Ako ste ikada imali zadovoljstvo demontirati stari pisač da biste ga uštedjeli elektronički sastavnih dijelova, možete naići na mnogo cilindričnih tajanstvenih motora s 4 ili više žica koje strše sa strane. Jeste li čuli tipično zujanje stolnog 3D pisača ili groznu elektromehaničku simfoniju diskova na CD pogonu? Ako je tako, onda ste suočeni sa stepper motorom!
Steper motori čine da se elektromehanički svijet okreće (s većim okretnim momentom!), Ali za razliku od uobičajenog istosmjernog motora, za upravljanje stepper motorom potrebno je malo više od struje kroz dvije žice. Ovaj članak će govoriti o teoriji dizajna i rada koračnog motora. Čim razmotrimo osnove, autor ovog vodiča pokazat će kako izgraditi jednostavne sklopove za upravljanje stepper motorima, a zatim kako koristiti posebne mikro-sklopove vozača.
Korak 1: Što čini motor koračnim motorom?
Kome će trebati više od dvije žice i H-most? Zašto? Pa, za razliku od klasičnih DC četkastih motora izgrađenih za maksimalni broj okretaja (ili kV za RC), stepper motori su bez četkici motori dizajnirani za veliki okretni moment (naknadno nižu brzinu) i preciznije rotacijsko kretanje. Iako je tipični istosmjerni motor izvrstan za rotiranje propelera velikom brzinom kako bi se postigla maksimalna vuka, stepper motor je bolji za kotrljanje listova papira u sinkronizaciji s inkjet mehanizmom unutar pisača ili za pažljivo okretanje osovine linearne šine u CNC mlinu.
Iznutra su koračni motori složeniji od jednostavnog istosmjernog motora, s nekoliko zavojnica oko jezgre sa stalnim magnetima, ali s ovom dodatnom složenošću pruža se veća kontrola. Zbog pažljivog rasporeda zavojnica ugrađenih u stator, rotor koračnog motora može se okretati zadanim korakom, mijenjajući polaritet između zavojnica i prelazeći njihov polaritet u skladu s utvrđenom shemom paljenja. Nisu svi koračni motori napravljeni na isti način, a za njihovo unutarnje izvršavanje potrebne su jedinstvene (ali osnovne) sheme. Razgovarat ćemo o najčešćim tipovima koračnih motora u sljedećem koraku.
Korak 2: Vrste stepenih motora
Postoji nekoliko različitih dizajna koračnih motora. Oni uključuju unipolarni, bipolarni, univerzalni i varijabilni otpor. Razgovarat ćemo o dizajnu i radu bipolarnih i unipolarnih motora, jer je to najčešći tip motora.
Unipolarni motor
Unipolarni motori obično imaju pet, šest ili osam vodova žice koji dolaze iz baze i jedan zavoj po fazi. U slučaju motora s pet žica, peta žica su povezane središnje slavine para zavojnica. U šestožičnom motoru svaki par zavojnica ima svoju središnju slavinu. Kod motora s osam žica, svaki je par zavojnica potpuno odvojen od ostalih, što mu omogućava da se povežu u različitim konfiguracijama. Ove dodatne žice omogućuju vam da pogonite jednopolarne motore izravno s vanjskog regulatora s jednostavnim tranzistorima za kontrolu svake zavojnice zasebno. Krug za paljenje u koji je ubačena svaka zavojnica određuje smjer vrtnje vratila motora. Nažalost, s obzirom da se istodobno isporučuje samo jedna zavojnica, moment prianjanja unipolarnog motora uvijek će biti manji od onog kod bipolarnog motora iste veličine. Zaobilazeći središnje slavine unipolarnog motora, sada može raditi kao bipolarni motor, ali za to će trebati složenija upravljačka shema. U četvrtom koraku ovog članka vozit ćemo unipolarni motor, koji bi trebao razjasniti neke od gore predstavljenih koncepata.
