Stegmotor

Stegmotorer används när en motor ska kunna roteras i noggrant definierade steg och styras med hög precision. De finns i olika storlekar, utföranden och elektriska konfigurationer, och kan användas inom bland annat CNC-maskiner, 3D-skrivare, robotik, automation och olika elektronikprojekt.

Motorlängd och styrka
På stegmotorer, särskilt NEMA-motorer, är motorlängden ofta en bra indikation på motorns möjliga vridmoment. En längre motor har vanligtvis större magnetisk aktiv längd och kan därför ge högre hållmoment och vridmoment. Exempelvis är en 40 mm lång NEMA 17 normalt starkare än en motsvarande NEMA 17 som är 30 mm lång. Motorlängden är dock inte ett exakt mått på styrkan. För att jämföra motorer ska man framför allt titta på hållmomentet, som anges i Ncm eller Nm.

Spänning till stegmotordrivaren
Matningsspänningen som anges för stegmotordrivaren är inte samma sak som motorns märkspänning. En stegmotor styrs normalt med en strömreglerande drivare. Drivaren kan exempelvis matas med 12 V eller 24 V och samtidigt reglera strömmen genom motorns lindningar till rätt nivå. En högre matningsspänning till drivaren kan ge bättre prestanda vid högre varvtal eftersom strömmen kan byggas upp snabbare i motorlindningarna. Därför är exempelvis 24 V ofta fördelaktigt jämfört med 12 V när högre hastighet och bättre vridmoment vid högre varvtal önskas. Kontrollera alltid att den valda drivaren klarar den aktuella matningsspänningen.

Märkström
Märkströmmen är en av de viktigaste uppgifterna när en stegmotor ska väljas och användas. Den anger hur hög ström som normalt ska tillåtas genom varje motorlindning. Exempelvis innebär en märkström på 1,5 A normalt att stegmotordrivaren ska ställas in för cirka 1,5 A per fas, enligt motorns och drivarens specifikationer. För hög ström kan göra motorn mycket varm och kan skada lindningarna, medan för låg ström ger lägre vridmoment.

Märkspänning
Märkspänningen är motorns ungefärliga lindningsspänning och kan beräknas från märkström och lindningsresistans:

Märkspänning = märkström × lindningsresistans

Om en lindning exempelvis har 1,7 Ω resistans och märkströmmen är 1,9 A blir den resistiva spänningen ungefär 3,2 V. Det betyder däremot inte att motorn ska anslutas direkt till ett 3,2 V nätaggregat. Stegmotorn ska normalt anslutas till en lämplig strömreglerande stegmotordrivare.

Märkspänning och matningsspänning är alltså två olika saker. En motor kan exempelvis ha en märkspänning på cirka 3 V men användas med en drivare som matas med 12 eller 24 V. Drivaren reglerar då strömmen så att motorns märkström inte överskrids.

Stegvinkel och antal steg
Stegvinkeln anger hur mycket axeln vrider sig för varje fullt steg. En vanlig stegmotor med 1,8° stegvinkel har 200 fullsteg per varv. Med mikrostepping kan drivaren dela upp varje steg i flera mindre steg, exempelvis 1/2, 1/4, 1/8 eller 1/16 steg. Mikrostepping ger mjukare gång och högre upplösning, men innebär inte automatiskt att den mekaniska positionsnoggrannheten ökar lika mycket.

Unipolär och bipolär
Stegmotorer kan bland annat vara unipolära eller bipolära. Bipolära motorer har normalt två separata lindningar och fyra anslutningar. Strömmen genom lindningarna måste kunna byta riktning och därför används en lämplig stegmotordrivare. Unipolära motorer har lindningar med mittuttag och har ofta fem eller sex anslutningar. Vilken typ som ska användas beror på motorns konstruktion och den valda drivaren.

Vridmoment och varvtal
En stegmotor har inte samma vridmoment vid alla varvtal. Hållmomentet anger hur stort moment motorn kan hålla med stillastående axel när lindningarna är aktiverade. När varvtalet ökar minskar normalt det tillgängliga vridmomentet. En högre spänning till stegmotordrivaren kan därför vara en fördel vid högre varvtal.

Vid val av stegmotor bör man därför inte bara titta på motorstorleken. Motorlängd, hållmoment, märkström, lindningsresistans, induktans, stegvinkel och önskat varvtal bör vägas samman med specifikationerna för den stegmotordrivare som ska användas.