Jos sinulla on koskaan ollut ilo purkaa vanha tulostin säästääksesi elektroninen Komponentit, saatat kohdata monia lieriömäisiä salaperäisiä moottoreita, joissa on vähintään neljä johtoa ulkonevat sivuilta. Kuulitko tyypillisen 3D-tulostimen sirinä tai CD-aseman levyjen viallisen sähkömekaanisen sinfonian? Jos niin, niin sinulla on askelmoottori!
Askelmoottorit saavat sähkömekaanisen maailman pyörimään (suuremmalla vääntömomentilla!), Mutta toisin kuin tavanomainen tasavirtamoottori, askelmoottorin ohjaaminen vaatii hiukan enemmän kuin virta kahden johtimen läpi. Tässä artikkelissa puhutaan askelmoottorin suunnittelusta ja käytöstä. Heti kun harkitsemme perusteita, tämän oppaan kirjoittaja näyttää kuinka rakentaa yksinkertaiset piirit askelmoottoreiden ohjaamiseksi ja kuinka käyttää erityisiä ohjainmikropiirejä.
Vaihe 1: Mikä tekee moottorista askelmoottorin?
Kuka ehkä tarvitsee enemmän kuin kaksi johtoa ja H-sillan? Miksi? No, toisin kuin tavanomaisissa DC-harjamoottoreissa, jotka on rakennettu maksimaaliseen kierroslukuun (tai kV RC: hen), askelmoottorit ovat harjattomia moottoreita, jotka on suunniteltu suurelle vääntömomentille (myöhemmin pienemmälle nopeudelle) ja tarkempaan pyörimisliikkeeseen. Vaikka tyypillinen tasavirtamoottori on erinomainen potkurin kiertämiseksi suurella nopeudella maksimaalisen pitoajan saavuttamiseksi, askelmoottori on parempi kääriä paperiarkkia synkronoituna tulostimen sisällä olevan mustesuihkutekniikan kanssa tai kääntääksesi lineaarisen kiskoakselin varovasti CNC-myllyssä.
Sisällä askelmoottorit ovat monimutkaisempia kuin yksinkertainen tasavirtamoottori, ja monien käämien kanssa sydämen ympärillä on pysyviä magneetteja, mutta tällä lisätyllä monimutkaisuudella säädetään enemmän. Staattoriin rakennettujen kelojen huolellisen järjestelyn ansiosta askelmoottorin roottori voi pyöriä annetulla askeleella, muuttamalla käämien välistä napaisuutta ja vaihtamalla niiden polaarisuutta vakiintuneen sytytysjärjestelmän mukaisesti. Askelmoottorit eivät ole kaikki tehty samoiksi, ja niiden sisäiseen suorittamiseen vaaditaan ainutlaatuisia (mutta perus) malleja. Keskustelemme yleisimmistä askelmoottorityypeistä seuraavassa vaiheessa.
Vaihe 2: Vaihemoottorityypit
Askelmoottoreita on useita eri malleja. Näitä ovat yksinapainen, bipolaarinen, yleinen ja muuttuva vastus. Keskustelemme bipolaaristen ja yksipolaaristen moottoreiden suunnittelusta ja käytöstä, koska tämä on yleisin moottorityyppi.
Yksinapainen moottori
Yksipolaarisissa moottoreissa on yleensä viisi, kuusi tai kahdeksan johtimen johdosta, jotka tulevat pohjasta, ja yksi kela / vaihe. Viisijohtimisen moottorin tapauksessa viides johdin on kelaparien kytketyt keskushanat. Kuusijohtimisessa moottorissa jokaisella kelaparilla on oma keskushana. Kahdeksan langan moottorissa jokainen kelapari on täysin erillään muista, mikä mahdollistaa sen kytkemisen eri kokoonpanoissa. Näiden lisäjohtojen avulla voit ajaa yksipolaarisia moottoreita suoraan ulkoisesta ohjaimesta yksinkertaisilla transistoreilla kunkin kelan erikseen ohjaamiseksi. Sytytyspiiri, jossa jokaista kelaa käytetään, määrää moottorin akselin pyörimissuunnan. Valitettavasti, ottaen huomioon, että vain yksi kela toimitetaan kerrallaan, yksipolaarisen moottorin pidätysmomentti on aina pienempi kuin samankokoisen bipolaarisen moottorin. Ohittamalla yksipolaarisen moottorin keskushanat, se voi nyt toimia bipolaarisena moottorina, mutta tämä vaatii monimutkaisemman ohjausjärjestelmän. Tämän artikkelin neljännessä vaiheessa ajamme yksinapaista moottoria, jonka pitäisi selventää joitain edellä esitetyistä käsitteistä.
