Kung sakaling magkaroon ka ng kasiyahan ng pagbuwag sa isang lumang printer upang makatipid electronic mga sangkap, maaari kang makatagpo ng maraming cylindrical misteryosong motor na may 4 o higit pang mga wire na nakausli mula sa mga gilid. Narinig mo ba ang tipikal na buzz ng isang desktop 3D printer o ang maraming surot na electromechanical symphony ng mga disk sa isang CD drive? Kung gayon, pagkatapos ay nahaharap ka sa isang motor na stepper!
Ang mga motor ng stepper ay ginagawang umiikot ang electromekanikal na mundo (na may mas mataas na metalikang kuwintas!), Ngunit hindi tulad ng isang maginoo DC motor, ang pagkontrol sa isang motor ng stepper ay nangangailangan ng kaunti kaysa sa kasalukuyang sa pamamagitan ng dalawang mga wire. Tatalakayin ng artikulong ito ang teorya ng disenyo at pagpapatakbo ng isang stepper motor. Sa sandaling isaalang-alang natin ang mga pangunahing kaalaman, ang may-akda ng gabay na ito ay magpapakita kung paano magtatayo ng mga simpleng circuit para sa pagkontrol sa mga motor ng stepper, at pagkatapos kung paano gamitin ang mga espesyal na microcircuits ng driver.
Hakbang 1: Ano ang gumagawa ng motor ng isang stepper motor?
Sino ang maaaring mangailangan ng higit sa dalawang mga wire at isang H-tulay? Bakit? Sa gayon, hindi tulad ng maginoo DC brush motor na itinayo para sa maximum na RPM (o kV para sa RC), ang mga motor ng stepper ay mga motor na walang brush na idinisenyo para sa mataas na metalikang kuwintas (kasunod na mas mababang bilis) at mas tumpak na paggalaw ng paggalaw. Habang ang isang pangkaraniwang DC motor ay mahusay para sa pag-ikot ng propeller sa mataas na bilis upang makamit ang maximum na traksyon, ang isang motor ng stepper ay mas mahusay para sa pag-ikot ng isang sheet ng papel na naka-sync kasama ang mekanismo ng inkjet sa loob ng printer o para sa maingat na pag-ikot ng linear riles ng baras sa isang CNC mill.
Sa loob, ang mga motor ng stepper ay mas kumplikado kaysa sa isang simpleng motor na DC, na may ilang mga coils sa paligid ng core na may permanenteng magnet, ngunit sa karagdagang idinagdag na pagiging kumplikado ay ibinigay ang higit pang kontrol. Dahil sa maingat na pag-aayos ng mga coil na itinayo sa stator, ang rotor ng motor ng stepper ay maaaring paikutin sa isang naibigay na hakbang, palitan ang polarity sa pagitan ng coils at paglipat ng kanilang polarity alinsunod sa itinatag na scheme ng pag-aapoy. Ang mga motor ng stepper ay hindi lahat ay ginawa ang pareho, at para sa kanilang panloob na natatanging pagpapatupad (ngunit pangunahing) mga pamamaraan ay kinakailangan. Tatalakayin namin ang pinakakaraniwang uri ng mga motor ng stepper sa susunod na hakbang.
Hakbang 2: Mga uri ng Mga Stepper Motors
Mayroong maraming iba't ibang mga disenyo ng mga stepper motor. Kabilang dito ang unipolar, bipolar, unibersal at variable na pagtutol. Tatalakayin natin ang disenyo at pagpapatakbo ng mga motor na bipolar at unipolar, dahil ito ang pinakakaraniwang uri ng motor.
