Ja jums kādreiz ir bijis prieks demontēt veco printeri, lai ietaupītu elektroniska komponentiem, jūs varat saskarties ar daudziem cilindriskiem noslēpumainiem motoriem ar 4 vai vairāk vadiem, kas izvirzīti no sāniem. Vai jūs dzirdējāt tipisku galddatoru 3D printera buzz vai buggy disku elektromehānisko simfoniju CD diskdzinī? Ja tā, tad jūs saskaras ar pakāpju motoru!
Pakāpju motori liek elektromehāniskajai pasaulei griezties (ar lielāku griezes momentu!), Taču atšķirībā no parastā līdzstrāvas motora, pakāpju motora vadībai ir nepieciešams nedaudz vairāk nekā strāva caur diviem vadiem. Šajā rakstā tiks runāts par pakāpju motora projektēšanas un darbības teoriju. Tiklīdz mēs apsvērsim pamatus, šīs rokasgrāmatas autors parādīs, kā izveidot vienkāršas shēmas pakāpju motoru vadīšanai un pēc tam - kā izmantot īpašas vadītāja mikroshēmas.
1. solis: Kas padara motoru par pakāpju motoru?
Kam var būt nepieciešami vairāk nekā divi vadi un H-tilts? Kāpēc? Nu, atšķirībā no parastajiem līdzstrāvas suku motoriem, kas uzbūvēti maksimālam apgriezienu skaitam (vai kV RC), pakāpju motori ir bezkontakta motori, kas paredzēti lielam griezes momentam (pēc tam mazākam ātrumam) un precīzākai rotācijas kustībai. Lai gan tipisks līdzstrāvas motors ir lielisks, lai rotētu propelleru lielā ātrumā, lai sasniegtu maksimālu vilci, stepēšanas motors ir labāks papīra loksnes ripošanai sinhronizācijā ar tintes printera mehānismu printera iekšpusē vai uzmanīgai lineāras sliedes vārpstas pagriešanai CNC dzirnavās.
Iekšpusē pakāpju motori ir sarežģītāki nekā vienkāršs līdzstrāvas motors ar vairākām spirālēm ap serdi ar pastāvīgiem magnētiem, taču ar šo papildu sarežģītību tiek nodrošināta lielāka vadība. Sakarā ar rūpīgu statorā iebūvētu spoļu izvietojumu, pakāpiena motora rotors var griezties ar doto soli, mainot polaritāti starp spoles un mainot to polaritāti saskaņā ar izveidoto aizdedzes shēmu. Pakāpju motori nav visi izgatavoti vienādi, un to iekšējai izpildei ir vajadzīgas unikālas (bet pamata) shēmas. Nākamajā posmā mēs apspriedīsim visbiežāk sastopamos pakāpju motoru veidus.
2. solis: pakāpju motoru veidi
Ir vairāki dažādi pakāpju motoru modeļi. Tajos ietilpst vienpolāra, bipolāra, universāla un mainīga pretestība. Mēs apspriedīsim bipolāro un vienpolāro motoru dizainu un darbību, jo tas ir visizplatītākais motora tips.
Unipolārais motors
Vienpolu motoriem parasti ir pieci, seši vai astoņi stiepļu vadi, kas nāk no pamatnes, un viena spole katrā fāzē. Piecu vadu motora gadījumā piektais vads ir savienoti spoļu pāru centrālie krāni. Sešu vadu motorā katram spoles pārim ir savs centrālais krāns. Astoņu vadu motorā katrs spoļu pāris ir pilnīgi atdalīts no pārējiem, kas ļauj to savienot dažādās konfigurācijās. Šie papildu vadi ļauj vadīt vienpolu motorus tieši no ārēja kontroliera ar vienkāršiem tranzistoriem, lai katru spoli vadītu atsevišķi. Aizdedzes ķēde, kurā tiek virzīta katra spole, nosaka motora vārpstas griešanās virzienu. Diemžēl, ņemot vērā, ka vienlaikus tiek piegādāta tikai viena spole, vienpolārā motora turētājmoments vienmēr būs mazāks nekā tāda paša izmēra bipolāram motoram. Apejot vienpolu motora centrālos krānus, tas tagad var darboties kā bipolārs motors, taču tam būs nepieciešama sarežģītāka vadības shēma. Šī raksta ceturtajā posmā mēs vadīsim vienpolāru motoru, kam vajadzētu izskaidrot dažus no iepriekš aprakstītajiem jēdzieniem.
