Tekintsük a tranzisztorok villamos motorjait és az L298 mikroáramkört, megértjük a H-híd működési elvét. Megismerjük az L298 illesztőprogramjainak különböző motorokhoz és tápegységekhez való csatlakoztatásának jellemzőit, egyszerű kísérleteket hajtunk végre léptetőmotorokkal és egyenáramú motorokkal. Csatlakozás a Raspberry Pi -hez és az alapvető illesztőprogram -ellenőrző programokhoz.

Mi az a H-híd?

Szerszámgépek, robotok és más automatizált eszközök tervezésekor szükségessé válik az egyenáramú motor vagy a léptetőmotor tekercsek vezérlése. Annak érdekében, hogy a motor tekercselését szabályozni lehessen, és a tengelyét különböző irányokba forgassa, polaritásváltó kapcsolást kell végrehajtani. Erre a célra egy úgynevezett "H-hidat" használnak.

Miért ilyen név? - mert a motor bekapcsolására szolgáló áramkör és a kommutációs kapcsolók a latin H betűre emlékeztetnek. A H-híd működési elveit az alábbi ábra mutatja.

Rizs. 1. A H-híd működése, a motor kommutációjának elve a különböző irányú forgáshoz.

Amint láthatja, 4 kapcsoló segítségével különböző polaritásokkal csatlakoztathatjuk a motort az áramforráshoz, ami viszont a tengelyét különböző irányokban forgatja. A kapcsolók relékkel helyettesíthetők, vagy a tranzisztorok erős elektronikus kulcsaival.

Fontos megjegyezni, hogy NE engedje két kulcs bezárását a H-híd egyik oldalán, mivel rövidzárlat keletkezik; a hídáramkör tervezésekor ezt a szabályt logikába kell helyezni, és így védelmet kell végrehajtani.

Egy egyszerű H-híd diagramja szilícium tranzisztorokon

Egy egyszerű egyenáramú motor meghajtót (vagy léptetőmotor feltekerésére) összeszerelhet közönséges szilícium tranzisztorok használatával.

Rizs. 2. Egy egyszerű villanymotor -meghajtó sematikus diagramja szilícium tranzisztorokon.

Az ilyen meghajtó lehetővé teszi egy egyenáramú motor vezérlését legfeljebb 25 V (KT817A, KT816A) és legfeljebb 45 V (KT817B-G, KT816B-G) tápfeszültséggel, legfeljebb 3A áramerősséggel. A motor nagy működési és terhelési áramával a KT817 és KT816 kimeneti tranzisztorokat megfelelő méretű radiátorokra kell felszerelni.

A VD1-VD2 diódák telepítése szükséges, ezek szükségesek a kimeneti tranzisztorok védelméhez a fordított áramtól. Helyükre teheti a hazai KD105A -t vagy másokat nagyobb áramért.

Két ilyen áramkör (2x6 tranzisztor) összegyűjtésével léptetőmotort vagy két egyenáramú motort is vezérelhet.

Annak érdekében, hogy ne kerítse el a 12 tranzisztoros kertet, speciális mikroáramköröket használhat, az alábbiakban egy példát tekintünk egy L298 mikroáramkörrel és egy erre épülő blokkkal.

Chip L298, jellemzői és képességei

Az L298 integrált áramkör nagy teljesítményű univerzális hídmeghajtó egyenáramú motorok, léptetőmotorok, elektromágneses relék és elektromágnesek (mágnesszelepek) vezérlésére. A mikroáramkör két H-hidat tartalmaz, amelyek nagy teljesítményű tranzisztorokon készülnek, valamint TTL-kompatibilis logikát tartalmaz.

Rizs. 3. L298 mikroáramkör Multiwatt15 PowerSO20 tokokban.

Főbb műszaki jellemzők:

• Üzemi feszültség - akár 46V;
• Maximális egyenáram - 4A (radiátorral);
• Alacsony telítési feszültség;
• Túlmelegedés elleni védelem;
• Logika "0" = 1,5 V -ig terjedő feszültség.

Hol lehet alkalmazni az illesztőprogramot az L298 chipen? - néhány ötlet:

• Léptetőmotor vezérlés;
• Két egyenáramú motor vezérlése;
• Erős relék kapcsolótekercsei;
• Szolenoidok (elektromágnesek) szabályozása.

Ha megnézzük az L298 mikroáramkör blokkdiagramját, akkor valami hasonlót láthatunk a 2. ábrán látható áramkörhöz, csak további logikai kapukkal.

Rizs. 4. Az L298N mikroáramkör belső áramköre egy erős kettős H-híd.

Minden H -hídhoz 3 bemenetünk van: In1 - egyirányú feszültség ellátására, In2 - ellenkező irányba, és még egy En bemenet a híd kimeneti tranzisztorainak áramellátásához.

Így beállíthatjuk az áramlás irányát és szabályozhatjuk az ellátását (be- vagy kikapcsolás, valamint a PWM).

Meghajtó áramkör az L298 mikroáramkörön

Az alábbiakban egy egyszerű áramkör látható az L298N mikroáramkör motorvezérlőjének. A vezérlés négy vezetéken keresztül történik (az L298 esetében hat helyett), köszönhetően a CD4011 mikroáramkörben található további invertereknek.

Rizs. 5. Az L298N mikroáramkörön lévő villamos motor meghajtójának sematikus rajza.

Mindkét áramkör logikájának táplálásához +5 V (P2) stabilizált feszültségre van szüksége, használhat beépített stabilizátort, például L7805, vagy a logikát a meglévő + 5 V -os tápvezetékről. A motorok tápfeszültségének ellátására külön P1 tápvezetéket használnak.

