Ha valaha is örült volna, hogy megtakarítás céljából szétszerel egy régi nyomtatót elektronikus alkatrészek esetén sok hengeres rejtélyes motort találhat meg, amelyek oldalról kiálló 4 vagy több huzallal rendelkeznek. Hallottál egy tipikus asztali 3D nyomtató zümmögését vagy egy hibás elektromechanikus szimfóniát a CD-meghajtóban lévő lemezekről? Ha igen, akkor léptetőmotorral kell szembenéznie!
A léptetőmotorok forgatják az elektromechanikus világot (nagyobb nyomatékkal!), Ám a hagyományos DC motorral ellentétben a léptetőmotor vezérlése valamivel többet igényel, mint a két vezetéken átáramló áram. Ez a cikk a léptető motor tervezésének és működésének elméletéről fog beszélni. Amint megvizsgáljuk az alapokat, ennek az útmutatónak a szerzője megmutatja, hogyan lehet egyszerű áramköreket építeni a léptetőmotorok vezérléséhez, majd hogyan lehet használni a speciális meghajtó mikroáramköreket.
1. lépés: Mi teszi a motort léptetőmotorra?
Kinek lehet szüksége kétnél több vezetékre és egy H-hídra? Miért? Nos, ellentétben a hagyományos DC kefe motorokkal, amelyek maximális fordulatszámon (vagy RC-nál RC-hez) vannak építve, a léptetőmotorok kefe nélküli motorok, amelyek nagy nyomatékot (később alacsonyabb fordulatszámot) és pontosabb forgásmozgást fejtenek ki. Míg egy tipikus DC motor nagyszerűen képes a propellert nagy sebességgel elforgatni a maximális tapadás elérése érdekében, a léptetőmotor jobb, ha egy papírlapot hengerelt a nyomtató belsejében lévő tintasugaras nyomtatószerkezettel szinkronban, vagy pedig egyenes vonalú tengely tengelyét óvatosan forgat egy CNC-malomban.
Belül a léptetőmotorok összetettebbek, mint az egyszerű egyenáramú motorok, a tekercs körül a tekercsek állandó mágnesekkel vannak ellátva, de ezzel a további komplexitással több irányítást biztosítanak. Az állórészbe beépített tekercsek gondos elrendezése miatt a léptetőmotor forgórésze egy adott lépéssel foroghat, megváltoztatva a tekercsek közötti polaritást, és polaritásukat a kialakított gyújtási sémának megfelelően megváltoztathatja. A léptetőmotorok nem mind azonosak, és belső végrehajtásukhoz egyedi (de alapvető) sémákra van szükség. A következő lépésben megvitatjuk a léptetőmotorok leggyakoribb típusait.
2. lépés: A léptetőmotorok típusai
A léptetőmotorok különféle kivitelei vannak. Ide tartoznak az egypólusú, bipoláris, univerzális és a változó ellenállás. Megvitatjuk a bipoláris és egypólusú motorok kialakítását és működését, mivel ez a leggyakoribb motor.
Unipoláris motor
Az egypólusú motoroknak általában öt, hat vagy nyolc vezetékvezetéke van az alapból, és fázisonként egy tekercset tartalmaz. Öt vezetékes motor esetén az ötödik vezeték a tekercsek párjainak összekapcsolt központi csapjai. Hatvezetékes motorban minden tekercspárnak megvan a saját központi csapja. Nyolc vezetékes motorban minden tekercspár teljesen el van különítve a többitől, ami lehetővé teszi különféle konfigurációkban való csatlakoztatást. Ezek a kiegészítő vezetékek lehetővé teszik az egypólusú motorok közvetlen vezérlését egy külső vezérlőből egyszerű tranzisztorokkal, hogy az egyes tekercseket külön-külön vezéreljék. A gyújtásáramkör, amelyben az egyes tekercseket meghajtja, meghatározza a motor tengelyének forgásirányát. Sajnos, mivel egyszerre csak egy tekercs van ellátva, az egypólusú motor meghúzási nyomatéka mindig kisebb lesz, mint az azonos méretű bipoláris motoré. Ha megkerüli az egypólusú motor központi csapjait, akkor ez bipoláris motorként is működhet, de ehhez összetettebb vezérlőrendszert igényel. A cikk negyedik lépésében egy egypólusú motort hajtunk végre, amelynek tisztáznia kell néhány fentebb bemutatott fogalmat.
