Ak ste už mali tú česť demontovať starú tlačiareň a uložiť ju elektronický S komponentmi sa môžete stretnúť s mnohými valcovými záhadnými motormi, ktoré vyčnievajú zo strán 4 alebo viac drôtov. Počuli ste typickú hlučnosť stolnej 3D tlačiarne alebo elektromechanickú symfóniu diskov v jednotke CD? Ak áno, potom ste konfrontovaní s krokovým motorom!
Krokové motory spôsobujú, že sa elektromechanický svet otáča (s vyšším krútiacim momentom!). Na rozdiel od konvenčných jednosmerných motorov však riadenie krokového motora vyžaduje o niečo viac, než je prúd cez dva vodiče. Tento článok sa bude zaoberať teóriou dizajnu a prevádzky krokového motora. Hneď ako zvážime základy, autor tejto príručky ukáže, ako zostaviť jednoduché obvody na riadenie krokových motorov a ako používať špeciálne mikroobvody vodiča.
Krok 1: Čo robí motor krokovým motorom?
Kto môže potrebovať viac ako dva drôty a H-most? Prečo? Na rozdiel od konvenčných jednosmerných kefových motorov postavených pre maximálny počet otáčok (alebo kV pre RC) sú krokové motory bezkomutátorové motory navrhnuté pre vysoký krútiaci moment (následne nižšie otáčky) a presnejší rotačný pohyb. Zatiaľ čo typický jednosmerný motor je vynikajúci na to, aby sa vrtuľa otáčala vysokou rýchlosťou, aby sa dosiahla maximálna trakcia, krokový motor je lepší na valcovanie listu papiera v synchronizácii s atramentovým mechanizmom vo vnútri tlačiarne alebo na opatrné otáčanie lineárneho koľajnicového hriadeľa v CNC mlyne.
Vo vnútri sú krokové motory zložitejšie ako jednoduchý jednosmerný motor, s niekoľkými cievkami okolo jadra s permanentnými magnetmi, ale s touto pridanou zložitosťou je zabezpečené väčšie ovládanie. Vďaka starostlivému usporiadaniu cievok zabudovaných do statora sa rotor krokového motora môže otáčať s daným krokom, meniť polaritu medzi cievkami a prepínať svoju polaritu v súlade so zavedenou schémou zapaľovania. Krokové motory nie sú všetky vyrobené rovnaké a pre ich vnútorné vykonanie sú potrebné jedinečné (ale základné) schémy. V ďalšom kroku budeme diskutovať o najbežnejších typoch krokových motorov.
Krok 2: Typy krokových motorov
Existuje niekoľko rôznych prevedení krokových motorov. Medzi ne patrí unipolárny, bipolárny, univerzálny a variabilný odpor. Budeme diskutovať o návrhu a činnosti bipolárnych a unipolárnych motorov, pretože ide o najbežnejší typ motora.
Unipolárny motor
Unipolárne motory majú obvykle päť, šesť alebo osem drôtov vychádzajúcich zo základne a jednu cievku na fázu. V prípade päťvodičového motora je piaty vodič prepojenou strednou vetvou párov cievok. V šesťvodičovom motore má každá dvojica cievok svoj vlastný stredový kohútik. V osemvodičovom motore je každá dvojica cievok úplne oddelená od ostatných, čo umožňuje pripojenie v rôznych konfiguráciách. Tieto prídavné vodiče umožňujú riadiť unipolárne motory priamo z externého ovládača s jednoduchými tranzistormi na ovládanie každej cievky osobitne. Zapaľovací obvod, v ktorom je každá cievka poháňaná, určuje smer otáčania hriadeľa motora. Bohužiaľ, vzhľadom na to, že je súčasne dodávaná iba jedna cievka, bude udržovací krútiaci moment unipolárneho motora vždy menší ako u bipolárneho motora rovnakej veľkosti. Obísť centrálne kohútiky unipolárneho motora, teraz môže fungovať ako bipolárny motor, ale bude si to vyžadovať zložitejšiu schému riadenia. Vo štvrtom kroku tohto článku budeme riadiť unipolárny motor, ktorý by mal objasniť niektoré z vyššie uvedených konceptov.
