Jei jums kada nors buvo malonu išmontuoti seną spausdintuvą, kad sutaupytumėte elektroninis komponentų, galite susidurti su daugybe cilindrinių paslaptingų variklių su 4 ar daugiau laidų, išsikišusiais iš šonų. Ar girdėjai tipišką stalinių 3D spausdintuvų šūksnį ar nepatogią elektromechaninę diskų simfoniją kompaktiniame diske? Jei taip, tuomet jūs susiduriate su laiptelių varikliu!
Žingsniniai varikliai priverčia elektromechaninį pasaulį suktis (didesniu sukimo momentu!), Tačiau skirtingai nuo įprasto nuolatinės srovės variklio, valdyti žingsninio variklio reikia šiek tiek daugiau nei srovė per du laidus. Šiame straipsnyje bus pasakojama apie pakopinio variklio projektavimo ir veikimo teoriją. Kai tik mes apsvarstysime pagrindus, šio vadovo autorius parodys, kaip sukurti paprastas grandines, skirtas valdyti stepper variklius, ir kaip tada naudoti specialius vairuotojo mikroschemus.
1 žingsnis: kas daro variklį žingsniniu varikliu?
Kam gali prireikti daugiau nei dviejų laidų ir H tilto? Kodėl? Na, skirtingai nei įprasti nuolatinės srovės šepetėlių varikliai, sukurti maksimaliam apsisukimų dažniui (arba kV RC), žingsniniai varikliai yra varikliai be šepetėlių, skirti dideliam sukimo momentui (vėliau mažesniam greičiui) ir tikslesniam sukimosi judesiui. Nors tipinis nuolatinės srovės variklis puikiai tinka pasukti sraigtą dideliu greičiu, kad būtų pasiekta maksimali sukibimo jėga, žingsninis variklis yra geresnis popieriaus lakštui sukti sinchroniškai su spausdintuvo viduje esančiu rašaliniu mechanizmu arba atsargiai pasukti linijinio bėgio veleną CNC frezoje.
Viduje laiptelių varikliai yra sudėtingesni nei paprastas nuolatinės srovės variklis, turintys keletą ritinių aplink šerdį su nuolatiniais magnetais, tačiau dėl šio papildomo sudėtingumo suteikiama daugiau valdymo galimybių. Dėl kruopštaus ritinių, pastatytų į statorių, išdėstymą, žingsninio variklio rotorius gali suktis nurodytu žingsniu, pakeisdamas ritių poliškumą ir perjungdamas jų poliškumą pagal nustatytą uždegimo schemą. Žingsniai varikliai yra ne visi vienodi, o jų vidiniam vykdymui reikalingos unikalios (bet pagrindinės) schemos. Kitame etape aptarsime dažniausiai pasitaikančius variklius.
2 žingsnis: Žingsninių variklių tipai
Yra keletas skirtingų žingsninių variklių konstrukcijų. Tai apima nepolinį, bipolinį, universalųjį ir kintamąjį atsparumą. Aptarsime bipolinių ir vienpolių variklių konstrukciją ir veikimą, nes tai yra labiausiai paplitęs variklio tipas.
Vienpolis variklis
Vienpoliai varikliai paprastai turi penkis, šešis ar aštuonis laidus, einančius iš pagrindo, ir po vieną ritę kiekvienoje fazėje. Penkių laidų variklio atveju penktasis laidas yra sujungti centriniai ritės porų čiaupai. Šešių laidų variklyje kiekviena ritės pora turi savo centrinį čiaupą. Aštuonių laidų variklyje kiekviena ritės pora yra visiškai atskirta nuo kitų, todėl ją galima prijungti įvairiomis konfigūracijomis. Šie papildomi laidai leidžia vairuoti vienpolius variklius tiesiai iš išorinio valdiklio su paprastais tranzistoriais, kad būtų galima valdyti kiekvieną ritę atskirai. Uždegimo grandinė, kuria varoma kiekviena ritė, nustato variklio veleno sukimosi kryptį. Deja, atsižvelgiant į tai, kad vienu metu tiekiama tik viena ritė, vienpolio variklio sukimo momentas visada bus mažesnis nei tokio paties dydžio bipolinio variklio. Aplenkiant vienpolio variklio centrinius čiaupus, jis dabar gali veikti kaip bipolinis variklis, tačiau tam reikės sudėtingesnės valdymo schemos. Ketvirtame šio straipsnio žingsnyje mes vairuosime nepolinį variklį, kuris turėtų paaiškinti kai kurias aukščiau pateiktas sąvokas.