A P4, P5 csapok mindegyik csatorna polaritásának beállítására szolgálnak, a P6, P7 csapok pedig lehetővé teszik a tápellátást a belső H -híd szakaszaihoz (kapcsolói) minden csatorna esetében.

A CD4011 mikroáramkör a hazai K176LA7 -re cserélhető. A Schottky diódák más, 35V / 4A vagy több névleges értékkel is szállíthatók. Ha nem tervezik a motortekercsek (motorok) áramának korlátozását, akkor az R9-R10 kis ellenállású korlátozó ellenállások kizárhatók az áramkörből, ha áthidalókkal helyettesítik őket.

Az interneten kész modult rendelhet az L298-hoz, bár 6 vezérlőbemenettel rendelkezik.

Rizs. 6. Kész modulok az L298 -hoz.

Az én igényeimhez a bal oldali ábrán látható típusú kész modult vásároltam. Tartalmaz egy L298 mikroáramkört és egy kis stabilizátort, amely + 5 V -ot táplál a mikroáramkör logikájához.

A sál összekapcsolásához fontos, hogy világosan megértsük az egyik jellemzőt:

• Ha a motorok táplálásához 12 V -nál nagyobb feszültséget használnak, akkor a jumpert el kell távolítani, és külön kell szállítani 5 V -ot a dedikált csatlakozóhoz
• Ha a motorok 5-12 V feszültségről kapnak energiát, akkor a jumpert telepíteni kell, és nincs szükség további 5 V-os tápellátásra.

Ha például 20 V -ot alkalmaz a motorokra, és hagyja a jumpert telepítve, akkor az 5 V -os stabilizátor mikroáramkör kiég a modulon. Nem világos, hogy a fejlesztők miért nem telepítettek szélesebb bemeneti feszültségtartományú integrált stabilizátort.

Annak érdekében, hogy két bemenetet menthessen, amikor egy ilyen blokkot csatlakoztat egy Arduino vagy Raspberry Pi -hez, hozzáadhatja az áramkör egy részét a CD4001 -hez, mint az 5. ábrán.

L298 + egyenáramú motorok + Raspberry Pi

Ehhez a kísérlethez két egyenáramú motort csatlakoztattak az L298 modulhoz. A teljes modult egyetlen 6 V -os akkumulátor táplálja. Mivel ez a feszültség kisebb, mint 12 V (lásd a fenti leírást), a belső stabilizátor áthidalóját telepítve hagyjuk, és nincs szükség további + 5 V -os tápellátásra a logika számára.

A kimeneti hidak áramellátását lehetővé tevő "ENA" és "ENB" áthidalók maradnak beállítva. Így az egyes motorok vezérléséhez a fennmaradó négy bemenetet használjuk: IN1, IN2, IN3, IN4.

A modul áramellátásának bekapcsolása után a LED kigyullad, most felváltva alkalmazhatunk + 5V -ot mindegyik bemenetre, és láthatjuk, hogyan fognak forogni a motorjaink.

Hol lehet kapni + 5V -ot? - ebben az esetben ez a feszültség a tápcsatlakozón van, a jobb oldalon a GND közelében. A vizsgálathoz használjon egy darab drótot - egy jumpert.

Most csatlakoztassuk a modulunkat a Raspberry Pi -hez, és írjunk egy egyszerű Python tesztprogramot. A modul csatlakoztatásához a GPIO csapokat használtam a következő levelezésben:

Rizs. 7. L298 + Raspberry Pi + DC motorok.

A mini számítógépemet egy lefelé kapcsoló kapcsoló szabályozó táplálja egy második 6 V-os elemről. Térjünk rá egy program megírására kísérletünkhöz, célunk az, hogy az egyes motorok tengelyének forgását a Raspberry Pi -hez csatlakoztatott billentyűzet segítségével vagy távolról SSH, VNC segítségével vezéreljük.

Most próbáljunk ki egy egyszerű, Pythonban írt programot, amely segít megérteni az egyenáramú motor vezérlésének elvét.

Betöltjük a málnát, megnyitjuk a terminált, vagy SSH segítségével távolról csatlakozunk hozzá. Hozzon létre egy új fájlt, és nyissa meg szerkesztésre a következő paranccsal:

Nano /home/pi/l298_dc_motors_test.py

Illessze be az alábbi Python szkript kódot a szerkesztőbe:

#! / usr / bin / env python # - * - kódolás: utf -8 - * - importálási idő importálása RPi.GPIO mint GPIO # Készítse elő a GPIO csapokat. GPIO.cleanup () GPIO.setmode (GPIO.BCM) GPIO.setup (4, GPIO.OUT) GPIO.output (4, GPIO.LOW) GPIO.setup (17, GPIO.OUT) GPIO.output (17, GPIO .LOW) # Kapcsolja be az 1 -es motor forgását egy irányba. GPIO. output (4, GPIO.HIGH) # várjon 5 másodpercet. time.sleep (5) # Kapcsolja ki az 1. motort. GPIO.output (4, GPIO.LOW) # várjon 10 másodpercet. time.sleep (10) # Kapcsolja be az 1 -es motor forgását az ellenkező irányba. GPIO.output (17, GPIO.HIGH) # várjon 5 másodpercet. time.sleep (5) # Kapcsolja ki az 1. motort. GPIO. output (17, GPIO.LOW)

Lépjen ki a szerkesztőből, és mentse a fájlt. Futtathatóvá tesszük a szkriptet, és futtatjuk:

Chmod + x /home/pi/l298_dc_motors_test.py /home/pi/l298_dc_motors_test.py

A forgatókönyv elindítása után az egyik motor öt másodpercig forogni kezd egy irányba, majd kikapcsol, és 10 másodperc múlva 5 másodpercig a másik irányba.