Bipolarni motor
Bipolarni motori obično imaju četiri žice i izdržljiviji su od unipolarnog motora komparativne veličine, ali budući da imamo samo jednu zavojnicu po fazi, trebamo okrenuti struju kroz zavojnice da bismo prošli jedan korak. Naša potreba da promijenimo struju znači da više nećemo moći upravljati zavojnicama izravno jednim tranzistorom, već cijelim krugom h-mosta. Izgradnja pravog h-mosta zamorna je (da ne spominjemo dva!), Pa ćemo koristiti namjenski bipolarni pokretač motora (vidi korak 5).
Korak 3: Razumijevanje specifikacija motora stepenog motora
Razgovarajmo o tome kako odrediti specifikacije motora. Ako ste naišli na kvadratni motor s određenim trodijelnim sklopom (vidi sliku tri), to je najvjerojatnije NEMA motor. Nacionalno udruženje proizvođača električne energije ima specifičan standard za specifikacije motora koji koristi jednostavni kôd slova za određivanje promjera prednje strane motora, vrste nosača, duljine, fazne struje, radne temperature, faznog napona, koraka vrtnje i ožičenja.
Pročitajte putovnicu motora
Za sljedeći korak koristit će se ovaj unipolarni motor. Iznad je tablica podataka. Iako je sažet, pruža nam sve što nam je potrebno za pravilan rad. Pogledajmo što je na popisu:
Faza: Ovo je četverofazni unipolarni motor. Unutarnji motor može imati bilo koji broj stvarnih zavojnica, ali u ovom slučaju oni su grupirani u četiri faze, koje se mogu neovisno kontrolirati.
Nagib kuta: s približno rezolucijom od 1,8 stupnjeva po koraku, dobivamo 200 koraka po okretaju. Iako je ovo mehanička razlučivost, pomoću mikroprekidača možemo povećati tu razlučivost bez ikakvih promjena na motoru (više o tome u koraku 5).
Napon: Nazivni napon ovog motora je 3 volta. To je funkcija struje i nazivnog otpora motora (Ohmov zakon V = IR, dakle 3V = 2A * 1,5Ω)
Struja: koliko struje treba ovom motoru? Dva ampera po fazi! Ova će brojka biti važna pri odabiru naših tranzistora snage za osnovni upravljački krug.
Otpor: 1,5 ohma po fazi ograničit će struju koju možemo dati svakoj fazi.
Indukcija: 2,5 mH. Induktivna priroda motornih zavojnica ograničava brzinu punjenja zavojnica.
Trenutak zadržavanja: ovo je kolika stvarna sila koju možemo stvoriti kada se napon primijeni na stepper motor.
Trenutak zadržavanja: to je onaj trenutak zadržavanja koji možemo očekivati od motora kad se ne uključi.
Klasa izolacije: Klasa B dio je NEMA standarda i daje nam ocjenu 130 stupnjeva Celzija. Steperski motori nisu baš učinkoviti, a stalna potrošnja maksimalne struje znači da će se tijekom normalnog rada jako zagrijati.
Indikatori namota: promjer žice 0.644 mm., Broj zavoja promjera 15.5, presjek 0.326 mm2
Detekcija para zavojnice
Iako otpor namota zavojnice može varirati od motora do motora, ako imate multimetar, možete mjeriti otpor na bilo kojoj dvije žice, ako je otpor <10 Ohma, vjerojatno ste našli par! Ovo je u osnovi postupak probne pogreške, ali trebao bi raditi za većinu motora, osim ako nemate broj / specifikacijski broj.
