Jika anda pernah merasakan keseronokan membongkar pencetak lama untuk disimpan elektronik komponen, anda mungkin mengalami banyak motosikal misteri berbentuk silinder dengan 4 atau lebih wayar yang menonjol dari sisi. Adakah anda mendengar buzz tipikal pencetak 3D desktop atau simfoni elektromekanik buggy cakera dalam pemacu CD? Jika ya, maka anda menghadapi motor stepper!
Motor stepper membuat dunia elektromekanik berputar (dengan tork yang lebih tinggi!), Tetapi tidak seperti motor DC konvensional, mengawal motor stepper memerlukan lebih sedikit daripada arus melalui dua wayar. Artikel ini akan membincangkan teori reka bentuk dan operasi motor stepper. Sebaik sahaja kita mempertimbangkan asas-asas, penulis panduan ini akan menunjukkan bagaimana untuk membina litar mudah untuk mengawal motor stepper, dan kemudian bagaimana menggunakan microcircuits pemandu khas.
Langkah 1: Apa yang membuat motor motor stepper?
Siapa yang memerlukan lebih daripada dua wayar dan jambatan H? Mengapa? Nah, tidak seperti motor berus DC konvensional yang dibina untuk maksimum RPM (atau kV untuk RC), motor stepper adalah motor brushless yang direka untuk tork yang tinggi (kelajuan yang lebih rendah kemudiannya) dan pergerakan putaran yang lebih tepat. Walaupun motor DC biasa bagus untuk memutar kipas pada kelajuan tinggi untuk mencapai daya tarikan maksimum, motor stepper adalah lebih baik untuk melancarkan selembar kertas selari dengan mekanisme inkjet di dalam pencetak atau dengan berhati-hati memutarkan aci kereta api linear dalam kilang CNC.
Di dalam, motor stepper adalah lebih kompleks daripada motor DC yang mudah, dengan beberapa gegelung di sekeliling inti dengan magnet tetap, tetapi dengan ini menambahkan lagi kerumitan lebih banyak kawalan. Oleh kerana susunan gegelung yang berhati-hati dibina ke stator, pemutar motor stepper boleh berputar dengan langkah yang diberikan, mengubah polaritas di antara gegelung dan menukar polaritasnya mengikut skema pencucuhan yang ditetapkan. Motor stepper tidak semua dibuat sama, dan untuk pelaksanaan dalaman mereka unik (tetapi asas) diperlukan. Kami akan membincangkan jenis motor stepper yang paling biasa dalam langkah seterusnya.
Langkah 2: Jenis-jenis Stepper Motors
Terdapat beberapa reka bentuk motor stepper yang berbeza. Ini termasuk rintangan unipolar, bipolar, universal dan berubah-ubah. Kami akan membincangkan reka bentuk dan operasi motor bipolar dan unipolar, kerana ini adalah jenis motor yang paling biasa.
Motor Unipolar
Motor unipolar biasanya mempunyai lima, enam atau lapan lead wire yang berasal dari pangkalan, dan satu gegelung per fasa. Dalam kes motor lima wayar, dawai kelima adalah paip sentuhan yang terhubung pada pasangan gegelung. Dalam enjin enam dawai, setiap sepasang gegelung mempunyai sentuhan sentuhannya sendiri. Dalam enjin lapan-wayar, setiap sepasang gulungan sepenuhnya berasingan daripada yang lain, yang membolehkannya disambungkan dalam pelbagai konfigurasi. Kabel tambahan ini membolehkan anda memandu motor unipolar secara langsung dari pengawal luar dengan transistor mudah untuk mengawal setiap gegelung secara berasingan. Litar pencucuhan di mana setiap gegelung didorong menentukan arah putaran aci motor. Malangnya, memandangkan hanya satu gegelung dibekalkan pada satu masa, torsi memegang motor unipolar akan sentiasa kurang daripada motor bipolar dengan saiz yang sama. Bypassing paip pusat motor unipolar, kini boleh berfungsi sebagai motor bipolar, tetapi ini memerlukan skema kawalan yang lebih kompleks. Dalam langkah keempat artikel ini, kami akan memandu motor unipolar, yang perlu menjelaskan beberapa konsep yang dibentangkan di atas.