Kaksisuuntainen moottori
Bipolaarisissa moottoreissa on tyypillisesti neljä johtoa ja ne ovat kestävämpiä kuin verrattavan koon yksipolaariset moottorit, mutta koska meillä on vain yksi kela / vaihe, joudutaan kääntämään virta kelojen läpi yhden askeleen kulkemiseksi. Tarve muuttaa nykyistä tarkoittaa, että emme enää pysty ohjaamaan kelaja suoraan yhdellä transistorilla, vaan täydellisellä h-siltapiirillä. Oikean h-sillan rakentaminen on työlästä (puhumattakaan kahdesta!), Joten käytämme omaa bipolaarista moottoriohjainta (katso vaihe 5).
Vaihe 3: Askelmoottorin teknisten tietojen ymmärtäminen
Puhutaanko kuinka määritellä moottorin tekniset tiedot. Jos olet törmännyt neliömäiseen moottoriin, jolla on tietty kolmiosainen kokoonpano (katso kuva kolme), se on todennäköisesti NEMA-moottori. Sähkövalmistajien kansallisella liitolla on erityinen moottorin vaatimuksia käsittelevä standardi, joka käyttää yksinkertaista kirjainkoodia moottorin etulevyn halkaisijan, kiinnitystyypin, pituuden, vaihevirran, käyttölämpötilan, vaihejännitteen, askelten kierrosta kohti ja johdotuksen määrittämiseksi.
Lue moottoripassi
Seuraavaa vaihetta varten käytetään tätä yksinapaista moottoria. Yllä on datataulu. Ja vaikka se on tiivis, se tarjoaa meille kaiken, mitä tarvitsemme oikean toiminnan kannalta. Katsotaanpa mitä luettelossa on:
Vaihe: Tämä on nelivaiheinen yksinapainen moottori. Sisäisessä moottorissa voi olla mikä tahansa lukumäärä oikeita käämejä, mutta tässä tapauksessa ne on ryhmitelty neljään vaiheeseen, joita voidaan ohjata itsenäisesti.
Kulmakerroin: Arvioidulla resoluutiolla 1,8 astetta askelta kohti saamme 200 askelta kierrosta kohti. Vaikka tämä on mekaaninen resoluutio, voimme mikroliitoksen avulla lisätä tätä resoluutiota muuttamatta moottoria (lisätietoja tästä vaiheessa 5).
Jännite: Tämän moottorin nimellisjännite on 3 volttia. Tämä on virran ja moottorin nimellisvastuksen funktio (Ohmin laki V = IR, siis 3V = 2A * 1,5Ω)
Nykyinen: kuinka paljon virtaa tämä moottori tarvitsee? Kaksi ampeeria vaiheessa! Tämä luku on tärkeä valittaessa tehotransistoreja perusohjauspiirille.
Kestävyys: 1,5 ohmia / vaihe rajoittaa sitä virtaa, jonka voimme syöttää kuhunkin vaiheeseen.
Induktiivisuus: 2,5 mH. Moottorikäämien induktiivinen luonne rajoittaa käämien latausnopeutta.
Pidätysmomentti: tämä on kuinka paljon todellista voimaa voimme luoda, kun jännite kohdistetaan askelmoottoriin.
Pidätysmomentti: tämän voimme odottaa moottorilta, kun moottoria ei käytetä.
Eristysluokka: Luokka B on osa NEMA-standardia ja antaa meille lämpötilan 130 astetta. Askelmoottorit eivät ole kovin tehokkaita, ja maksimivirran jatkuva kulutus tarkoittaa, että ne kuumenevat normaalin käytön aikana hyvin.
Käämitysosoittimet: langan halkaisija 0,644 mm., Kierrosten lukumäärä halkaisijaltaan 15,5, poikkileikkaus 0,326 mm2
Kelaparin havaitseminen
Vaikka kelauskäämien vastus voi vaihdella moottorista toiseen, jos sinulla on yleismittari, voit mitata vastus millä tahansa kahdella johdolla, jos vastus on <10 ohmia, olet todennäköisesti löytänyt parin! Tämä on periaatteessa kokeiluvirhe, mutta sen pitäisi toimia useimmissa moottoreissa, ellei sinulla ole osanumeroa / määrityksen numeroa.