Az alábbiakban egy összetettebb és funkcionálisabb példa látható egy olyan programra, amely kölcsönhatásba lép a felhasználóval, és lehetővé teszi két villanymotor interaktív vezérlését. Az első parancsfájlhoz hasonlóan a program menthető ugyanabba a fájlba, vagy egy új, külön létrehozott fájlba.

Fontos, hogy ebben a kódpéldában tiszteletben tartják a behúzást, erről már írtam korábban.

#! / usr / bin / env python # - * - kódolás: utf -8 - * - import os import sys import átok import idő import RPi.GPIO GPIO # Állítsa be a GPIO pin számokat, amelyekkel dolgozni fogunk M1_RIGHT = 4 M1_LEFT = 17 M2_RIGHT = 28 portokban: # Állítsa be a tűt a pin + alacsony szintre "0" GPIO.setup (port, GPIO.OUT) GPIO.output (port, GPIO.LOW) # Funkció alacsony szint beállítására minden érintkezőn (ki) def stop_all () : GPIO .output (M1_LEFT, GPIO.LOW) GPIO.output (M1_RIGHT, GPIO.LOW) GPIO.output (M2_LEFT, GPIO.LOW) GPIO.output (M2_RIGHT, GPIO.LOW) # A motorok forgásának vezérlése. def rotate (motor = 1, mode = "s"): # Kapcsolja ki az összes csap stop_all () # Az 1. motorhoz, ha motor == 1: ha mód == "r": # Állítsa be a magas szintet az M1_RIGHT ( 4) GPIO.output (M1_RIGHT, GPIO.HIGH) elif mód == "l": # Telepítés magas szint a M1_LEFT (17) érintkezőn "l": GPIO.output (M2_LEFT, GPIO.HIGH) # A GPIO csapok beállításának inicializálása (M1_RIGHT, M1_LEFT, M2_RIGHT, M2_LEFT) # Képernyő inicializálása (átkok modul) stdscr = curses.initscr () # Válasz a billentyűleütésekre megerősítés nélkül ENTER curses.cbreak () # Engedélyezze a nyilak használatát a billentyűzeten stdscr.keypad (1) # Ne blokkolja a programot idő szerint, amikor lekérdezési eseményeket végez , "Kilépés" q "a kilépéshez") stdscr.addstr (2, 10, "A - M1 Left, D - M1 Right") stdscr.addstr (3, 10, "< - M2 Left, >- M2 Jobb ") stdscr.addstr (4, 10," S - stop ") stdscr.refresh () # Főhurok, míg True: # Szerezze be a billentyűkódot, és ellenőrizze: key = stdscr.getch () if key! = - 1: # Ha a billentyű "bal nyíl", akkor forgassa el a 2 csúszkát balra, ha a billentyű == átkozódik.KEY_LEFT: # Jelenítse meg az "M2 sort<---" в позиции 6, 10 stdscr.addstr(6, 10, "M2 <---") rotate(2, "l") # Если клавиша "стрелка вправо" то вращаем движок 2 вправо elif key == curses.KEY_RIGHT: stdscr.addstr(6, 10, "M2 --->") rotate (2," r ") # Ha a kulcs" a ", akkor forgassa el a csúszkát 1 balra az elif billentyűhöz == ord (" a "): stdscr.addstr (6, 10," M1<---") rotate(1, "l") # Если клавиша "d" то вращаем движок 1 вправо elif key == ord("d"): stdscr.addstr(6, 10, "M1 --->") rotate (1," r ") # Ha a kulcs" s ", akkor állítsa le az összes motort elif kulcs == ord (" s "): stdscr.addstr (6, 10," STOP 12 ") stop_all () # Ha az "s" gomb, akkor lépjen ki a programból elif kulcs == ord ("q"): # A korábbi terminál beállítások visszaállítása ("clear") sys.exit () # Frissítse a képernyőn megjelenő szöveget, és tegyen rövid késleltetést stdscr.refresh () time.sleep (0.01)

A szkript futtatásával megnyomhatja a "bal" és "jobb" billentyűzet nyilait, valamint az "A" és "D" betűkkel ellátott billentyűket - a motoroknak váltakozva és különböző irányokban kell forogniuk, és a program megjeleníti jelenlegi üzemmódjukat.

Rizs. 8. Python program motorok vezérlésére az L298 illesztőprogram segítségével (Konsole terminál, KDE).

Az alábbi videó bemutatja a kísérlet működését:

Mi a léptetőmotor, a léptetők típusai

Léptetőmotor(azoknak, akik nem tudják) - ez egy elektromos motor, amelyben nincs kefe és tekercs az állórészen (armatúra), ezek a forgórészen vannak, és úgy vannak elhelyezve, hogy mindegyik az áramforrást, rögzítjük a forgórészt (tegyünk egy lépést). Ha felváltva feszültséget ad a tekercsekre a kívánt polaritással, akkor a motort a kívánt irányba forgathatja (egymást követő lépésekkel).

A léptetőmotorok megbízhatóak, ellenállnak a kopásnak, és lehetővé teszik a forgás bizonyos szögben történő szabályozását; ezeket használják a folyamat automatizálásában, a gyártásban, az elektronikus számítástechnikai berendezésekben (CD-DVD-meghajtók, nyomtatók, fénymásolók) stb.

Az ilyen típusú motorok a következők:

• Kétpólusú-2 tekercs, minden fázishoz egy, a vezérléshez használhat áramkört 2 H-hídhoz vagy egy félhídhoz bipoláris tápegységgel;
• Unipoláris- 2 tekercselés, mindegyik középső csapdal, kényelmes a fázisok váltása az egyes tekercsek felének cseréjével, egyszerűsíti a meghajtó áramkört (4 gomb), és polárisként is használható anélkül, hogy tekercsek;
• Négy tekercseléssel- univerzális, a tekercsek megfelelő módon történő csatlakoztatásával unipoláris vagy unipoláris motorként is használható.