Bipolinis variklis
Bipoliniai varikliai paprastai turi keturis laidus ir yra patvaresni nei palyginamojo dydžio vienpoliai varikliai, tačiau kadangi kiekvienoje fazėje turime tik vieną ritę, norėdami pereiti vieną žingsnį, turime sukti srovę per ritinius. Mūsų poreikis pakeisti srovę reiškia, kad nebegalėsime valdyti ritių tiesiogiai vienu tranzistoriumi, o ne visa h tilto grandine. Tinkamo „h“ tilto statymas yra nuobodus (jau neminint dviejų!), Todėl mes naudosime tam skirtą bipolinio variklio vairuotoją (žr. 5 veiksmą).
3 žingsnis: Žingsnio variklio specifikacijų supratimas
Pakalbėkime apie tai, kaip nustatyti variklio specifikacijas. Jei teko susidurti su kvadratiniu varikliu su konkrečiu trijų dalių agregatu (žr. 3 paveikslą), greičiausiai tai yra NEMA variklis. Nacionalinė elektros gamintojų asociacija turi specialų variklio specifikacijų standartą, kuris naudoja paprastą raidžių kodą variklio priekinio skydo skersmeniui, montavimo tipui, ilgiui, fazės srovei, darbinei temperatūrai, fazinei įtampai, apsisukimų pakopoms ir laidams nustatyti.
Perskaitykite variklio pasą
Kitam žingsniui bus naudojamas šis vienpolis variklis. Viršuje yra duomenų lentelė. Ir nors jis yra glaustas, jame pateikiama viskas, ko reikia tinkamam veikimui. Pažvelkime, kas yra sąraše:
Fazė: Tai yra keturfazis vienpolis variklis. Vidiniame variklyje gali būti bet koks skaičius tikrų ritinių, tačiau tokiu atveju jie yra suskirstyti į keturias fazes, kurias galima valdyti savarankiškai.
Kampo žingsnis: Kai apytikslė skiriamoji geba yra 1,8 laipsnio per žingsnį, mes gauname 200 žingsnių per apsisukimą. Nors tai yra mechaninė skiriamoji geba, naudodamiesi mikro sankryža, galime padidinti šią skiriamąją gebą nekeisdami variklio (plačiau apie tai 5 žingsnyje).
Įtampa: vardinė šio variklio įtampa yra 3 voltai. Tai yra variklio srovės ir vardinės varžos funkcija (Ohmo dėsnis V = IR, todėl 3V = 2A * 1,5Ω)
Srovė: kiek srovės reikia šiam varikliui? Du amperai vienoje fazėje! Šis skaičius bus svarbus renkantis pagrindinės valdymo grandinės galios tranzistorius.
Atsparumas: 1,5 omo fazėje bus apribota srovė, kurią galime tiekti kiekvienai fazei.
Induktyvumas: 2,5 mH. Variklio ričių indukcinis pobūdis riboja ritių įkrovimo greitį.
Sulaikymo momentas: tai yra tokia, kokią didelę jėgą galime sukurti, kai įtampai yra suteikiamas žingsninis variklis.
Sulaikymo momentas: tai yra tas momentas, kurio galime tikėtis iš variklio, kai jis nėra maitinamas.
Izoliacijos klasė: B klasė yra NEMA standarto dalis ir suteikia mums 130 laipsnių Celsijaus laipsnį. Žingsniniai varikliai nėra labai efektyvūs, o nuolatinis maksimalios srovės sunaudojimas reiškia, kad normalios eksploatacijos metu jie labai įkais.
Apvijų indikatoriai: vielos skersmuo 0,644 mm., Apsisukimų skaičius 15,5 skersmens, skerspjūvis 0,326 mm2
Ritės poros aptikimas
Nors ritės apvijų pasipriešinimas varikliui gali skirtis, jei turite multimetrą, pasipriešinimą galite išmatuoti bet kuriais dviem laidais, jei varža yra <10 omų, greičiausiai radote porą! Iš esmės tai yra bandomosios klaidos procesas, tačiau jis turėtų veikti daugumai variklių, nebent turite dalies / specifikacijos numerį.