Bipolárny motor
Bipolárne motory majú obvykle štyri vodiče a sú odolnejšie ako unipolárny motor porovnávacej veľkosti, ale keďže máme iba jednu cievku na fázu, musíme otočiť prúd cievkami, aby sme prešli o jeden krok. Naša potreba zmeniť prúd znamená, že už nebudeme môcť ovládať cievky priamo pomocou jediného tranzistora, namiesto úplného obvodu h-mostíka. Vybudovanie správneho h-mosta je únavné (nehovoriac o dvoch!), Preto použijeme vyhradený bipolárny motorový ovládač (pozri krok 5).
Krok 3: Pochopenie špecifikácií krokového motora
Poďme hovoriť o tom, ako určiť špecifikácie motora. Ak narazíte na štvorhranný motor so špecifickou trojdielnou zostavou (pozri obrázok tri), pravdepodobne ide o motor NEMA. Národná asociácia výrobcov elektrickej energie má špecifický štandard pre špecifikácie motora, ktorý používa jednoduchý písmenový kód na určenie priemeru čelnej dosky motora, typu uchytenia, dĺžky, fázového prúdu, prevádzkovej teploty, fázového napätia, krokov na otáčku a zapojenia.
Prečítajte si pas motora
V ďalšom kroku sa použije tento unipolárny motor. Hore je tabuľka s údajmi. A hoci je to stručné, poskytuje nám všetko, čo potrebujeme pre správnu prevádzku. Pozrime sa, čo je v zozname:
Fáza: Toto je štvorfázový unipolárny motor. Vnútorný motor môže mať ľubovoľný počet skutočných cievok, ale v tomto prípade sú zoskupené do štyroch fáz, ktoré môžu byť ovládané nezávisle.
Uhol sklonu: S približným rozlíšením 1,8 stupňa na jeden krok dostávame 200 krokov na otáčku. Aj keď ide o mechanické rozlíšenie, pomocou mikro-križovatky môžeme toto rozlíšenie zvýšiť bez akýchkoľvek zmien motora (viac o tom v kroku 5).
Napätie: Menovité napätie tohto motora je 3 volty. Je to funkcia prúdu a menovitého odporu motora (Ohmov zákon V = IR, teda 3V = 2A * 1,5Ω)
Prúd: Koľko prúdu tento motor potrebuje? Dve ampéry na fázu! Toto číslo bude dôležité pri výbere našich výkonových tranzistorov pre základný riadiaci obvod.
Odpor: 1,5 ohmu na fázu obmedzí, aký prúd môžeme dodávať do každej fázy.
Indukčnosť: 2,5 mH. Indukčná povaha cievok motora obmedzuje rýchlosť nabíjania cievok.
Zdržací moment: to je to, koľko skutočnej sily môžeme vytvoriť, keď je na krokový motor privedené napätie.
Výdržný moment: to je to, aký výdržný moment môžeme očakávať od motora, keď nie je pod napätím.
Izolačná trieda: Trieda B je súčasťou normy NEMA a dáva nám hodnotenie 130 stupňov Celzia. Krokové motory nie sú príliš účinné a konštantná spotreba maximálneho prúdu znamená, že sa počas normálnej prevádzky veľmi zahrievajú.
Indikátory vinutia: priemer drôtu 0,644 mm., Počet závitov v priemere 15,5, prierez 0,326 mm2
Detekcia páru cievok
Aj keď sa odpor vinutia cievok môže líšiť od motora k motoru, ak máte multimeter, môžete zmerať odpor na ktoromkoľvek z dvoch drôtov, ak je odpor <10 ohmov, pravdepodobne ste našli pár! Toto je v podstate proces pokusnej chyby, ale mal by fungovať pre väčšinu motorov, pokiaľ nemáte číslo dielu / špecifikácie.