Motor bipolar
Motor bipolar biasanya mempunyai empat wayar dan lebih tahan lama daripada motor unipolar saiz perbandingan, tetapi kerana kita hanya mempunyai satu gegelung per fasa, kita perlu menghidupkan arus melalui gegelung untuk pergi satu langkah. Keperluan kita untuk menukar cara semasa kita tidak lagi dapat mengawal gegelung terus dengan satu transistor, sebaliknya litar h-jambatan lengkap. Membina jambatan h yang betul adalah membosankan (apatah lagi dua!), Jadi kami akan menggunakan pemandu motor bipolar yang berdedikasi (lihat Langkah 5).
Langkah 3: Memahami Spesifikasi Motor Stepper
Mari kita bercakap mengenai cara menentukan spesifikasi enjin. Sekiranya anda menjumpai enjin persegi dengan pemasangan tiga keping tertentu (lihat Rajah 3), kemungkinan enjin NEMA. Persatuan Kebangsaan Pengilang Elektrik mempunyai piawaian spesifik untuk spesifikasi motor yang menggunakan kod huruf mudah untuk menentukan diameter faceplate motor, jenis gunung, panjang, arus fasa, suhu operasi, voltan fasa, langkah per revolusi dan pendawaian.
Baca pasport enjin
Untuk langkah seterusnya, motor unipolar ini akan digunakan. Di atas ialah jadual data. Dan walaupun ia ringkas, ia memberikan kita semua yang kita perlukan untuk operasi yang betul. Mari lihat apa yang ada dalam senarai:
Fasa: Ini adalah motor unipolar empat fasa. Secara dalaman, enjin boleh mempunyai bilangan gegelung nyata, tetapi dalam kes ini, mereka dikelompokkan menjadi empat fasa, yang dapat dikawal secara bebas.
Sudut sudut: Dengan resolusi kira-kira 1.8 darjah satu langkah, kami mendapat 200 langkah setiap revolusi. Walaupun ini adalah resolusi mekanik, dengan bantuan persimpangan mikro kita dapat meningkatkan resolusi ini tanpa sebarang perubahan pada enjin (lebih lanjut mengenai ini dalam langkah 5).
Voltan: Voltan yang diberi nilai motor ini ialah 3 volt. Ini adalah fungsi semasa dan rintangan nominal motor (hukum Ohm's V = IR, oleh itu 3V = 2A * 1.5Ω)
Semasa: berapa jumlah semasa motor ini memerlukan? Dua ampere setiap fasa! Angka ini akan menjadi penting apabila memilih transistor kuasa kami untuk litar kawalan asas.
Rintangan: 1.5 ohms per fasa akan menghadkan apa yang kita dapat membekalkan kepada setiap fasa.
Induktans: 2.5 mH. Sifat induktif gegelung motor mengehadkan kelajuan mengecas gegelung.
Memegang masa: ini adalah berapa banyak daya sebenar yang kita boleh buat apabila voltan dikenakan kepada motor stepper.
Memegang masa: ini adalah apa yang memegang momen yang boleh kita harapkan dari enjin apabila ia tidak bertenaga.
Kelas penebat: Kelas B adalah sebahagian daripada piawaian NEMA dan memberi kita rating 130 darjah Celsius. Motor stepper tidak begitu cekap, dan pengambilan arus maksima bermakna bahawa ia akan menjadi sangat panas semasa operasi normal.
Petunjuk penggulungan: diameter dawai 0.644 mm., Bilangan pusingan diameter 15.5, seksyen salib 0.326 mm2
Pengenalan pasangan gegelung
Walaupun rintangan gegelung gegelung boleh berbeza dari motor ke motor, jika anda mempunyai multimeter, anda boleh mengukur rintangan pada mana-mana dua wayar, jika rintangan adalah <10 Ohms, anda mungkin menemui sepasang! Ini pada dasarnya merupakan proses ralat percubaan, tetapi ia harus berfungsi untuk kebanyakan mesin melainkan anda mempunyai nombor bahagian / spesifikasi.