4 žingsnis: Tiesioginis žingsninių variklių valdymas
Dėl laidų vietos vienpoliame variklyje mes galime nuosekliai įjungti ritinius naudodami tik paprastus maitinimo MOSFET. Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodyta paprasta grandinė su MOS tranzistoriumi. Ši struktūra leidžia jums tiesiog valdyti logikos lygį naudojant išorinį mikrovaldiklį. Tokiu atveju paprasčiausias būdas yra naudoti „Intel Edison“ pagrindinę plokštę, kurios stilius yra grandinės plokštė Arduinonorint lengvai pasiekti GPIO (tačiau tai padarys bet kuris mikroįrenginys su keturiais GPIO). Šiai grandinei naudojamas IRF510 N kanalo didelės galios MOSFET. IRF510, galintis sunaudoti iki 5,6 amperų, turės pakankamai laisvos galios, kad patenkintų variklio poreikius esant 2 amperų srovei. Šviesos diodai nėra reikalingi, tačiau jie suteiks gerą vaizdinį darbų sekos patvirtinimą. Svarbu pažymėti, kad IRF510 loginis lygis turi būti ne mažesnis kaip 5 V, kad jis galėtų sunaudoti pakankamai variklio srovę. Variklio galia šioje grandinėje bus 3 V.
Darbo seka
Visiškai valdyti vienpolį variklį yra labai paprasta. Norėdami pasukti variklį, turime įjungti fazes nurodytu režimu, kad jis tinkamai suktųsi. Norėdami pasukti variklį pagal laikrodžio rodyklę, mes valdysime fazes taip: A1, B1, A2, B2. Norėdami pasukti prieš laikrodžio rodyklę, mes tiesiog keičiame sekos kryptį į B2, A2, B1, A1. Tai tinka pagrindiniam valdymui, bet kas, jei norite daugiau tikslumo ir mažiau darbo? Pakalbėkime apie tam skirto tvarkyklės naudojimą, kad viskas būtų daug lengviau!
5 žingsnis: laiptelių variklio vairuotojo lentos
Jei norite pradėti valdyti bipolinius variklius (arba bipolinės konfigūracijos vienpolius variklius), turite pasiimti specialią vairuotojo valdymo plokštę. Aukščiau esančioje nuotraukoje parodytas „Big Easy Driver“ ir A4988 žingsninio variklio vairuotojo laikiklio plokštė. Abi šios plokštės yra spausdintinės plokštės, skirtos mikroskopiniam dviejų polių Allegro A4988 žingsninio variklio vairuotojui, kuris iki šiol yra vienas iš labiausiai paplitusių mikroschemų, skirtų varyti mažus stepper variklius. Be būtinų dvigubų „h“ tiltelių bipoliniam varikliui valdyti, šios lentos siūlo ir daugybę mažos, nebrangios pakuotės variantų.
Montavimas
Šios universalios plokštės turi nuostabiai žemą jungtį. Galite pradėti valdyti variklį naudodamiesi tik trimis jungtimis (tik dviem GPIO), naudodamiesi pagrindiniu valdikliu: bendruoju pagrindu, žingsniu ir kryptimi. Žingsnis žingsnis ir jo kryptis išlieka plaukiojantys, todėl jums reikia juos susieti su atskaitos įtampa su apkrovos rezistoriumi. Į STEP kaištį siunčiamas impulsas judins variklį vienu žingsniu skiriamąja geba pagal mikrotrauko atskaitos kaiščius. Loginis lygmuo ties DIR smeigtuku nustato, ar variklis suksis pagal laikrodžio rodyklę, ar prieš laikrodžio rodyklę.
„Microstep“ variklis
Priklausomai nuo to, kaip sumontuoti kaiščiai M1, M2 ir M3, padidindami variklio skiriamąją gebą galite pasiekti mikroschemą. Mikroskopas apima įvairių impulsų siuntimą varikliui traukti tarp rotoriaus fizinių magnetų elektromagnetinės skiriamosios gebos, užtikrinant labai tikslų valdymą. A4988 gali pereiti nuo visiško žingsnio iki šešioliktojo žingsnio skyros. Su mūsų 1,8 laipsnio varikliu tai padarys iki 3200 žingsnių per apsisukimą. Kalbėk apie smulkmenas!
Kodai / bibliotekos
Variklius sujungti gali būti nesunku, bet kaip juos valdyti? Peržiūrėkite šias paruoštas kodų bibliotekas, kad galėtumėte valdyti stepper variklius:
Steperis - „Arduino IDE“ įmontuota klasika leidžia atlikti pagrindinį veiksmą ir valdyti sukimosi greitį.
Accel stepper - Daug daugiau galimybių turinti biblioteka, leidžianti geriau valdyti kelis variklius ir užtikrinanti teisingą variklio pagreitį ir lėtėjimą.
„Intel C ++ MRAA Stepper“ - Žemesnio lygio biblioteka tiems, kurie nori įsigilinti į neapdoroto C ++ žingsninio variklio valdymą naudodami „Intel Edison“.
Šių žinių turėtų pakakti, kad suprastum, kaip reikia dirbti su žingsniniais varikliais elektromechaniniame pasaulyje, tačiau tai tik pradžia.