Bipolārais motors
Bipolāriem motoriem parasti ir četri vadi un tie ir izturīgāki nekā salīdzinoša lieluma vienpolāri motori, taču, tā kā katrā fāzē mums ir tikai viena spole, mums ir jāpagriež strāva caur spolēm, lai izietu vienu soli. Mums ir jāmaina strāva nozīmē, ka mēs vairs nevarēsim vadīt spoles tieši ar vienu tranzistoru, nevis pilnīgu h-tilta ķēdi. Pareizā h-tilta būvēšana ir apnicīga (nemaz nerunājot par diviem!), Tāpēc mēs izmantosim īpašu bipolārā motora vadītāju (sk. 5. darbību).
3. solis: Izpratne par pakāpju motora specifikācijām
Parunāsim par to, kā noteikt motora specifikācijas. Ja esat saskāries ar kvadrātveida motoru ar īpašu trīsdaļīgu komplektu (sk. 3. attēlu), visticamāk, tas ir NEMA dzinējs. Elektrisko ražotāju nacionālajā asociācijā ir noteikts motora specifikāciju standarts, kas izmanto vienkāršu burtu kodu, lai noteiktu motora priekšējās plāksnes diametru, stiprinājuma veidu, garumu, fāzes strāvu, darba temperatūru, fāzes spriegumu, pakāpienus vienā apgriezienā un vadu.
Izlasiet motora pasi
Nākamajam solim tiks izmantots šis vienpolārais motors. Augšpusē ir datu tabula. Un, lai arī tas ir kodolīgs, tas nodrošina mūs ar visu, kas vajadzīgs pareizai darbībai. Apskatīsim, kas ir sarakstā:
Fāze: tas ir četrfāžu vienpolārs motors. Iekšējam motoram var būt jebkurš reālu spoļu skaits, taču šajā gadījumā tie ir sagrupēti četrās fāzēs, kuras var vadīt neatkarīgi.
Leņķa piķis: Ar aptuveno izšķirtspēju 1,8 grādi uz soli, mēs iegūstam 200 soļus vienā apgriezienā. Lai arī tā ir mehāniska izšķirtspēja, ar mikrokrustojuma palīdzību mēs varam palielināt šo izšķirtspēju bez izmaiņām dzinējā (vairāk par to 5. darbībā).
Spriegums: Šī motora nominālais spriegums ir 3 volti. Tā ir motora strāvas un nominālās pretestības funkcija (Ohma likums V = IR, tātad 3V = 2A * 1,5Ω)
Strāva: cik daudz strāvas vajag šim motoram? Divas ampērijas vienā fāzē! Šis skaitlis būs svarīgs, izvēloties mūsu barošanas tranzistorus pamata vadības ķēdei.
Pretestība: 1,5 omi uz fāzi ierobežos strāvu, ko mēs varam piegādāt katrai fāzei.
Induktivitāte: 2,5 mH. Motora tinumu induktīvais raksturs ierobežo spirāļu uzlādes ātrumu.
Turēšanas moments: tas ir, cik lielu faktisko spēku mēs varam radīt, kad pakāpiena motoram tiek pielikts spriegums.
Turēšanas moments: tieši to var gaidīt no motora, kad tam nav enerģijas.
Izolācijas klase: B klase ir daļa no NEMA standarta, un tā dod mums vērtējumu 130 grādi pēc Celsija. Pakāpju motori nav īpaši efektīvi, un pastāvīgs maksimālās strāvas patēriņš nozīmē, ka normālas darbības laikā tie kļūst ļoti karsti.
Tīkla rādītāji: stieples diametrs 0,644 mm., Pagriezienu skaits diametrā 15,5, šķērsgriezums 0,326 mm2
Spoļu pāra noteikšana
Lai arī spoles tinumu pretestība var mainīties atkarībā no motora, ja jums ir multimetrs, jūs varat izmērīt pretestību uz jebkuriem diviem vadiem, ja pretestība ir <10 omi, jūs, iespējams, atradāt pāri! Tas būtībā ir izmēģinājuma kļūdas process, taču tam vajadzētu darboties lielākajā daļā motoru, ja vien jums nav rezerves daļas / specifikācijas numura.