Vaihe 4: Askelmoottorien suora ohjaus
Johtimien sijainnin vuoksi yksinapaisessa moottorissa voimme kytkeä käämit päälle peräkkäin käyttämällä vain yksinkertaisia MOSFET-laitteita. Yllä oleva kuva esittää yksinkertaisen piirin, jossa on MOS-transistori. Tämän järjestelyn avulla voit yksinkertaisesti hallita logiikan tasoa ulkoisella mikro-ohjaimella. Tässä tapauksessa helpoin tapa on käyttää Intel Edison -korttia tyylipohjaisen korjaustiedoston kanssa. Työlässaadaksesi helpon pääsyn GPIO: hon (kuitenkin kaikki mikro, joissa on neljä GPIO: ta). Tähän piiriin käytetään IRF510 N-kanavan suuritehoista MOSFET-tekniikkaa. IRF510: llä, joka pystyy kuluttamaan jopa 5,6 ampeeria, on riittävästi vapaata tehoa moottorin tarpeiden täyttämiseksi 2 ampeerilla. LEDiä ei tarvita, mutta ne antavat sinulle hyvän visuaalisen vahvistuksen työn järjestyksestä. On tärkeää huomata, että IRF510: n logiikkatason on oltava vähintään 5 V, jotta se voi kuluttaa riittävästi virtaa moottorille. Tämän piirin moottorin teho on 3 V.
Työjärjestys
Yksinapaisen moottorin täydellinen hallinta tällä asetuksella on erittäin helppoa. Moottorin pyörittämiseksi meidän on kytkettävä vaiheet päälle annetussa tilassa siten, että moottori pyörii oikein. Moottorin pyörittämiseksi myötäpäivään ohjaamme vaiheita seuraavasti: A1, B1, A2, B2. Kierrä vastapäivään yksinkertaisesti muuttamalla sekvenssin suunta arvoihin B2, A2, B1, A1. Tämä on hyvä perusohjaukselle, mutta entä jos haluat lisää tarkkuutta ja vähemmän työtä? Puhutaanpa omistetun ohjaimen käytöstä asioiden helpottamiseksi!
Vaihe 5: askelmoottorin ohjainlevyt
Jos haluat aloittaa bipolaaristen moottoreiden (tai bipolaarisessa kokoonpanossa olevien yksipolaaristen moottoreiden) ohjaamisen, sinun on otettava erityinen ohjaimen ohjauskortti. Yllä olevassa valokuvassa on Big Easy Driver ja A4988-askelmoottoriohjaimen kannatinlevy. Molemmat levyt ovat painettuja piirilevyjä mikrotason kaksinapaiselle Allegro A4988 askelmoottoriohjaimelle, joka on ylivoimaisesti yksi yleisimpiä siruja pienten askelmoottoreiden ajamiseen. Sen lisäksi, että niillä on tarvittavat kaksois-h-sillat bipolaarisen moottorin ohjaamiseksi, nämä levyt tarjoavat monia vaihtoehtoja pienille, edullisille pakkauksille.
asennus
Näillä yleislevyillä on uskomattoman matala yhteys. Voit aloittaa moottorin ohjaamisen käyttämällä vain kolmea kytkentää (vain kaksi GPIO: ta) pääohjaimesi kanssa: yhteinen maa, suunta ja suunta. Askel askel ja sen suunta pysyvät kelluvina, joten sinun on sitova ne referenssijännitteeseen kuormavastuksella. STEP-nastalle lähetetty pulssi siirtää moottoria yhden askeleen resoluutiolla mikrotason referenssitappien mukaisesti. DIR-nastan looginen taso määrittää, pyöriikö moottori myötäpäivään vai vastapäivään.
Microstep-moottori
Riippuen siitä, kuinka tapit M1, M2 ja M3 asennetaan, voit saavuttaa lisääntyneen moottorin resoluution mikrotestauksella. Mikrovaihe sisältää erilaisten pulssien lähettämisen moottorin vetämiseksi roottorin fyysisten magneettien sähkömagneettisen resoluution välillä, tarjoten erittäin tarkan ohjauksen. A4988 voi siirtyä täydestä vaiheesta kuudennentoista vaiheen resoluutioon. 1,8 asteen moottorillamme tämä tuottaa jopa 3200 askelta kierrosta kohti. Puhu pienistä yksityiskohdista!
Koodit / kirjastot
Moottorien kytkeminen voi olla helppoa, mutta entä niiden hallinta? Katso nämä valmiit koodikirjastot askelmoottorin ohjausta varten:
stepper - Arduino IDE: hen sisäänrakennettu klassikko antaa sinun suorittaa perusvaiheen ja hallita pyörimisnopeutta.
Accel askel - Paljon monipuolisempi kirjasto, jonka avulla voit hallita useita moottoreita paremmin ja varmistaa moottorin oikean kiihtyvyyden ja hidastuvuuden.
Intel C ++ MRAA Stepper - Alemman tason kirjasto niille, jotka haluavat harkita raa'an C ++ -moottorin hallintaa Intel Edisonin avulla.
Tämän tiedon pitäisi olla tarpeeksi, jotta ymmärrät kuinka työskennellä askelmoottorien kanssa sähkömekaanisessa maailmassa, mutta tämä on vasta alkua.