Langkah 4: Kawalan langsung motor stepper
Oleh kerana lokasi wayar dalam motor unipolar, kita boleh secara serentak menghidupkan gegelung menggunakan hanya MOSFET kuasa mudah. Angka di atas menunjukkan litar mudah dengan transistor MOS. Pengaturan ini membolehkan anda mengawal tahap logik menggunakan mikropengawal luar. Dalam kes ini, cara paling mudah ialah menggunakan papan Intel Edison dengan papan patch berasaskan gaya. Arduinountuk mendapatkan akses mudah ke GPIO (bagaimanapun, mana-mana mikro dengan empat GPIO akan lakukan). MOSFET kuasa tinggi IRF510 N-saluran digunakan untuk litar ini. IRF510, mampu memakan hingga 5.6 ampere, akan mempunyai kuasa bebas yang mencukupi untuk memenuhi keperluan enjin ampere 2. LED tidak diperlukan, tetapi mereka akan memberikan pengesahan visual yang baik terhadap urutan kerja. Adalah penting untuk diperhatikan bahawa IRF510 mesti mempunyai tahap logik sekurang-kurangnya 5 V supaya dapat menggunakan arus yang cukup untuk motor. Kuasa enjin dalam litar ini akan menjadi 3 V.
Urutan kerja
Kawalan penuh motor unipolar dengan tetapan ini sangat mudah. Untuk memutarkan enjin, kita perlu menghidupkan fasa dalam mod yang diberikan supaya ia berputar dengan betul. Untuk memutarkan motor mengikut arah jam, kami akan mengawal fasa seperti berikut: A1, B1, A2, B2. Untuk memutarkan lawan jam, kita hanya menukar arah urutan kepada B2, A2, B1, A1. Ini bagus untuk mengawal asas, tetapi bagaimana jika anda mahukan lebih banyak ketepatan dan kurang kerja? Mari kita bercakap tentang menggunakan pemandu yang berdedikasi untuk membuat perkara lebih mudah!
Langkah 5: stepper motor driver board
Jika anda ingin mula mengawal motor bipolar (atau motor unipolar dalam konfigurasi bipolar), anda perlu mengambil papan kawalan pemandu khas. Gambar di atas menunjukkan Pemandu Besar Mudah dan papan pembawa untuk pemandu motor Stepper A4988. Kedua-dua papan ini adalah papan litar bercetak untuk pemacu motor stepper Allegro A4988 dua tiang microstep, yang merupakan salah satu cip paling biasa untuk memandu motor stepper kecil. Selain mempunyai jambatan dual h diperlukan untuk mengawal motor bipolar, papan ini menawarkan banyak pilihan untuk pembungkusan kecil dan murah.
Pemasangan
Papan universal ini mempunyai sambungan yang sangat rendah. Anda boleh mula mengawal enjin menggunakan hanya tiga sambungan (hanya dua GPIO) dengan pengawal utama anda: tanah biasa, padang dan arah. Langkah langkah dan arahnya tetap terapung, jadi anda perlu mengikat mereka ke voltan rujukan dengan perintang beban. Nadi yang dihantar ke pin STEP akan menggerakkan motor satu langkah pada resolusi sesuai dengan pin referensi microstep. Tahap logik di pin DIR menentukan sama ada motor akan berputar mengikut arah jam atau lawan jam.
Enjin mikrostep
Bergantung kepada bagaimana pin M1, M2 dan M3 dipasang, anda boleh mencapai peningkatan motor dengan microsteping. Microstep termasuk menghantar pelbagai denyutan untuk menarik motor antara resolusi elektromagnet magnet fizikal di rotor, menyediakan kawalan yang sangat tepat. A4988 boleh pergi dari langkah penuh ke resolusi langkah keenam belas. Dengan enjin 1.8 darjah kami, ini akan menyediakan sehingga 3200 langkah setiap revolusi. Bercakap tentang butiran kecil!
Kod / Perpustakaan
Menyambung motor boleh menjadi mudah, tetapi bagaimana dengan mengawalnya? Lihat perpustakaan kod siap sedia untuk kawalan motor stepper:
Stepper - Klasik yang dibina ke Arduino IDE membolehkan anda melakukan langkah asas dan mengawal kelajuan putaran.
Accel stepper - Perpustakaan lebih lengkap yang membolehkan anda mengawal lebih banyak enjin dan memberikan percepatan dan penurunan enjin yang betul.
Intel C ++ MRAA Stepper - Perpustakaan peringkat rendah bagi mereka yang ingin menyelidiki pengurusan mentah stepper C ++ mentah menggunakan Intel Edison.
Pengetahuan ini cukup untuk anda memahami bagaimana untuk bekerja dengan motor stepper di dunia elektromekanikal, tetapi ini hanya permulaan.
