिय हो सकते हैं। जब एक कुंडल सक्रिय हो जाता है तो यह एक चुंबक के रूप में कार्य करता है और रोटर पोल इसके साथ जुड़ जाता है, जब रोटर स्टेटर के साथ संरेखित करने के लिए खुद को समायोजित करने के लिए घूमता है इसे एक चरण के रूप में कहा जाता है । इसी तरह कॉइल को एक क्रम में ऊर्जावान करके हम मोटर को छोटे-छोटे चरणों में घुमा सकते हैं ताकि पूरा चक्कर लगाया जा सके।

स्टेपर मोटर्स के प्रकार

निर्माण के आधार पर मुख्य रूप से तीन प्रकार के स्टेपर मोटर्स हैं, जो हैं:

• परिवर्तनीय अनिच्छा स्टेपर मोटर: उनके पास लोहे का कोर रोटर होता है जो स्टेटर डंडे की ओर आकर्षित होता है और स्टेटर और रोटर के बीच न्यूनतम अनिच्छा से आंदोलन प्रदान करता है।
• स्थायी चुंबक स्टेपर मोटर: उनके पास स्थायी चुंबक रोटर होता है और वे लगाए गए दालों के अनुसार स्टेटर की ओर खदेड़ या आकर्षित होते हैं।
• हाइब्रिड सिंक्रोनस स्टेपर मोटर: वे वैरिएबल अनिच्छा और स्थायी चुंबक स्टेपर मोटर के संयोजन हैं।

इसके अलावा हम स्टेपर मोटरिंग के प्रकार के आधार पर स्टेपर मोटर्स को एकध्रुवीय और द्विध्रुवी के रूप में भी वर्गीकृत कर सकते हैं ।

• बाइपोलर स्टेपर मोटर: इस प्रकार की मोटर पर स्टेटर कॉयल में एक सामान्य तार नहीं होगा। इस प्रकार के स्टेपर मोटर की ड्राइविंग अलग और जटिल होती है और साथ ही ड्राइविंग सर्किट को आसानी से बिना माइक्रोकंट्रोलर के डिजाइन नहीं किया जा सकता है।
• यूनिपोलर स्टेपर मोटर: इस प्रकार की स्टेपर मोटर में हम एक आम जमीन के लिए या एक सामान्य शक्ति के लिए दोनों चरण वाइंडिंग के केंद्र दोहन को ले सकते हैं जैसा कि नीचे दिखाया गया है। इससे मोटर्स को चलाना आसान हो जाता है, यूनीपोलर स्टेपर मोटर में भी कई प्रकार होते हैं

ठीक है, इसलिए एक सामान्य डीसी मोटर के विपरीत, इसमें से सभी फैंसी रंगों के पांच तार निकलते हैं और ऐसा क्यों है? इसे समझने के लिए हमें पहले यह जानना चाहिए कि एक स्टेपर कैसा है जिसकी हमने पहले ही चर्चा की थी। सबसे पहले सभी स्टेपर मोटर्स घूमते नहीं हैं, वे कदम रखते हैं और इसलिए उन्हें स्टेप मोटर्स के रूप में भी जाना जाता है । मतलब, वे एक बार में केवल एक कदम ही आगे बढ़ेंगे। इन मोटरों में मौजूद कॉइल का एक क्रम होता है और मोटर को घुमाने के लिए इन कॉइल्स को एक विशेष रूप से सक्रिय करना पड़ता है। जब प्रत्येक कॉइल को एनर्जेटिक किया जा रहा होता है तो मोटर एक कदम उठाती है और एनर्जाइज़ेशन का एक क्रम मोटर को निरंतर कदम उठाता है, इस प्रकार यह घूमता है। आइए हम मोटर के अंदर मौजूद कॉइल्स पर एक नजर डालते हैं ताकि पता चल सके कि ये तार कहां से आते हैं।

जैसा कि आप देख सकते हैं मोटर में एकध्रुवीय 5-लीड कॉइल व्यवस्था है । चार कुंडल हैं जिन्हें एक विशेष अनुक्रम में सक्रिय किया जाना है। लाल तारों को + 5 वी के साथ आपूर्ति की जाएगी और शेष चार तारों को संबंधित कुंडली को ट्रिगर करने के लिए जमीन पर खींचा जाएगा। हम किसी विशेष क्रम में इन कॉइल को सक्रिय करने के लिए किसी भी माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करते हैं और मोटर को आवश्यक संख्या में कदम उठाने के लिए बनाते हैं। फिर से कई अनुक्रम हैं जिनका आप उपयोग कर सकते हैं, आम तौर पर 4-चरण का उपयोग किया जाता है और अधिक सटीक नियंत्रण के लिए 8-चरण नियंत्रण का भी उपयोग किया जा सकता है। 4-चरण नियंत्रण के लिए अनुक्रम तालिका नीचे दिखाई गई है।

कदम	कुंडल उर्जावान
चरण 1	ए और बी
चरण 2	बी और सी
चरण 3	सी और डी
चरण 4	डी और ए

तो अब, इस मोटर को 28-BYJ48 क्यों कहा जाता है ? गंभीरता से !!! मुझे नहीं पता। इस मोटर को ऐसा नाम दिए जाने का कोई तकनीकी कारण नहीं है; शायद हमें इसमें ज्यादा गहराई तक नहीं जाना चाहिए। आइए नीचे दिए गए चित्र में इस मोटर के डेटाशीट से प्राप्त कुछ महत्वपूर्ण तकनीकी डेटा को देखें।