Rizs. 9. A léptetőmotorok típusai: bipoláris, unipoláris, négy tekercseléssel.

A használt motortípust általában a tokján lévő vezetékek száma alapján lehet meghatározni, és az sem árt, ha az összes vezetéket tesztelővel csengeti, hogy megállapítsa, vannak -e kapcsolatok a tekercsek között.

L298 + léptetőmotor + Raspberry Pi

Most csatlakoztassunk egy léptetőmotort, az én esetemben egy bipoláris erős léptetőmotort használunk, amelyet egy régi pontmátrix nyomtatóból vettünk.

Egy bipoláris motor csatlakoztatásához két meghajtó kimenetre lesz szüksége az L298-on (két H-híd). Ehhez a kísérlethez az L298 modult ugyanúgy kell csatlakoztatni a Raspberry Pi -hez, mint a c opcióban.

Először is kísérletezhet málna nélkül - váltakozva 5 V feszültséget adjon az L298 modul bemeneteire, és nézze meg, hogyan hajtja végre a motor tengelyét.

Valójában egy málna segítségével felváltva és némi késéssel impulzusokat fogunk alkalmazni a motor tekercselésére, ami a tengelyét a szükséges irányba és a kívánt sebességgel forgatja.

Rizs. 10. Bipoláris léptetőmotor csatlakoztatása az L298 modulhoz a Raspberry Pi segítségével történő vezérléshez.

Ha minden össze van kapcsolva, akkor kísérletezzen egy egyszerű Python tesztprogrammal, amely segít megérteni, hogyan kell dolgozni a léptetőmotorokkal az L298 + Raspberry Pi segítségével.

Hozzunk létre egy fájlt a szkripthez, és nyissuk meg szerkesztésre:

Nano /home/pi/l298_stepper_motor_test.py

Illessze be a következő Python -parancsfájl -kódot a szerkesztőbe :

#! / usr / bin / env python # - * - kódolás: utf -8 - * - importálási idő importálása RPi.GPIO mint GPIO # Készítse elő a GPIO csapokat. GPIO.cleanup () GPIO.setmode (GPIO.BCM) GPIO.setup (4, GPIO.OUT) GPIO.output (4, GPIO.LOW) GPIO.setup (17, GPIO.OUT) GPIO.output (17, GPIO .LOW) GPIO.setup (27, GPIO.OUT) GPIO.output (27, GPIO.LOW) GPIO.setup (22, GPIO.OUT) GPIO.output (22, GPIO.LOW) # A lépések közötti késleltetés, mp ... step_timeout = 0.0105 # Az impulzus időtartama, mp. impulzus_időzítés = 0.008 # 1. lépés. GPIO.output (4, GPIO.HIGH) time.sleep (impulzus_időzítés) GPIO.output (4, GPIO.LOW) time.sleep (step_timeout) # 2. lépés. GPIO.output (17, GPIO .HIGH) time.sleep (impulzus_időzítés) GPIO.output (17, GPIO.LOW) time.sleep (step_timeout) # 3. lépés. GPIO.output (27, GPIO.HIGH) time.sleep (impulzus_időzítés) GPIO.output (27 , GPIO.LOW) time.sleep (step_timeout) # 4. lépés. GPIO.output (22, GPIO.HIGH) time.sleep (impulse_timeout) GPIO.output (22, GPIO.LOW) time.sleep (step_timeout) # Várakozás 10 másodpercig. time.sleep (10) # 20 alkalommal, 4 lépés egy ciklusban. i esetén a (0,20) tartományban: GPIO.kimenet (4, GPIO.HIGH) time.sleep (impulzus_időzítés) GPIO.output (4, GPIO.LOW) time.sleep (step_timeout) GPIO.output (17, GPIO. HIGH) time.sleep (impulzus_időzítés) GPIO.output (17, GPIO.LOW) time.sleep (step_timeout) GPIO.output (27, GPIO.HIGH) time.sleep (impulzus_időzítés) GPIO.output (27, GPIO.LOW) idő. sleep (step_timeout) GPIO.output (22, GPIO.HIGH) time.sleep (impulse_timeout) GPIO.output (22, GPIO.LOW) time.sleep (step_timeout)

Futtathatóvá tesszük a fájlt a szkripttel, és futtatjuk végrehajtásra:

Chmod + x /home/pi/l298_stepper_motor_test.py /home/pi/l298_stepper_motor_test.py

A szkript elindítása után a léptetőmotornak 4 lépést kell megtennie (egy irányba forgatni), majd 10 másodperc várakozás után újra elkezdi forgatni és 20 * 4 lépést kell megtennie.

Most nézzünk egy példát egy interaktív programra, amely lehetővé teszi a léptetőmotor forgásirányának és sebességének (egymást követő lépések) vezérlését a billentyűzet segítségével.

