Eğer eski bir yazıcıyı kurtarmak için elektronik yanlardan çıkıntı yapan 4 veya daha fazla telli birçok silindirik gizemli motorla karşılaşabilirsiniz. Bir masaüstü 3D yazıcının tipik bir vızıltısını veya bir CD sürücüsünde buggy elektromekanik disk senfonisini duydunuz mu? Eğer öyleyse, bir step motorla karşı karşıyasınız!
Step motorlar elektromekanik dünyayı döndürür (daha yüksek torkla!), Ancak geleneksel bir DC motorun aksine, bir step motorun kontrol edilmesi, iki kablo üzerinden akımdan biraz daha fazlasını gerektirir. Bu makale, bir step motorun tasarım ve çalışma teorisi hakkında konuşacaktır. Temel bilgileri ele alır almaz, bu kılavuzun yazarı, step motorları kontrol etmek için basit devrelerin nasıl oluşturulacağını ve daha sonra özel sürücü mikro devrelerinin nasıl kullanılacağını gösterecektir.
Adım 1: Bir motoru step motor yapan nedir?
Kim ikiden fazla kabloya ve H köprüsüne ihtiyaç duyabilir? Neden? Maksimum RPM (veya RC için kV) için üretilen geleneksel DC fırça motorlarının aksine, step motorlar yüksek tork (daha sonra daha düşük hız) ve daha doğru dönme hareketi için tasarlanmış fırçasız motorlardır. Tipik bir DC motor, maksimum çekiş elde etmek için pervaneyi yüksek hızda döndürmek için harika olsa da, bir step motor, bir kağıt sayfasını yazıcının içindeki mürekkep püskürtmeli mekanizma ile senkronize olarak veya bir CNC değirmeninde doğrusal ray şaftını dikkatlice döndürmek için daha iyidir.
İçeride, step motorlar, çekirdek etrafında kalıcı mıknatıslarla birkaç bobin içeren basit bir DC motordan daha karmaşıktır, ancak bu ek karmaşıklıkla daha fazla kontrol sağlanır. Stator içine yerleştirilmiş bobinlerin dikkatli bir şekilde düzenlenmesi nedeniyle, step motorun rotoru verilen bir adımla dönebilir, bobinler arasındaki polariteyi değiştirebilir ve polaritelerini belirlenen ateşleme şemasına göre değiştirebilir. Step motorların hepsi aynı değildir ve dahili uygulamaları için benzersiz (ancak temel) şemalar gereklidir. Bir sonraki adımda en yaygın step motor tiplerini tartışacağız.
Adım 2: Step Motor Türleri
Step motorların birkaç farklı tasarımı vardır. Bunlar unipolar, bipolar, evrensel ve değişken direnci içerir. En yaygın motor tipi olduğu için bipolar ve unipolar motorların tasarımını ve çalışmasını tartışacağız.
Tek kutuplu motor
Tek kutuplu motorlarda genellikle tabandan beş, altı veya sekiz tel kablosu ve faz başına bir bobin bulunur. Beş telli bir motor durumunda, beşinci tel, bobin çiftlerinin bağlı merkezi musluklarıdır. Altı telli bir motorda, her bir çift bobin kendi merkezi musluğuna sahiptir. Sekiz telli bir motorda, her bir bobin çifti diğerlerinden tamamen ayrıdır, bu da çeşitli konfigürasyonlarda bağlanmasına izin verir. Bu ek kablolar, her bir bobini ayrı ayrı kontrol etmek için tek kutuplu motorları doğrudan basit transistörlü harici bir denetleyiciden sürmenizi sağlar. Her bir bobinin içinde sürüldüğü bir ateşleme devresi, motor milinin dönme yönünü belirler. Ne yazık ki, bir seferde sadece bir bobinin verildiği göz önüne alındığında, tek kutuplu bir motorun tutma torku her zaman aynı boyuttaki iki kutuplu bir motordan daha az olacaktır. Tek kutuplu bir motorun merkezi musluklarını atlayarak, şimdi iki kutuplu bir motor olarak çalışabilir, ancak bu daha karmaşık bir kontrol şeması gerektirir. Bu makalenin dördüncü adımında, yukarıda sunulan bazı kavramları açıklığa kavuşturması gereken tek kutuplu bir motor kullanacağız.
