Conoscere i motori stepper

Anche tu hai sempre voluto sapere cosa fossero tutti i parametri elencati dai produttori di motori passo passo? Benissimo, stai per leggere l'articolo giusto per imparare i parametri più importanti dei motori stepper!

Partiamo con una frase molto importante : i motori stepper non sono tutti uguali.

Frase scema, ma che nasconde tanta verità.

Se cerchi dei motori passo passo, ovviamente tendi a prendere quello che costa meno. Nulla da dire, potrebbe essere una buona strategia.

Fino a che non tiri bestemmie per un paio di ore quando scopri che il tuo progetto è bloccato perchè i motori che hai scelto non hanno abbastanza forza per spostare quello che hai pensato.

Per quel che mi concerne, vale sempre l'assioma "più dati hai, meno ti fai fregare".

Solo che i dati relativi ad un motore possono essere difficili da capire!

In questo post ti spiego ogni dettaglio delle caratteristiche di un motore stepper o passo passo dir si voglia. Ti spiego cosa vuol dire Nm, ti spiego cos'è il valore Rotor inertia e tutto il resto!

Iniziamo con un esempio pratico , i motori che ho montati sulla mia cnc.

Giusto qualche mese fa mi sono deciso a smontare tutto per fare un pochino di upgrade, se ti interessa leggere qualcosa c'è un post abbastanza dettagliato.

Dicevamo dei motori, sono dei LAM Technologies modello M1233062S8, vediamo le caratteristiche principali dal produttore :

Holding Torque 1,8Nm

Phase Current 4.2A

Rotor Inertia 440g/cm2

Motor Lenght 76mm

Detent Torque 0.06Nm

Phase Resistence 0.55Ohm

Phase Inductance 1.8mH

Lead wire 4

In più, forniscono anche la curva di coppia del motore alle varie tensioni, eccola :

Da qui si capisce che si hanno 1,8Nm, ma fino a 200 rotazioni al minuto (RPM), poi a seconda del voltaggio di alimentazione e dei giri i Nm scendono. Questo si che è un dettaglio da tenere molto d'occhio!

Tutti i valori dei motori stepper

Vediamo i dati nel dettaglio ogni valore con la relativa spiegazione. Magari qualcuno che è alla ricerca delle caratteristiche e delle spiegazioni dei motori stepper trova utili queste informazioni :-)

Il numero dei fili

Iniziamo dal basso, ovvero dal numero di fili, parametro quantomeno stupido ma molto importante!

Essendo specificato che hanno 4 fili di connessione, questo ci porta a dire che sono motori bipolari.

Questo è un bene, sia perchè sono i più diffusi sia perchè hanno una maggior potenza rispetto ai loro omologhi unipolari.

Archiviato questo aspetto, già che ci sono mi segno anche i colori dei cavi che escono dai motori in mio possesso :

nero : FA+

verde : FA-

rosso : FB+

blu : FB-

Holding Torque 1,8Nm

Questo valore esprime la coppia di tenuta, ovvero con che forza resiste il motore una volta alimentato a corrente nominale.

In poche parole, quanta forza possono sviluppare i motori, detta volgarmente coppia.

Come unità di misura si usa il "Nm" oovero il Newton Metro ed indica la forza che è disponibile alla distanza di 1 metro dall'asse del motore. Facendo un esempio banale, con 1.8Nm di coppia vuol dire che a 1 metro di distanza di possono sollevare 183g.

Non pare chissà cosa come carico, ma stiamo parlando di 1 metro di distanza.

Se invece colleghiamo un'albero parallelo all'asse del motore ecco che la distanza si azzera e la forza è tutta disponibile.

Phase Current 4.2A

Questo valore, espresso in Amprere, ci dice con quale assorbimento si ottengono le prestazioni dichiarate.

Nel mio caso, per avere una coppia di 1,8Nm è richiesto un assorbimento di 4,2A.

Rotor Inertia 440g/cm2

Questo è uno dei dati più ignorati in assoluto, tutti guardano solo alla coppia ed alla corrente, ma è un errore.

L'inerzia del rotore è il valore che ci fa capire quanto ci "costa" accelerare (o decelerare) un motore.