#! / usr / bin / env python # - * - kódolás: utf -8 - * - import os import sys import átok import idő import RPi.GPIO mint GPIO # Funkció a GPIO pins def beállításának előkészítésére ( * portok): GPIO. cleanup () # Mód a csapok név szerinti elnevezésére, nem a GPIO fórumon lévő szám szerint. setmode (GPIO.BCM) a portok portjain: # Tű beállítása pin + alacsony szintű "0" GPIO.setup (port, GPIO.OUT ) GPIO.output (port, GPIO.LOW) # Funkció impulzus alkalmazására a tűn némi késéssel (1 lépés) def impulzus (port = 0): GPIO.output (port, GPIO.HIGH) # Állítsa be az időtúllépés értékét hogy elég legyen egy lépésre time.sleep (0.008) GPIO.output (port, GPIO.LOW) time.sleep (timeout) # Telepítjük a szükséges GPIO pin beállításokat (4, 17, 27, 22) # Késleltetés a lépések között ( alapértelmezett) timeout = 0.0105 # Forgásirány (alapértelmezett) direction = "r" # Inicializálja a képernyőt (átkok modul) stdscr = curses.initscr () # Válaszoljon a gombnyomásokra megerősítés nélkül az ENTER curses használatával. cbreak () # A használat engedélyezése a nyilak billentyűzet stdscr.keypad (1) # Ne blokkolja a programot idő szerint, amikor lekérdezi az eseményeket stdscr.nodelay (1) # Az alapértelmezett adatok megjelenítése a képernyőn stdscr.addstr (0, 10, "Kilépés" q "kilépéshez)) stdscr .addstr (2, 10, "--->") stdscr.addstr (3, 10, "Timeout:" + str (timeout)) stdscr.refresh () # Főhurok, míg True: # Impulzusok forgatása motortengely jobbra, ha irány == "r": impulzus (4) impulzus (17) impulzus (27) impulzus (22) # Impulzuskészlet a motortengely bal elif irányába történő elforgatásához == "l": impulzus (22) impulzus (27) impulzus (17) impulzus (4) # Olvassa el a gombnyomási kódot, és ellenőrizze, hogy key = stdscr.getch () ha kulcs! = -1: # A "bal" gomb megváltoztatja a forgás irányát: BALRA, ha a kulcs == átok. KEY_LEFT: # jelenítse meg a szöveget "<---" в позиции экрана 2, 10 stdscr.addstr(2, 10, "<---") # Изменим значение переменной с направлением вращения direction = "l" # Клавиша "вправо" меняет направление вращения: ВПРАВО elif key == curses.KEY_RIGHT: stdscr.addstr(2, 10, "--->") direction =" r " # Fel billentyű felgyorsítja az elif billentyű elfordítását == átkok.KEY_UP: # Csökkentse a lépések közötti késleltetést timeout = timeout - 0.0005 # Le gomb lelassítja az elif gombot == átkok.KEY_DOWN: # Növelje a késleltetést lépések timeout = timeout + 0.0005 # A "q" gomb kilép a programból elif kulcs == ord ("q"): stdscr.keypad (0) curses.echo () curses.endwin () os.system ("clear") sys.exit () # Győződjön meg arról, hogy a késleltetési idő nem haladja meg a 0 -t, ha az időtúllépés<= 0: timeout = 0.0005 # Обновляем текст на экране stdscr.addstr(3, 10, "Timeout: " + str(timeout)) stdscr.refresh() time.sleep(0.01)

Most rákattintunk a bal és jobb nyílbillentyűkre, és megnézzük, hogyan fog változni a motortengely forgásiránya, és amikor megnyomja a fel és le gombokat, a sebesség ennek megfelelően nő és csökken.

Ha a motor nem forog, akkor lehetséges, hogy meg kell változtatnia a polaritást, amikor az egyik tekercset a modulhoz L298 -ra csatlakoztatja.

Rizs. 11. Bipoláris léptetőmotor -vezérlő program, L298, Raspberry Pi.

Videó bemutató a léptetőmotor működéséről:

Következtetés

Remélem, választ kapott a "mi az a H-híd és hogyan működik" kérdésre, a kísérletekből világossá kell tenni, hogyan kell használni az illesztőprogramot az L298 mikroáramkörön, és különböző motorokat csatlakoztatni hozzá.

Fontos megjegyezni, hogy az interneten kész könyvtárakat és szkripteket talál a Pythonban a kényelmes motorvezérléshez az L298-as H-hídjával a Raspberry Pi segítségével.

A léptetőmotorokat ma sok ipari alkalmazásban használják. Az ilyen típusú motorokat megkülönbözteti az a tény, hogy lehetővé teszik a munkaterület nagy pozicionálási pontosságának elérését más típusú motorokhoz képest. Nyilvánvaló, hogy a léptetőmotor működéséhez pontos automatikus vezérlésre van szükség. E célból szolgálnak léptetőmotoros vezérlők, biztosítva az elektromos hajtások megszakítás nélküli és pontos működését különböző célokra.

Nagyjából a léptetőmotor működési elve a következőképpen írható le. A léptetőmotoros rotor minden teljes fordulata több lépésből áll. A léptetőmotorok túlnyomó részét 1,8 fokos lépésekre tervezték, és 200 lépés van a teljes forradalomhoz. A hajtómű lépésről lépésre változtatja a helyzetét, amikor egy tápfeszültséget egy adott állórésztekercsre helyeznek. A forgásirány a tekercsben lévő áram irányától függ.

A következő lépés az első tekercs kikapcsolása, a második áramellátása, és így tovább, ennek eredményeként, minden egyes tekercs kidolgozása után a forgórész teljes fordulatot fog végezni. De ez egy durva leírás, valójában az algoritmusok némileg bonyolultabbak, és ezt később tárgyaljuk.

Léptetőmotor -vezérlő algoritmusok

A léptetőmotoros vezérlés a négy fő algoritmus egyikének megfelelően valósítható meg: váltakozó fázisú kapcsolás, fázisátfedés-szabályozás, féllépcsős vezérlés vagy mikrolépcsős vezérlés.

Az első esetben minden egyes pillanatban csak az egyik fázis kap energiát, és a motor forgórészének egyensúlyi pontjai minden lépésben egybeesnek a legfontosabb egyensúlyi pontokkal - a pólusok egyértelműen kifejezettek.

A fázisátfedés-szabályozás lehetővé teszi, hogy a rotor lépéseket tegyen az állórész pólusai között, ami 40% -kal növeli a nyomatékot a nem fázisú átfedés-szabályozáshoz képest. A dőlésszög megmarad, de a reteszelési helyzet eltolódik - az állórész pólusai között helyezkedik el. Ezt az első két algoritmust olyan elektromos berendezésekben használják, ahol nincs szükség nagyon nagy pontosságra.