Bipolar motor
Bipolar motorlar tipik olarak dört kabloya sahiptir ve karşılaştırmalı boyuttaki tek kutuplu bir motordan daha dayanıklıdır, ancak faz başına sadece bir bobinimiz olduğundan, bir adım atmak için akımı bobinlerden döndürmemiz gerekir. Akımı değiştirme ihtiyacımız, artık bobinleri doğrudan tek bir transistörle, tam bir h-köprü devresi ile doğrudan kontrol edemeyeceğimiz anlamına gelir. Doğru h-köprüsünü inşa etmek sıkıcıdır (iki bahsetmiyorum!), Bu yüzden özel bir bipolar motor sürücüsü kullanacağız (bkz.
Adım 3: Step Motor Spesifikasyonlarını Anlama
Motor özelliklerinin nasıl belirleneceği hakkında konuşalım. Belirli bir üç parçalı montajı olan kare bir motora rastladıysanız (bkz. Şekil üç), büyük olasılıkla bir NEMA motorudur. Ulusal Elektrik Üreticileri Birliği, motor yüz plakasının çapını, montaj tipini, uzunluğu, faz akımını, çalışma sıcaklığını, faz voltajını, devir başına adımları ve kablolamayı belirlemek için basit bir harf kodu kullanan motor spesifikasyonları için belirli bir standarda sahiptir.
Motor pasaportunu okuyun
Bir sonraki adım için, bu tek kutuplu motor kullanılacaktır. Yukarıdaki bir veri tablosu. Her ne kadar özlü olsa da, düzgün çalışma için bize ihtiyacımız olan her şeyi sağlar. Listede neler olduğuna bakalım:
Faz: Bu dört fazlı tek kutuplu bir motordur. Dahili motorun herhangi bir sayıda gerçek bobini olabilir, ancak bu durumda bağımsız olarak kontrol edilebilen dört faza gruplandırılırlar.
Açı aralığı: Adım başına yaklaşık 1,8 derece çözünürlükle, devir başına 200 adım alırız. Bu mekanik bir çözünürlük olmasına rağmen, mikro-kavşak yardımıyla bu çözünürlüğü motorda herhangi bir değişiklik yapmadan artırabiliriz (5. adımda bunun hakkında daha fazla bilgi).
Voltaj: Bu motorun nominal voltajı 3 volttur. Bu, motorun akımının ve nominal direncinin bir fonksiyonudur (Ohm yasası V = IR, bu nedenle 3V = 2A * 1.5Ω)
Akım: Bu motorun ne kadar akıma ihtiyacı var? Faz başına iki amper! Temel kontrol devresi için güç transistörlerimizi seçerken bu rakam önemli olacaktır.
Direnç: Faz başına 1.5 ohm, her faza sağlayabileceğimiz akımı sınırlayacaktır.
Endüktans: 2.5 mH. Motor bobinlerinin endüktif doğası, bobinlerin şarj hızını sınırlar.
Tutma momenti: Step motora voltaj uygulandığında ne kadar gerçek kuvvet oluşturabileceğimiz budur.
Bekletme momenti: Bu, enerjisizken motordan bekleyebileceğimiz bekletme momentidir.
İzolasyon sınıfı: Sınıf B, NEMA standardının bir parçasıdır ve bize 130 santigrat derece verir. Adım motorları çok verimli değildir ve maksimum akımın sürekli tüketimi, normal çalışma sırasında çok ısınacakları anlamına gelir.
Sargı göstergeleri: tel çapı 0.644 mm., Çap 15.5'teki dönüş sayısı, kesit 0.326 mm2
Bobin çifti tespiti
Bobin sargılarının direnci motordan motora değişebilir, ancak bir multimetreniz varsa, herhangi bir iki kablodaki direnci ölçebilirsiniz, direnç <10 Ohm ise, muhtemelen bir çift buldunuz! Bu temelde bir deneme hatası işlemidir, ancak bir parça / özellik numaranız yoksa çoğu motor için çalışmalıdır.