4. solis: pakāpju motoru tieša vadība
Sakarā ar vadu atrašanās vietu vienpolārā motorā, mēs varam secīgi ieslēgt spoles, izmantojot tikai vienkāršus jaudas MOSFET. Attēlā parādīta vienkārša shēma ar MOS tranzistoru. Šis izkārtojums ļauj vienkārši kontrolēt loģikas līmeni, izmantojot ārēju mikrokontrolleri. Šajā gadījumā vienkāršākais veids ir izmantot Intel Edison dēli ar uz stilu balstītu plāksnīti. Arduinolai viegli piekļūtu GPIO (tomēr to veiks jebkurš mikro ar četriem GPIO). Šai shēmai tiek izmantots IRF510 N-kanāla jaudīgs MOSFET. IRF510, kas spēj patērēt līdz 5,6 ampēriem, būs pietiekami daudz brīvas enerģijas, lai izpildītu 2 ampēru motora prasības. Gaismas diodes nav vajadzīgas, taču tās sniegs labu vizuālu apstiprinājumu par darba secību. Ir svarīgi atzīmēt, ka IRF510 loģikas līmenim jābūt vismaz 5 V, lai tas varētu patērēt pietiekamu strāvu motoram. Motora jauda šajā ķēdē būs 3 V.
Darba secība
Ar šo iestatījumu pilnīga nepolārā motora vadība ir ļoti vienkārša. Lai pagrieztu motoru, mums ir jāieslēdz fāzes dotajā režīmā, lai tas pareizi grieztos. Lai pagrieztu motoru pulksteņrādītāja virzienā, mēs kontrolēsim fāzes šādi: A1, B1, A2, B2. Lai pagrieztu pretēji pulksteņa rādītāja virzienam, mēs vienkārši mainām secības virzienu uz B2, A2, B1, A1. Tas ir labs pamata kontrolei, bet ko darīt, ja vēlaties lielāku precizitāti un mazāk darba? Parunāsim par īpaša draivera izmantošanu, lai padarītu lietas daudz vieglāk!
5. solis: pakāpju motora vadītāja dēļi
Ja vēlaties sākt kontrolēt bipolāros motorus (vai vienpolāros motorus bipolārā konfigurācijā), jums jāņem īpašs vadītāja vadības panelis. Iepriekš redzamajā fotoattēlā redzams Big Easy Driver un A4988 pakāpiena motora vadītāja nesējplate. Abas šīs plāksnes ir iespiestas shēmas plates mikrostepa divu polu Allegro A4988 pakāpju motora piedziņai, kas līdz šim ir visizplatītākā mikroshēma mazu pakāpju motoru vadīšanai. Papildus nepieciešamajiem divkāršajiem h-tiltiem bipolārā motora vadībai, šie dēļi piedāvā daudzas iespējas sīkam, lētam iesaiņojumam.
Uzstādīšana
Šīm universālajām plāksnēm ir pārsteidzoši zems savienojums. Jūs varat sākt vadīt motoru, izmantojot tikai trīs savienojumus (tikai divus GPIO) ar savu galveno kontrolieri: kopējo zemi, piķi un virzienu. Pakāpiena solis un tā virziens paliek peldoši, tāpēc jums tie jāpiesaista atsauces spriegumam ar slodzes pretestību. Uz STEP tapu nosūtītais impulss motoru virzīs vienu soli ar izšķirtspēju saskaņā ar mikrostates atsauces tapām. Loģikas līmenis DIR tapā nosaka, vai motors griezīsies pulksteņrādītāja virzienā vai pretēji tam.
Microstep dzinējs
Atkarībā no tā, kā tiek uzstādītas tapas M1, M2 un M3, palielinot motora izšķirtspēju, veicot mikroterapiju. Mikrostepa laikā tiek nosūtīti dažādi impulsi, lai vilktu motoru starp rotora fizisko magnētu elektromagnētisko izšķirtspēju, nodrošinot ļoti precīzu vadību. A4988 var pāriet no pilna soļa uz sešpadsmitā soļa izšķirtspēju. Izmantojot mūsu 1,8 grādu motoru, tas nodrošinās līdz 3200 soļiem vienā apgriezienā. Runā par sīkumiem!
Kodi / bibliotēkas
Motoru pievienošana var būt vienkārša, bet kā ar to vadīšanu? Pārbaudiet šīs gatavās kodu bibliotēkas stepper motoru vadībai:
Steperis - Arduino IDE iebūvētā klasika ļauj veikt pamata darbību un kontrolēt griešanās ātrumu.
Paātrināt stepper - Daudz pilnvērtīgāka bibliotēka, kas ļauj labāk kontrolēt vairākus dzinējus un nodrošina pareizu motora paātrinājumu un palēninājumu.
Intel C ++ MRAA Stepper - Zemāka līmeņa bibliotēka tiem, kas vēlas ienākt neapstrādāta C ++ pakāpju motora pārvaldībā, izmantojot Intel Edison.
Šīm zināšanām vajadzētu būt pietiekamām, lai jūs saprastu, kā strādāt ar pakāpju motoriem elektromehāniskajā pasaulē, taču tas ir tikai sākums.