A féllépcsős vezérlés az első két algoritmus kombinációja: egy lépésen keresztül egy vagy két fázis (tekercselés) kap áramot. A lépés mérete felére csökken, a pozicionálási pontosság nagyobb, és a mechanikus rezonancia valószínűsége a motorban csökken.

Végezetül a mikrolépés mód. Itt a fázisokban az áram nagyságrendben változik, így a forgórész rögzítésének lépéseenkénti helyzete a pólusok közötti pontra esne, és az egyidejűleg bekapcsolt fázisokban lévő áramok arányától függően több ilyen lépés is lehetséges kapott. Az áramok arányának beállításával, a működési arányok beállításával mikroszkópokat kapunk - a forgórész legpontosabb elhelyezését.

További részletek a diagramokkal itt:

A kiválasztott algoritmus gyakorlati megvalósításához alkalmazza léptetőmotoros vezető... Az illesztőprogram tartalmazza a tápegységet és a vezérlőt.

A meghajtó erő része, amelynek feladata, hogy a fázisokhoz táplált áramimpulzusokat rotormozgásokká alakítsa át: egy impulzus - egy pontos lépés vagy egy mikrolépés.

Az áram iránya és nagysága - a lépés iránya és nagysága. Vagyis a tápegység feladata, hogy bizonyos nagyságú és irányú áramot biztosítson a megfelelő állórész tekercseléséhez, tartsa ezt az áramot egy ideig, és gyorsan be- és kikapcsolja az áramokat, hogy a sebesség és a teljesítmény a hajtás jellemzői megfelelnek a feladatnak.

Minél tökéletesebb a hajtómű teljesítménye, annál nagyobb nyomaték érhető el a tengelyen. Általánosságban elmondható, hogy a léptetőmotorok és meghajtóik fejlesztésében a fejlődés tendenciája az, hogy jelentős működési nyomatékot nyerünk kis méretű, nagy pontosságú motorokból, és ezzel egyidejűleg fenntartjuk a magas hatásfokot.

Léptetőmotor vezérlő

A léptetőmotoros vezérlő a rendszer intelligens része, amelyet általában egy mikrokontroller alapján készítenek, az átprogramozás lehetőségével. A vezérlő felelős azért, hogy melyik pillanatban, melyik tekercseléshez, mennyi ideig és mennyi áramot szállítanak. A vezérlő vezérli a vezető hajtóművének működését.

A fejlett vezérlők PC -hez vannak csatlakoztatva, és PC -vel valós időben beállíthatók. A mikrokontroller többszörös újraprogramozásának lehetősége mentesíti a felhasználót attól, hogy a feladat beállításakor minden alkalommal új vezérlőt kell vásárolnia - elegendő a meglévőt újrakonfigurálni, ez a rugalmasság, a vezérlő könnyen programozhatóan új irányba állítható, hogy új funkciókat.

A piacon manapság a különböző gyártók léptetőmotor -vezérlőinek széles választéka áll rendelkezésre, amelyeket a funkciók bővítésének lehetőségei különböztetnek meg. A programozható vezérlők programfelvételt jelentenek, és néhány programozható logikai blokkot is tartalmaz, amelyekkel rugalmasan konfigurálható a léptetőmotor vezérlő algoritmusa egy adott technológiai folyamathoz.

Vezérlő képességek

A léptetőmotoros vezérlés vezérlővel nagy pontosságot tesz lehetővé, akár 20 000 mikroszkópot fordulatonként. Ezenkívül a vezérlés elvégezhető mind közvetlenül számítógépről, mind az eszközbe fűzött program vagy a memóriakártyáról származó program miatt. Ha a paraméterek változnak a feladat végrehajtása során, akkor a számítógép lekérdezheti az érzékelőket, figyelheti a változó paramétereket, és azonnal megváltoztathatja a léptetőmotor üzemmódját.

A kereskedelemben kapható léptetőmotor -vezérlőegységek a következőkhöz vannak csatlakoztatva: áramforrás, vezérlőgombok, óraforrás, potenciométer a lépés beállításához stb. Az ilyen blokkok lehetővé teszik a léptetőmotor gyors integrálását az ismétlődő ciklusos berendezésekbe feladatok kézi vagy automatikus vezérléssel ... A külső eszközökkel való szinkronizálás és az automatikus be-, kikapcsolás és vezérlés támogatása a léptetőmotoros vezérlőegység kétségtelen előnye.

Az egység közvetlenül számítógépről vezérelhető, ha például programot kell reprodukálni, vagy kézi üzemmódban további külső vezérlés nélkül, azaz önállóan, ha a léptetőmotor tengelyének forgásirányát a a fordított szenzor, és a fordulatszámot egy potenciométer szabályozza. A vezérlőegységet a használni kívánt léptetőmotor paraméterei alapján választják ki.

A cél jellegétől függően a léptetőmotoros vezérlés módját választják. Ha egy kis teljesítményű elektromos hajtás egyszerű vezérlését kell beállítania, amikor minden egyes pillanatban egy impulzust alkalmaznak egy állórész tekercsre: a teljes fordulathoz mondjuk 48 lépés szükséges, és a rotor 7,5 mozog fok minden lépésnél. Ebben az esetben az egyetlen impulzus üzemmód megfelelő.

A nagyobb nyomaték eléréséhez kettős impulzust használnak - impulzuson keresztül két szomszédos tekercsbe táplálják be egyidejűleg. És ha 48 lépésre van szükség a teljes forradalomhoz, akkor ismét 48 ilyen kettős impulzusra van szükség, mindegyik 7,5 fokos lépéshez vezet, de 40% -kal nagyobb nyomatékkal, mint egyetlen impulzus módban. Mindkét módszer kombinálásával 96 impulzust kaphat a lépések elosztásával - lépésenként 3,75 fokot kap - ez egy kombinált vezérlési mód (fél lépés).