Bipoláris motor
A bipoláris motoroknak általában négy vezetéke van, és tartósabbak, mint az összehasonlító méretű egypólusú motorok, de mivel fázisonként csak egy tekercs van, az áramot egy tekercsen át kell fordítanunk a tekercseken. Az áram megváltoztatásának szükségessége azt jelenti, hogy többé nem tudjuk közvetlenül a tekercseket egyetlen tranzisztorral, hanem egy teljes h-híd áramkörrel közvetlenül irányítani. A megfelelő h-híd felépítése unalmas (kettőről nem is beszélve!), Tehát külön bipoláris motormeghajtót fogunk használni (lásd 5. lépés).
3. lépés: A léptetőmotor specifikációinak megértése
Beszéljünk arról, hogyan lehet meghatározni a motor műszaki adatait. Ha egy négyzet alakú motorral találkozott egy meghatározott három darabból álló egységgel (lásd a 3. ábrát), ez valószínűleg egy NEMA motor. A Villamos Elektromos Gyártók Országos Szövetsége rendelkezik a motor specifikációinak speciális szabványával, amely egyszerű betűkódot használ a motor előlapjának átmérőjének, szerelési típusának, hosszának, fázisáramának, üzemi hőmérsékletnek, fázisfeszültségnek, fordulatonkénti lépéseknek és huzalozásnak a meghatározására.
Olvassa el a motor útlevélét
A következő lépéshez ezt az egypoláros motort fogjuk használni. A fenti egy adattábla. És bár tömör, mindent megad, amelyre szükségünk van a megfelelő működéshez. Nézzük meg, mi van a listában:
Fázis: Ez egy négyfázisú egypólusú motor. A belső motor tetszőleges számú valódi tekercset tartalmazhat, de ebben az esetben négy fázisra vannak csoportosítva, amelyek egymástól függetlenül vezérelhetők.
Szögmagasság: Lépés körülbelül 1,8 fok / lépés felbontásával 200 fordulatot kapunk fordulatonként. Bár ez egy mechanikus felbontás, a mikro-csomópont segítségével növelhetjük ezt a felbontást a motor megváltoztatása nélkül (erről bővebben az 5. lépésben).
Feszültség: Ennek a motornak a névleges feszültsége 3 volt. Ez a motor áramának és névleges ellenállásának függvénye (Ohmi törvény V = IR, tehát 3V = 2A * 1,5Ω)
Áram: mennyi áram szükséges ehhez a motorhoz? Két amper fázisonként! Ez a szám fontos lesz, amikor az alapvető vezérlőáramhoz tranzisztorokat választunk.
Ellenállás: fázisonként 1,5 ohm korlátozza, hogy az egyes fázisokra milyen áramot tudunk szolgáltatni.
Induktivitás: 2,5 mH. A motortekercsek induktív jellege korlátozza a tekercsek töltési sebességét.
Megtartási nyomaték: ez az az, hogy mekkora tényleges erőt tudunk létrehozni, ha feszültséget alkalmazunk a léptetőmotorra.
Tartási nyomaték: erre a várható pillanatra számíthatunk a motortól, ha nincs feszültsége.
Szigetelési osztály: A B osztály a NEMA szabvány része és 130 Celsius fokot ad nekünk. A léptetőmotorok nem nagyon hatékonyak, és a maximális áram állandó fogyasztása azt jelenti, hogy normál működés közben nagyon felforrósodnak.
Tekercselési mutatók: huzalátmérő: 0,644 mm., A fordulók száma átmérőnként 15,5, keresztmetszet: 0,326 mm2
Tekercspár észlelése
Bár a tekercselési ellenállás motoronként változhat, ha multiméter van, akkor az ellenállást meg lehet mérni bármelyik két vezetéken, ha az ellenállás <10 Ohm, valószínűleg talált egy párot! Ez alapvetően próbaverziós folyamat, de a legtöbb motor számára működnie kell, kivéve, ha rendelkezik alkatrész / specifikációs számmal.