Unipolar na motor
Ang mga unipolar motor ay karaniwang mayroong lima, anim o walong kawad na nangunguna na nagmumula sa base, at isang likid bawat yugto. Sa kaso ng isang limang-wire motor, ang ikalimang kawad ay ang konektado gitnang taps ng mga pares ng coil. Sa isang anim na kawad na makina, ang bawat pares ng coils ay may sariling gitnang gripo. Sa isang walo-wire engine, ang bawat pares ng coil ay ganap na hiwalay mula sa iba, na pinapayagan itong makakonekta sa iba't ibang mga pagsasaayos. Pinapayagan ka ng mga karagdagang wire na magdala ng mga motor unipolar nang direkta mula sa isang panlabas na controller na may mga simpleng transistor upang kontrolin nang hiwalay ang bawat coil. Ang isang circuit ng pag-aapoy kung saan ang bawat coil ay hinihimok ay tumutukoy sa direksyon ng pag-ikot ng baras ng motor. Sa kasamaang palad, dahil sa isang coil lamang ang ibinibigay nang sabay-sabay, ang may hawak na metalikang kuwintas ng isang unipolar na motor ay palaging mas mababa kaysa sa isang motor na bipolar na may parehong sukat. Pag-slide ng mga gitnang gripo ng isang unipolar na motor, maaari na itong gumana bilang isang bipolar motor, ngunit mangangailangan ito ng isang mas kumplikadong pamamaraan sa kontrol. Sa ika-apat na hakbang ng artikulong ito, magdadala kami ng isang unipolar motor, na dapat linawin ang ilan sa mga konsepto na ipinakita sa itaas.
Bipolar motor
Ang mga motor ng Bipolar ay karaniwang mayroong apat na mga wire at mas matibay kaysa sa isang unipolar na motor na may sukat na sukat, ngunit dahil mayroon lamang tayong isang likid bawat yugto, kailangan nating iikot ang kasalukuyang sa pamamagitan ng mga coil upang pumunta ng isang hakbang. Ang aming pangangailangan upang baguhin ang kasalukuyang nangangahulugan na hindi na namin makontrol ang mga coils nang direkta sa isang solong transistor, sa halip isang kumpletong h-tulay na circuit. Ang pagtatayo ng tamang h-tulay ay nakakapagod (hindi babanggitin ang dalawa!), Kaya gagamit tayo ng isang nakatuong driver ng motor na bipolar (tingnan ang Hakbang 5).
Hakbang 3: Pag-unawa sa Mga Pagtukoy sa Mga Pagtukoy sa Motors ng Stepper
Pag-usapan natin kung paano matukoy ang mga pagtutukoy sa engine. Kung nakatagpo ka ng isang parisukat na makina na may isang tiyak na tatlong-piraso na pagpupulong (tingnan ang Larawan ng tatlong), malamang na isang makina NEMA. Ang Pambansang Samahan ng Elektriko ay gumawa ng isang tiyak na pamantayan para sa mga pagtutukoy ng motor na gumagamit ng isang simpleng code ng liham upang matukoy ang diameter ng faceplate ng motor, uri ng bundok, haba, phase kasalukuyang, operating temperatura, boltahe ng phase, mga hakbang sa bawat rebolusyon at mga kable.
Basahin ang engine passport
Para sa susunod na hakbang, ang unipolar motor na ito ay gagamitin. Sa itaas ay isang talahanayan ng data. At bagaman maikli ito, nagbibigay ito sa amin ng lahat ng kailangan namin para sa tamang operasyon. Tingnan natin kung ano ang nasa listahan:
Phase: Ito ay isang apat na yugto unipolar na motor. Ang panloob na makina ay maaaring magkaroon ng anumang bilang ng mga tunay na coils, ngunit sa kasong ito sila ay pinagsama-sama sa apat na mga phase, na maaaring kontrolado nang nakapag-iisa.
Angle pitch: Sa isang tinatayang resolusyon ng 1.8 degree bawat hakbang, nakakakuha kami ng 200 mga hakbang sa bawat rebolusyon. Kahit na ito ay isang mechanical resolution, sa tulong ng micro-junction maaari nating dagdagan ang resolusyon na ito nang walang mga pagbabago sa engine (higit pa tungkol dito sa hakbang 5).