A léptetőmotorok megtalálhatók az autókban, nyomtatókban, számítógépekben, mosógépekben, elektromos borotvákban és sok más mindennapi eszközben. Sok rádióamatőr azonban még mindig nem tudja, hogyan kell működtetni egy ilyen motort, és miről is van szó. Tehát nézzük meg, hogyan kell használni a léptetőmotort.

A léptetőmotorok a kefe nélküli motorok néven ismert motorosztály részét képezik. A léptetőmotoros tekercsek az állórész részét képezik. A forgórészen állandó mágnes, vagy változó ellenállású esetekben lágy mágneses anyagból készült fogazott tömb található. Minden kommutációt külső áramkörök végeznek. Általában a motorvezérlő rendszert úgy tervezték, hogy a forgórészt bármilyen rögzített helyzetbe lehessen állítani, vagyis a rendszert helyzet szerint vezéreljék. A forgórész ciklikus pozicionálása a geometriájától függ.

A léptetőmotorok típusai

A léptetőmotoroknak három fő típusa létezik: változó induktivitású, állandó mágneses és hibrid motorok.

Változtatható induktív motorok csak a központi tengelyen keletkező mágneses teret használja, amely elfordul, és összhangban van az elektromágnesek feszültségével.

Állandó mágneses motorok hasonló hozzájuk, kivéve, hogy a központi tengely polarizált az északi és a déli mágneses póluson, amely ennek megfelelően forgatja, attól függően, hogy mely elektromágneseket kapcsolják be.

Hibrid motor A két előző kombinációja. Mágnesezett központi tengelye két fogsorral rendelkezik két mágneses pólushoz, amelyek ezután a fogakkal egy vonalba esnek az elektromágnesek mentén. A középső tengely kettős fogsorának köszönhetően a hibrid motor a legkisebb elérhető lépcsőmérettel rendelkezik, ezért az egyik legnépszerűbb léptetőmotor.

Két további léptetőmotor is létezik: egypólusúés kétpólusú... Alapvetően ez a két típus pontosan ugyanúgy működik; az elektromágneseket sorba kapcsolják, aminek következtében a motor központi tengelye forog.

De az unipoláris léptetőmotor csak pozitív feszültséggel működik, a bipoláris léptetőmotornak pedig két pólusa van - pozitív és negatív.

Vagyis a tényleges különbség a két típus között az, hogy az egypólusúak mindegyik tekercs közepén egy extra vezetéket igényelnek, amely lehetővé teszi az áram áramlását a tekercs egyik végébe vagy a másikba. Ez a két ellentétes irány a mágneses tér két polaritását hozza létre, hatékonyan szimulálva a pozitív és a negatív feszültséget.

Bár mindkettőnek 5 V -os tápfeszültsége van, a bipoláris léptetőmotor nagyobb nyomatékkal rendelkezik, mivel az áram az egész tekercsen keresztül áramlik, és erősebb mágneses teret hoz létre. Másrészről, az egypólusú léptetőmotorok csak a tekercs hosszának felét használják fel a tekercs közepén lévő extra huzal miatt, ami azt jelenti, hogy kevesebb nyomaték áll rendelkezésre a tengely helyén tartásához.

A különböző léptetőmotorok különböző számú vezetéket tartalmazhatnak, általában 4, 5, 6 vagy 8. A 4 vezetékes vezetékek csak a bipoláris léptetőmotorokat támogathatják, mivel nincs középső vezetékük.

5 és 6 huzalos mechanizmusok használhatók mind unipoláris, mind bipoláris léptetőmotorokhoz, attól függően, hogy a középső vezetéket mindegyik tekercsen használják -e vagy sem. Az 5 vezetékes konfiguráció feltételezi, hogy a két tekercs középső vezetéke belsőleg össze van kötve.

A léptetőmotorok vezérlésének többféle módja van - teljes lépés, féllépés és mikrolépés. Ezen stílusok mindegyike különböző nyomatékokat, dőlésszögeket és méreteket kínál.

Teljes lépés- egy ilyen hajtásnak mindig két elektromágnese van. A tengely forgatásához kapcsolja ki az egyik elektromágnest, majd kapcsolja be az elektromágnest, aminek következtében a tengely egy fog 1/4 részével forog (legalábbis a hibrid léptetőmotoroknál). Ez a stílus a legerősebb nyomatékkal, de a legnagyobb lépésmérettel is rendelkezik.

Fél lépés... A központi tengely forgatásához az első elektromágnes feszültséget kap első lépésként, majd a második is, és az első még mindig fut a második lépcsőn. A harmadik lépésben az első elektromágnest kikapcsolják, a negyedik lépést pedig a harmadik elektromágnes felé fordítják, és a második elektromágnes továbbra is működik. Ez a módszer kétszer annyi lépést használ, mint a teljes lépés, de kisebb nyomatékkal is rendelkezik.

Mikroszlépés a legkisebb lépésméret a stílusok közül. Az ehhez a stílushoz tartozó nyomaték attól függ, hogy egy adott pillanatban mennyi áram folyik át a tekercseken, de ez mindig kisebb lesz, mint egy teljes lépés.

Léptetőmotorok kapcsolási rajza

Léptetőmotor vezetéséhez szüksége van vezérlő... A vezérlő egy áramkör, amely feszültséget szolgáltat a négy állórész tekercs bármelyikéhez. A vezérlőáramkörök meglehetősen bonyolultak a hagyományos elektromos motorokhoz képest, és számos funkcióval rendelkeznek. Itt nem vesszük figyelembe őket részletesen, hanem egyszerűen egy töredékét közöljük egy népszerű vezérlőnek az ULN2003A -n.