4. lépés: A léptetőmotorok közvetlen vezérlése
Mivel a vezetékek egy egypólusú motorban vannak elhelyezve, a tekercseket csak egyszerû MOSFET-ekkel kapcsolhatjuk be. A fenti ábra egy egyszerű áramkört mutat egy MOS tranzisztorral. Ez az elrendezés lehetővé teszi a logikai szint egyszerű vezérlését egy külső mikrovezérlő segítségével. Ebben az esetben a legegyszerűbb módszer az Intel Edison tábla használata stílusalapú javítótáblával. Arduinohogy könnyedén hozzáférhessen a GPIO-hoz (mindazonáltal négy GPIO-val rendelkező mikro megteszi). Ehhez az áramkörhez az IRF510 N-csatornás nagyteljesítményű MOSFET készüléket kell használni. Az IRF510, amely akár 5,6 ampert képes felvenni, elegendő szabad energiával rendelkezik, hogy megfeleljen a 2 amperes motor igényeinek. Nem szükséges LED-ek, ám ezek jó vizuális visszaigazolást adnak a munka sorrendjéről. Fontos megjegyezni, hogy az IRF510 logikai szintjének legalább 5 V-nak kell lennie, hogy elegendő áramot tudjon felhasználni a motor számára. A motor teljesítménye ebben az áramkörben 3 V lesz.
Munka sorrendje
Az egypólusú motor teljes vezérlése ezzel a beállítással nagyon egyszerű. A motor forgatásához be kell kapcsolnunk a fázisokat az adott üzemmódban, hogy helyesen forogjon. A motor óramutató járásával megegyező irányba történő forgatásához a következőképpen ellenőrizzük a fázisokat: A1, B1, A2, B2. Az óramutató járásával ellentétes irányba történő elforgatáshoz egyszerűen megváltoztatjuk a sorozat irányát B2, A2, B1, A1 értékre. Ez jó az alapvető irányításhoz, de mi van, ha nagyobb pontosságot és kevesebb munkát szeretne? Beszéljünk egy dedikált illesztőprogram használatáról, amely sokkal könnyebbé teszi a dolgokat!
5. lépés: lépcsőzetes motoros táblák
Ha el akarja kezdeni a bipoláris motorok (vagy bipoláris konfigurációjú egypólusú motorok) vezérlését, akkor külön vezérlőkártyát kell vennie. A fenti képen a Big Easy Driver és az A4988 lépcsős motor meghajtójának hordozó táblája látható. Mindkét tábla nyomtatott áramköri lapok a microstep kétpólusú Allegro A4988 léptetőmotor-meghajtó számára, amely messze az egyik leggyakoribb chip a kis léptetőmotorok vezetéséhez. Amellett, hogy a bipoláris motor vezérléséhez szükséges kettős h-hidakkal rendelkeznek, ezek a táblák számos lehetőséget kínálnak apró, olcsó csomagoláshoz.
felszerelés
Ezeknek az univerzális tábláknak elképesztően alacsony a csatlakozása. A motor vezérlését csak három kapcsolattal (csak két GPIO-val) indíthatja el a fővezérlővel: közös föld, irány és irány. A lépcsőfok és iránya lebegő marad, tehát a referenciafeszültséghez egy terhelési ellenállással kell őket kötni. A STEP tüskére küldött impulzus egy lépéssel mozgatja a motort a felbontás szerint, a mikroszintű referenciacsapoknak megfelelően. A DIR tűn lévő logikai szint határozza meg, hogy a motor az óramutató járásával megegyezően vagy az óramutató járásával ellentétesen forog-e.
Microstep motor
Az M1, M2 és M3 csapok beszerelésétől függően mikroszkóppal megnövelt motor felbontást érhet el. A mikroszerelés magában foglalja a különféle impulzusok küldését a motor meghúzásához a forgórészben lévő fizikai mágnesek elektromágneses felbontása között, nagyon pontos vezérlést biztosítva. Az A4988 a teljes lépéstől a tizenhatodik lépés felbontásáig terjedhet. 1,8 fokos motorunkkal ez fordulatonként akár 3200 lépést tesz lehetővé. Beszélj a kis részletekről!
Kódok / könyvtárak
A motorok csatlakoztatása egyszerű lehet, de mi lenne a vezérlésükkel? Nézze meg ezeket a kész kódkönyvtárakat a léptetőmotor vezérléséhez:
Stepper - Az Arduino IDE-be beépített klasszikus lehetővé teszi egy alapvető lépés végrehajtását és a forgás sebességének szabályozását.
Accel lépcső - Sokkal teljesebb könyvtár, amely lehetővé teszi több motor jobb vezérlését, és biztosítja a motor helyes gyorsulását és lassítását.
Intel C ++ MRAA Stepper - Alacsonyabb szintű könyvtár azok számára, akik szeretnének belemerülni a nyers C ++ léptetőmotor menedzselésébe az Intel Edison használatával.
Ennek a tudásnak elegendőnek kell lennie ahhoz, hogy megértse, hogyan kell a léptetőmotorokkal dolgozni az elektromechanikus világban, de ez csak a kezdet.