Krok 4: Priame riadenie krokových motorov
Vďaka umiestneniu vodičov v unipolárnom motore môžeme cievky postupne zapínať iba pomocou jednoduchých výkonových MOSFETov. Obrázok hore ukazuje jednoduchý obvod s tranzistorom MOS. Toto usporiadanie vám umožňuje jednoducho ovládať logickú úroveň pomocou externého mikrokontroléra. V tomto prípade je najjednoduchším spôsobom použiť dosku Intel Edison so záplatovou doskou založenou na štýle. Arduinona získanie ľahkého prístupu k GPIO (urobí to však každý mikro so štyrmi GPIO). Pre tento obvod sa používa vysoko výkonný MOSFET s N-kanálom IRF510. IRF510, ktorý dokáže spotrebovať až 5,6 ampér, bude mať dostatok voľného výkonu, aby splnil požiadavky na 2 ampérový motor. LED diódy nie sú potrebné, ale dajú vám dobré vizuálne potvrdenie postupnosti práce. Je dôležité si uvedomiť, že IRF510 musí mať logickú úroveň najmenej 5 V, aby mohol spotrebovať dostatočný prúd pre motor. Výkon motora v tomto obvode bude 3 V.
Pracovná postupnosť
Úplné ovládanie unipolárneho motora pomocou tohto nastavenia je veľmi jednoduché. Aby sme mohli otáčať motorom, musíme zapnúť fázy v danom režime, aby sa správne otáčal. Aby sa motor otáčal v smere hodinových ručičiek, riadime fázy nasledovne: A1, B1, A2, B2. Aby sme točili proti smeru hodinových ručičiek, jednoducho zmeníme smer sekvencie na B2, A2, B1, A1. To je dobré pre základnú kontrolu, ale čo keď chcete väčšiu presnosť a menej práce? Poďme hovoriť o použití vyhradeného ovládača, aby sa veci oveľa jednoduchšie!
Krok 5: dosky vodičov krokových motorov
Ak chcete začať ovládať bipolárne motory (alebo unipolárne motory v bipolárnej konfigurácii), musíte mať špeciálnu ovládaciu dosku vodiča. Vyššie uvedená fotografia zobrazuje ovládač Big Easy Driver a nosnú dosku pre vodiča krokového motora A4988. Obe tieto dosky sú dosky plošných spojov pre dvojpólový krokový motorový vodič Allegro A4988, ktorý je zďaleka jedným z najbežnejších čipov na pohon malých krokových motorov. Okrem toho, že majú potrebné duálne h-mostíky na riadenie bipolárneho motora, tieto dosky ponúkajú mnoho možností pre malé, lacné balenie.
montážne
Tieto univerzálne dosky majú úžasne nízke spojenie. Ovládanie motora môžete začať iba pomocou troch spojení (iba dve GPIO) s hlavným ovládačom: spoločná zem, rozstup a smer. Krok kroku a jeho smer zostávajú vznášajúce sa, takže ich musíte pomocou záťažového odporu priviazať k referenčnému napätiu. Impulz poslaný na čap STEP posunie motor o jeden krok v rozlíšení podľa referenčných pinov microstep. Logická úroveň na kolíku DIR určuje, či sa motor bude otáčať v smere alebo proti smeru hodinových ručičiek.
Microstep motor
V závislosti na tom, ako sú nainštalované kolíky M1, M2 a M3, môžete dosiahnuť zvýšené rozlíšenie motora pomocou mikrosekania. Mikrokrok zahŕňa vysielanie rôznych impulzov na ťahanie motora medzi elektromagnetickým rozlíšením fyzikálnych magnetov v rotore, čo poskytuje veľmi presnú kontrolu. A4988 môže prejsť od úplného kroku k uzneseniu šestnásteho kroku. S naším 1,8-stupňovým motorom to poskytne až 3200 krokov za otáčku. Hovorte o malých detailoch!
Kódy / knižnice
Pripojenie motorov môže byť jednoduché, ale čo ich ovládanie? Pozrite sa na tieto pripravené knižnice kódov na riadenie krokového motora:
stepper - Klasika zabudovaná do Arduino IDE vám umožňuje vykonať základný krok a riadiť rýchlosť otáčania.
Accel stepper - Oveľa viac vybavená knižnica, ktorá vám umožní lepšie ovládať viac motorov a poskytuje správne zrýchlenie a spomalenie motora.
Intel C ++ MRAA Stepper - Knižnica nižšej úrovne pre tých, ktorí sa chcú ponoriť do riadenia surového krokového motora C ++ pomocou Intel Edison.
Táto znalosť by vám mala stačiť na to, aby ste pochopili, ako pracovať s krokovými motormi v elektromechanickom svete, ale toto je len začiatok.