Adım 4: Step motorların doğrudan kontrolü
Tek kutuplu bir motordaki tellerin yeri nedeniyle, sadece basit güç MOSFET'lerini kullanarak bobinleri sırayla açabiliriz. Yukarıdaki şekilde bir MOS transistörlü basit bir devre gösterilmektedir. Bu düzenleme harici bir mikrodenetleyici kullanarak mantık seviyesini kolayca kontrol etmenizi sağlar. Bu durumda, en kolay yol devre kartı stiline sahip bir Intel Edison anakart kullanmaktır ArduinoGPIO'ya kolay erişim sağlamak için (ancak, dört GPIO'lu herhangi bir mikro bunu yapacaktır). Bu devre için IRF510 N kanallı yüksek güçlü MOSFET kullanılır. 5,6 ampere kadar tüketebilen IRF510, 2 amper motor gereksinimlerini karşılamak için yeterli serbest güce sahip olacaktır. LED'lere gerek yoktur, ancak size iş sırasının iyi bir görsel onayını verecektir. IRF510'un motor için yeterli akım tüketebilmesi için en az 5 V mantık seviyesine sahip olması gerektiğine dikkat etmek önemlidir. Bu devredeki motor gücü 3 V olacaktır.
Çalışma sırası
Bu ayar ile tek kutuplu bir motorun tam kontrolü çok basittir. Motoru döndürmek için, verilen moddaki fazları doğru şekilde döndürmemiz için açmamız gerekir. Motoru saat yönünde döndürmek için, fazları aşağıdaki gibi kontrol edeceğiz: A1, B1, A2, B2. Saat yönünün tersine döndürmek için dizinin yönünü B2, A2, B1, A1 olarak değiştiririz. Bu temel kontrol için iyidir, ancak daha fazla doğruluk ve daha az çalışma istiyorsanız? İşleri daha kolay hale getirmek için özel bir sürücü kullanma hakkında konuşalım!
Adım 5: Step motor sürücü panoları
Bipolar motorları (veya bipolar konfigürasyondaki unipolar motorları) kontrol etmeye başlamak istiyorsanız, özel bir sürücü kontrol kartı almanız gerekir. Yukarıdaki fotoğrafta Büyük Kolay Sürücü ve A4988 step motor sürücüsü için taşıyıcı kartı gösterilmektedir. Bu kartların her ikisi de, küçük adım motorlarını sürmek için en yaygın yongalardan biri olan mikro adım iki kutuplu Allegro A4988 step motor sürücüsü için baskılı devre kartlarıdır. İki kutuplu bir motoru kontrol etmek için gerekli çift h-köprülerine sahip olmasının yanı sıra, bu kartlar küçük, ucuz ambalajlar için birçok seçenek sunar.
montaj
Bu evrensel kartlar inanılmaz derecede düşük bir bağlantıya sahiptir. Ana kontrol cihazınızla yalnızca üç bağlantı (yalnızca iki GPIO) kullanarak motoru kontrol etmeye başlayabilirsiniz: ortak toprak, hatve yönü. Adım adımı ve yönü yüzer halde kalır, bu nedenle bunları bir yük direnci ile referans voltajına bağlamanız gerekir. STEP pimine gönderilen darbe, mikro adım referans pimlerine göre motoru bir adım çözünürlükte bir adım hareket ettirir. DIR pimindeki mantık seviyesi, motorun saat yönünde mi yoksa saat yönünün tersinde mi döneceğini belirler.
Mikro adım motoru
M1, M2 ve M3 pimlerinin nasıl takıldığına bağlı olarak, mikro adımlarla artırılmış motor çözünürlüğü elde edebilirsiniz. Mikro adım, motoru rotordaki fiziksel mıknatısların elektromanyetik çözünürlüğü arasında çekmek için çeşitli darbeler göndermeyi içerir ve çok hassas kontrol sağlar. A4988, tam adımdan on altıncı adımın çözünürlüğüne geçebilir. 1.8 derecelik motorumuzla bu, devir başına 3200 adede kadar adım sağlayacaktır. Küçük detaylar hakkında konuşun!
Kodlar / Kütüphaneler
Motorları bağlamak kolay olabilir, ama onları kontrol etmeye ne dersiniz? Step motor kontrolü için şu hazır kod kitaplıklarına göz atın:
step - Arduino IDE'de yerleşik klasik, temel bir adım gerçekleştirmenize ve dönme hızını kontrol etmenize izin verir.
Hızlanma step - Birden fazla motoru daha iyi kontrol etmenizi sağlayan ve motorun doğru hızlanmasını ve yavaşlamasını sağlayan çok daha fazla özellikli kütüphane.
Intel C ++ MRAA Adımlayıcı - Intel Edison kullanarak ham C ++ step motor yönetimine girmek isteyenler için daha düşük seviyeli bir kütüphane.
Bu bilgi, elektromekanik dünyadaki step motorlarla nasıl çalışacağınızı anlamanız için yeterli olmalıdır, ancak bu sadece başlangıçtır.