Boltahe: Ang naitala na boltahe ng motor na ito ay 3 volts. Ito ay isang function ng kasalukuyang at ang nominal na pagtutol ng motor (ang batas ni Ohm V = IR, samakatuwid 3V = 2A * 1.5Ω)
Kasalukuyan: kung magkano ang kasalukuyang kailangan ng motor na ito? Dalawang amperes bawat phase! Ang figure na ito ay magiging mahalaga kapag pumipili ng aming mga power transistors para sa pangunahing control circuit.
Paglaban: 1.5 ohms bawat phase ay maglilimita sa kung ano ang kasalukuyang maaari naming ibigay sa bawat yugto.
Pag-uugali: 2.5 mH. Ang induktibong katangian ng coils ng motor ay nililimitahan ang bilis ng pagsingil ng mga coils.
Holding moment: ito ay kung magkano ang aktwal na puwersa na maaari nating likha kapag ang boltahe ay inilalapat sa motor ng stepper.
Holding moment: ito ang hinihintay na moment na maaari nating asahan mula sa engine kapag hindi ito energized.
Ang klase ng pagkakabukod: Ang Class B ay bahagi ng pamantayan ng NEMA at nagbibigay sa amin ng isang rating na 130 degree Celsius. Ang mga motor ng stepper ay hindi masyadong mahusay, at ang patuloy na pagkonsumo ng maximum na kasalukuyang nangangahulugan na sila ay magiging sobrang init sa panahon ng normal na operasyon.
Ang mga tagapagpahiwatig na paikot-ikot: diameter ng wire 0.644 mm., Bilang ng mga liko sa diameter 15.5, seksyon ng cross na 0.326 mm2
Ang pagtuklas ng pares ng coil
Bagaman ang paglaban ng mga windings ng coil ay maaaring mag-iba mula sa motor hanggang motor, kung mayroon kang isang multimeter, maaari mong sukatin ang paglaban sa anumang dalawang wires, kung ang paglaban ay <10 Ohms, malamang na natagpuan mo ang isang pares! Ito ay karaniwang isang proseso ng error sa pagsubok, ngunit dapat itong gumana para sa karamihan ng mga engine maliban kung mayroon kang isang bahagi / numero ng detalye.
Hakbang 4: Direktang kontrol ng mga motor ng stepper
Dahil sa lokasyon ng mga wire sa isang unipolar motor, maaari naming sunud-sunod na i-on ang mga coils gamit lamang ang mga simpleng MOSFET ng kuryente. Ang figure sa itaas ay nagpapakita ng isang simpleng circuit na may isang transistor MOS. Pinapayagan ka ng pag-aayos na ito na simpleng kontrolin ang antas ng logic gamit ang isang panlabas na microcontroller. Sa kasong ito, ang pinakamadaling paraan ay ang paggamit ng isang Intel Edison board na may style board na nakabase sa istilo. Arduinoupang makakuha ng madaling pag-access sa GPIO (gayunpaman, gagawin ng anumang micro na may apat na GPIO). Ang IRF510 N-channel high-power MOSFET ay ginagamit para sa circuit na ito. Ang IRF510, na may kakayahang ubusin hanggang sa 5.6 amperes, ay magkakaroon ng sapat na libreng kapangyarihan upang matugunan ang mga pangangailangan ng motor sa 2 amperes. Hindi kinakailangan ang mga LED, ngunit bibigyan ka nila ng isang mahusay na kumpirmasyon sa visual ng pagkakasunud-sunod ng trabaho. Mahalagang tandaan na ang IRF510 ay dapat magkaroon ng isang antas ng lohika na hindi bababa sa 5 V upang maaari itong ubusin ng sapat na kasalukuyang para sa motor. Ang kapangyarihan ng engine sa circuit na ito ay magiging 3 V.
Pagkakasunud-sunod ng trabaho
Ang buong kontrol ng isang unipolar motor na may setting na ito ay napaka-simple. Upang paikutin ang makina, kailangan nating i-on ang mga phase sa naibigay na mode upang tama itong umiikot. Upang paikutin ang motor nang sunud-sunod, makokontrol namin ang mga phase tulad ng sumusunod: A1, B1, A2, B2. Upang paikutin ang counterclockwise, binabago lang namin ang direksyon ng pagkakasunud-sunod sa B2, A2, B1, A1. Mahusay ito para sa pangunahing kontrol, ngunit paano kung nais mo ng higit na kawastuhan at mas kaunting trabaho? Pag-usapan natin ang paggamit ng isang nakatuong driver upang gawing mas madali ang mga bagay!