यह जानकारी से भरा एक सिर है, लेकिन हमें यह जानने के लिए कुछ महत्वपूर्ण बातों पर गौर करने की आवश्यकता है कि हम किस प्रकार के स्टेपर का उपयोग कर रहे हैं ताकि हम इसे कुशलता से प्रोग्राम कर सकें। पहले हम जानते हैं कि यह 5V स्टेपर मोटर है क्योंकि हम 5V के साथ लाल तार को सक्रिय करते हैं। फिर, हम यह भी जानते हैं कि यह एक चार चरण की स्टेपर मोटर है क्योंकि इसमें चार कॉइल थे। अब, गियर अनुपात 1:64 होने के लिए दिया गया है। इसका मतलब यह है कि आप जिस शाफ्ट को बाहर देखते हैं, वह एक पूर्ण रोटेशन तभी करेगा जब मोटर अंदर 64 बार घूमती है। यह मोटर और आउटपुट शाफ्ट के बीच जुड़े गियर के कारण होता है, ये गियर टॉर्क को बढ़ाने में मदद करते हैं।

नोटिस करने के लिए एक और महत्वपूर्ण डेटा स्ट्राइड एंगल: 5.625 ° / 64 है। इसका मतलब यह है कि जब 8-चरण अनुक्रम में काम करने वाला मोटर प्रत्येक चरण के लिए 5.625 डिग्री ले जाएगा और एक पूर्ण घुमाव को पूरा करने के लिए 64 कदम (5.625 * 64 = 360) लगेगा।

स्टेपर मोटर के लिए प्रति क्रांति कदम की गणना

यह जानना महत्वपूर्ण है कि आपके स्टेपर मोटर के लिए प्रति क्रांति के चरणों की गणना कैसे करें क्योंकि केवल तभी आप इसे प्रभावी ढंग से प्रोग्राम / ड्राइव कर सकते हैं।

मान लें कि हम 4-चरण अनुक्रम में मोटर का संचालन करेंगे, इसलिए स्ट्राइड कोण 11.25 ° होगा क्योंकि यह 8 चरणों के लिए 5.625 ° (डेटाशीट में दिया गया है) होगा, यह 11.25 ° (5.625 * 2 = 11.55) होगा।

क्रांति के चरण = 360 / चरण कोण यहाँ, 360 / 11.25 = 32 कदम प्रति क्रांति।

स्टेपर मोटर्स के लिए हमें ड्राइवर मॉड्यूल की आवश्यकता क्यों है?

अधिकांश स्टेपर मोटर्स केवल चालक मॉड्यूल की मदद से संचालित होंगे। ऐसा इसलिए है क्योंकि नियंत्रक मॉड्यूल (माइक्रोकंट्रोलर / डिजिटल सर्किट) मोटर को संचालित करने के लिए अपने आई / ओ पिन से पर्याप्त वर्तमान प्रदान करने में सक्षम नहीं होगा। इसलिए हम एक बाहरी मॉड्यूल जैसे ULN2003 मॉड्यूल का उपयोग स्टेपर मोटर चालक के रूप में करेंगे । कई प्रकार के चालक मॉड्यूल हैं और एक की रेटिंग मोटर के उपयोग के प्रकार के आधार पर बदल जाएगी। सभी चालक मॉड्यूल के लिए प्राथमिक सिद्धांत मोटर को संचालित करने के लिए पर्याप्त वर्तमान स्रोत / सिंक करना होगा। इसके अलावा ऐसे ड्राइवर मॉड्यूल भी हैं जिनके पास लॉजिक पूर्व क्रमादेशित है, लेकिन हम इसके बारे में यहां चर्चा नहीं करेंगे।

यदि आप यह जानने के लिए उत्सुक हैं कि कुछ माइक्रोकंट्रोलर और ड्राइवर आईसी का उपयोग करके एक स्टेपर मोटर को कैसे घुमाया जाए, तो हमने इसके ऑपरेशन पर कई लेखों को विभिन्न माइक्रोकंट्रोलर्स के साथ कवर किया है:

• Arduino Uno के साथ Stepper Motor का सामना करना पड़ रहा है
• STM32F103C8 के साथ स्टेपर मोटर में हस्तक्षेप करना
• PIC Microcontroller के साथ Stepper मोटर Interfacing
• MSP430G2 के साथ स्टेपर मोटर को इंटरफैस करना
• 8051 माइक्रोकंट्रोलर के साथ स्टेपर मोटर इंटरफेसिंग
• रास्पबेरी पाई के साथ स्टेपर मोटर नियंत्रण

अब मेरा मानना ​​है कि आपके पास अपने प्रोजेक्ट के लिए आवश्यक किसी भी स्टेपर मोटर को नियंत्रित करने के लिए पर्याप्त जानकारी है। आइए स्टेपर मोटर्स के लाभ और नुकसान पर एक नज़र डालें।

स्टेपर मोटर्स के फायदे

स्टेपर मोटर का एक प्रमुख लाभ यह है कि इसमें उत्कृष्ट स्थिति नियंत्रण होता है और इसलिए इसका उपयोग सटीक नियंत्रण अनुप्रयोग के लिए किया जा सकता है। इसके अलावा इसमें बहुत अच्छी होल्डिंग टॉर्क है जो इसे रोबोट अनुप्रयोगों के लिए एक आदर्श विकल्प बनाता है। स्टेपर मोटर्स को सामान्य डीसी या सर्वो मोटर की तुलना में उच्च जीवन काल माना जाता है।

स्टेपर मोटर्स के नुकसान

सभी मोटर्स की तरह स्टेपर मोटर्स भी अपने स्वयं के नुकसान के साथ आते हैं, क्योंकि यह छोटे कदम उठाकर घूमता है क्योंकि यह उच्च गति प्राप्त नहीं कर सकता है। इसके अलावा यह टोक़ धारण करने के लिए भी बिजली की खपत करता है, जबकि यह आदर्श है कि बिजली की खपत बढ़ रही है।