Più è alto il valore, meno sarà rapido il cambio di direzione.

il valore raccomandato (almeno, per motori da 1,8° ovvero da 200 passi per giro) deve essere almeno pari a un decimo rispetto all'inerzia del carico. Nel mio caso, quindi, si suppone che l'inerzia del carico sia 4400g

Motor Lenght 76mm

Indica la profondità massima di ingombro, in questo caso 76mm

Detent Torque 0.06Nm

Questa forza, espressa in Nm, è la forza che ha un motore quando non è alimentato. Il valore è bassissimo, ma quasi sempre basta a tenere il carico fermo. Nei motori di più bassa gamma, non viene riportato il valore.

Phase Resistence 0.55 Ohm

Questo parametro indica quanti Ohm scorrono tra gli avvolgimenti. Di base, sarebbe meglio usare motori con bassa resistenza. Questo perchè più è bassa la resistenza, più potenza arriva al motore.

Phase Inductance 1.8mH

L'induttanza di fase, espressa in milli-Henry, è la forza che si oppone al fluire della corrente. Questa forza dipende dalle spire, dai materiali impiegati e dal disegno del tutto. Ovviamente, più è basso il valore, più il motore girerà slegato. All'aumentare dei giri del motore, però, per colpa dell'induttanza di fase, la coppia scenderà.

Mancano ancora due dati relativi al motore, ovvero quanti passi fa in un giro. Oppure, messa in maniera diversa, di quanti gradi ruota il motore ad ogni impulso,  detto anche passo.

Questo motore fa 200 passi (step) a giro.

Considerando che una rotazione completa è 360°, se prendiamo questo valore e lo dividiamo per 200 otteniamo 1,8.

Questo è il valore del singolo passo, ovvero 1,8°.

Diciamo che la stragrande maggioranza dei motori stepper fa 1.8° a passo.

Le fregature

Nonostante i controlli con quanto pubblicato dal venditore, si possono sempre prendere delle fregature.

Ma anche un pelo di attenzione aiuta, eccome!

La fregatura classica? Esprimere i valori in un'altra scala!

Semplice e veloce, al posto dei Newton Metro, si usa il valore in Newton CENTIMETRO.

Così sei convinto di prendere un motore con un Holding Torque di 1,2 Nm, peccato che sono 1,2N-cm.

Equivalgono, ovviamente, a 0,12Nm. Fregato!

Fregatura "estetica", ovvero come "abbellire" i dettagli

Ho imparato con il tempo ad evitare i motori che non sono siglati chiaramente.

Mica per altro, il venditore pubblica i dati che prende dal produttore, ed a volta capita una svista.

Magari un errore di battitura, ma guardacaso succede ...

Così capita che un venditore metta on line un motore con una Phase Inductance di 4mH, ma il datasheet del produttore riporta il valore come 6,2mH e con una percentuale di errore di più o meno 20%.

Dettagli, ovviamente... ma paiono sempre lusinghieri e mai negativi!

Il prezzo assurdamente basso

Spesso ci si fa guidare dal prezzo, ma altrettanto spesso il soldo non deve essere l'unico parametro.

Sarebbe sempre consigliabile farsi un giro nell'arco di un paio di settimane e vedere la media dei prezzi degli item che si vogliono.

Possono essere soggetti a promo, oppure possono essere in sconto flash solo per 24 ore.

Io personalmente uso Banggood Price Tracker

, comoda estensione per Chrome, che mi consente di vedere gli andamenti dei prezzi.

Poi, oh, magari avete fortuna ed al primo colpo beccate l'offertona e sono sfigato io che in dieci anni non mi è mai successo...

In conclusione...

Il post si conclude tranquillamente qui se ti interessa solo capire i valori di riferimento per i motori stepper.

Invece, calando la cosa nella mia realtà, non mi resta che fare qualche test!

Del resto, sto ricablando tutto e quale occasione migliore per fare dei test?

Cosa potrebbe andare storto?

Beh, molto.

Tutto.

Quello che più mi preoccupa è il settaggio dei controller dei motori.

Guardando il loro manuale, possono essere programmati (con l'apposito cavo) per fare sia 200 passi a giro, sia per loro frazioni.

Per esempio, si può fare il mezzo passo (portando la risoluzione a 400 passi a giro) e salire fino ad ottenere 25600 passi per ogni giro.

Siccome ignoro come siano stati settati i motori, questo potrebbe essere un GROSSO problema.

Ma almeno ho imparato tutto quello che c'è da sapere sui motori passo passo, caso mai volessi cambiarli...