Hakbang 5: mga board ng motor driver ng stepper
Kung nais mong simulan ang pagkontrol sa mga motor na bipolar (o mga motor na unipolar sa isang pagsasaayos ng bipolar), kailangan mong kumuha ng isang espesyal na board control ng driver. Ipinapakita ng larawan sa itaas ang Big Easy Driver at ang carrier board para sa driver ng motor na stepper A4988. Parehong mga board na ito ay naka-print na circuit board para sa microstep two-post na Allegro A4988 driver ng motor na stepper, na kung saan ay sa pamamagitan ng malayo ang isa sa mga pinaka-karaniwang chips para sa pagmamaneho ng mga maliit na motor ng stepper. Bilang karagdagan sa pagkakaroon ng kinakailangang dalawahang h-tulay para sa pagkontrol ng isang bipolar na motor, ang mga board na ito ay nag-aalok ng maraming mga pagpipilian para sa maliit, murang packaging.
Pag-install
Ang mga unibersal na board na ito ay may kamangha-manghang mababang koneksyon. Maaari mong simulan ang pagkontrol sa engine gamit lamang ang tatlong mga koneksyon (dalawang GPIO lamang) kasama ang iyong pangunahing magsusupil: karaniwang lupa, pitch at direksyon. Ang hakbang na hakbang at direksyon nito ay mananatiling lumulutang, kaya kailangan mong itali ang mga ito sa sanggunian ng sangguniang may risistor ng pag-load. Ang pulso na ipinadala sa pin ng STEP ay lilipat ang motor ng isang hakbang sa isang resolusyon alinsunod sa mga pin ng sanggunian ng microstep. Ang antas ng lohika sa pin ng DIR ay nagtutukoy kung ang motor ay iikot sa takbo ng oras o counterclockwise.
Microstep engine
Depende sa kung paano naka-install ang mga pin M1, M2 at M3, makakamit mo ang nadagdagan na resolusyon ng motor sa pamamagitan ng microsteping. Kasama sa microstep ang pagpapadala ng iba't ibang mga pulses upang hilahin ang motor sa pagitan ng paglabas ng electromagnetic ng mga pisikal na magnet sa rotor, na nagbibigay ng tumpak na kontrol. Ang A4988 ay maaaring pumunta mula sa buong hakbang hanggang sa paglutas ng ikalabing siyam na hakbang. Sa aming 1.8 degree engine, magbibigay ito ng hanggang sa 3200 mga hakbang sa bawat rebolusyon. Pag-usapan ang maliit na detalye!
Mga Code / Aklatan
Ang pagkonekta ng mga motor ay maaaring maging madali, ngunit ano ang tungkol sa pagkontrol sa mga ito? Suriin ang mga yari na aklatang code ng code para sa control ng stepper motor:
Stepper - Ang klasikong itinayo sa Arduino IDE ay nagbibigay-daan sa iyo upang magsagawa ng isang pangunahing hakbang at kontrolin ang bilis ng pag-ikot.
Pabilisin ang stepper - Isang mas ganap na tampok na aklatan na nagbibigay-daan sa iyo upang mas mahusay na makontrol ang maraming mga makina at nagbibigay ng tamang pagpabilis at pagkabulok ng engine.
Intel C ++ MRAA Stepper - Ang isang mas mababang antas ng aklatan para sa mga nais na maghanap ng pamamahala ng raw C ++ stepper motor gamit ang Intel Edison.
Ang kaalamang ito ay dapat sapat para sa iyo upang maunawaan kung paano magtrabaho sa mga motor ng stepper sa electromekanikal na mundo, ngunit ito lamang ang simula.