Korak 4: Izravna kontrola koračnih motora
Zbog položaja žica u unipolarnom motoru možemo naknadno uključiti zavojnice koristeći samo jednostavne MOSFET-ove snage. Na slici iznad prikazan je jednostavan krug s MOS tranzistorom. Ovaj raspored omogućuje vam jednostavno upravljanje logičkom razinom pomoću vanjskog mikrokontrolera. U ovom slučaju, najlakši je način koristiti ploču Intel Edison s patch pločama zasnovanim na stilu. Težakda biste dobili jednostavan pristup GPIO-u (to će učiniti bilo koji mikro s četiri GPIO-a). Za ovaj krug koristi se NF-kanalni MOSFET velike snage NF-kanala. IRF510, koji može potrošiti do 5,6 ampera, imat će dovoljno slobodne snage za ispunjavanje zahtjeva motora od 2 ampera. LED nisu potrebni, ali će vam dati dobru vizualnu potvrdu redoslijeda rada. Važno je napomenuti da IRF510 mora imati logičku razinu od najmanje 5 V kako bi mogao potrošiti dovoljno struje za motor. Snaga motora u ovom krugu bit će 3 V.
Radni slijed
Potpuna kontrola unipolarnog motora s ovom je postavkom vrlo jednostavna. Da bismo rotirali motor, moramo uključiti faze u zadanom načinu rada, tako da se ona ispravno okreće. Zakretanje motora u smjeru kazaljke na satu upravljat ćemo fazama na sljedeći način: A1, B1, A2, B2. Za rotiranje u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, jednostavno mijenjamo smjer niza u B2, A2, B1, A1. To je dobro za osnovnu kontrolu, ali što ako želite više točnosti i manje rada? Razgovarajmo o tome da koristimo namjenski pokretač da stvari budu puno lakše!
Korak 5: daske vozača koračnog motora
Ako želite započeti s upravljanjem bipolarnim motorima (ili unipolarnim motorima u bipolarnoj konfiguraciji), morate uzeti posebnu upravljačku ploču vozača. Na gornjoj fotografiji prikazan je Big Easy Driver i nosač vozača koračnog motora A4988. Obje ove ploče su tiskane pločice za mikrostepeni dvopolni pokretač Allegro A4988 stepper motora, koji je daleko jedan od najčešćih čipova za pogon malih stepper motora. Osim što imaju potrebne dvostruke h-mostove za upravljanje bipolarnim motorom, ove ploče nude i brojne mogućnosti za sitno, jeftino pakiranje.
montiranje
Ove univerzalne ploče imaju nevjerojatno nisku vezu. Možete početi upravljati motorom koristeći samo tri veze (samo dva GPIO-a) s glavnim upravljačem: zajedničko tlo, nagib i smjer. Korak koraka i njegov smjer ostaju plutajući, pa ih trebate povezati na referentni napon s otpornikom na opterećenje. Impuls poslan na STEP pin pomicat će motor jedan korak u razlučivosti u skladu s referentnim pinovima mikrostepe. Logička razina na pinu DIR određuje hoće li se motor okretati u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom smjeru.
Microstep motor
Ovisno o tome kako su instalirani igle M1, M2 i M3, možete povećati razlučivost motora mikrostepanjem. Mikrostepen uključuje slanje različitih impulsa za povlačenje motora između elektromagnetske razlučivosti fizikalnih magneta u rotoru, pružajući vrlo preciznu kontrolu. A4988 može preći iz potpunog koraka u rezoluciju šesnaestog koraka. Uz naš motor od 1,8 stupnjeva, to će osigurati do 3200 koraka po okretaju. Razgovarajte o sitnim detaljima!
Kodovi / knjižnice
Spajanje motora može biti jednostavno, ali što je s njima upravljati? Pogledajte ove gotove biblioteke kodova za upravljanje koračnim motorom:
stepper - Klasik ugrađen u Arduino IDE omogućava vam osnovni korak i kontrolu brzine rotacije.
Accel stepper - Puno cjelovitija knjižnica koja vam omogućuje bolju kontrolu nad više motora i osigurava ispravno ubrzanje i usporavanje motora.
Intel C ++ MRAA Stepper - Biblioteka niže razine za one koji se žele potopiti u upravljanju sirovim C ++ stepper motorom koristeći Intel Edison.
Ovo bi vam znanje trebalo biti dovoljno da shvatite kako raditi sa stepper motorima u elektromehaničkom svijetu, ali ovo je tek početak.