Általánosságban elmondható, hogy a léptetőmotorok nagyszerű módja annak, hogy valamit pontos szögméretre fordítsunk nagy nyomatékkal. További előnyük, hogy a forgás sebességét szinte azonnal elérhetjük a forgásirány ellentétes irányú megváltoztatásával.

A léptetőmotorokat már régóta sikeresen használják sokféle eszközben. Megtalálhatók lemezmeghajtókban, nyomtatókban, plotterekben, szkennerekben, faxokban, valamint különféle ipari és speciális berendezésekben. Jelenleg sokféle léptetőmotor áll rendelkezésre minden alkalomra. A megfelelő motortípus kiválasztása azonban még mindig fél siker. Ugyanilyen fontos a megfelelő meghajtó áramkör és a működéséhez szükséges algoritmus kiválasztása, amelyet gyakran a mikrokontroller program határoz meg. Ennek a cikknek az a célja, hogy rendszerezze a léptetőmotorok eszközéről, vezérléséről, a vezérlőáramkörökről és az algoritmusokról szóló információkat. Példaként egy egyszerű és olcsó léptetőmotor -meghajtó gyakorlati megvalósítását mutatjuk be, amely az AVR család mikrokontrollerén alapul.

Mi az a léptetőmotor és miért van rá szükség?

A léptetőmotor egy elektromechanikus eszköz, amely az elektromos impulzusokat diszkrét mechanikai mozgásokká alakítja. Tehát talán adhat egy szigorú meghatározást. Valószínűleg mindenki látta, hogyan néz ki egy léptetőmotor külsőleg: gyakorlatilag nem különbözik más típusú motoroktól. Leggyakrabban kerek test, tengely, több vezeték (1. ábra).

Rizs. 1. A DSHI-200 család léptetőmotorjainak megjelenése.

A léptetőmotorok azonban egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek miatt néha rendkívül könnyen használhatók, vagy akár pótolhatatlanok.

Mi olyan jó a léptetőmotorban?

• a forgórész forgási szögét a motorra adott impulzusok száma határozza meg
• a motor teljes nyomatékot biztosít leállítási módban (ha a tekercsek feszültség alatt vannak)
• pontos pozicionálás és ismételhetőség. A jó léptetőmotorok pontossága a lépésméret 3-5% -a. Ez a hiba nem halmozódik fel lépésről lépésre.
• gyors indítás / leállítás / visszafordítás lehetősége
• nagy megbízhatóság az ecsetek hiánya miatt, a léptetőmotor élettartamát valójában a csapágyak élettartama határozza meg
• a pozíció egyértelmű függése a bemeneti impulzusoktól visszajelzés nélküli pozicionálást biztosít
• nagyon alacsony forgási sebesség elérésének lehetősége a terheléshez közvetlenül a motor tengelyéhez közbenső fogaskerék nélkül
• meglehetősen nagy sebességtartomány fedhető le, a sebesség arányos a bemeneti impulzusok gyakoriságával

De nem minden olyan jó ...

• a léptetőmotornak rezonanciajelensége van
• a pozícióvezérlés lehetséges elvesztése nyílt hurkú működés miatt
• az energiafogyasztás terhelés nélkül sem csökken
• nehéz nagy sebességgel dolgozni
• alacsony teljesítménysűrűség
• viszonylag összetett szabályozási rendszer

Mit válasszon?

A léptetőmotorok a kefe nélküli egyenáramú motorok osztályába tartoznak. Mint minden kefe nélküli motor, nagy megbízhatóságú és hosszú élettartamú, így alkalmas kritikus, például ipari alkalmazásokhoz. A hagyományos egyenáramú motorokhoz képest a léptetőmotorok lényegesen összetettebb vezérlőáramköröket igényelnek, amelyeknek a tekercsek összes kapcsolását be kell fejezniük a motor működése közben. Ezenkívül maga a léptetőmotor drága eszköz, így ott, ahol nincs szükség pontos pozicionálásra, a hagyományos szálcsiszolt motorok egyértelmű előnnyel rendelkeznek. Az igazságosság kedvéért meg kell jegyezni, hogy az utóbbi években a vezérlőket egyre inkább a kollektormotorok vezérlésére használják, amelyek összetettségüket tekintve gyakorlatilag nem maradnak el a léptetőmotoros vezérlőktől.

A léptetőmotorok egyik fő előnye az a képesség, hogy visszajelző szenzor nélkül pontos pozicionálást és fordulatszám -szabályozást végezzen. Ez nagyon fontos, mivel ezek az érzékelők sokkal többe kerülhetnek, mint maga a motor. Ez azonban csak olyan rendszerekhez alkalmas, amelyek alacsony gyorsulással és viszonylag állandó terheléssel működnek. Ugyanakkor a zárt hurkú rendszerek nagy gyorsulással és akár változó terhelés mellett is képesek működni. Ha a léptetőmotor terhelése meghaladja a nyomatékát, akkor a rotor helyzetére vonatkozó információk elvesznek, és a rendszer alapozást igényel, például végálláskapcsoló vagy más érzékelő használatával. A visszacsatolási rendszereknek nincs ilyen hátránya.

Konkrét rendszerek tervezésekor választani kell a szervomotor és a léptetőmotor között. Ha pontos pozicionálás és pontos fordulatszám -szabályozás szükséges, és a szükséges nyomaték és fordulatszám elfogadható határokon belül van, akkor a léptetőmotor a leggazdaságosabb megoldás. A hagyományos motorokhoz hasonlóan csökkentő fogaskerék is használható a nyomaték növelésére. A léptetőmotorok esetében azonban a sebességváltó nem mindig megfelelő. Ellentétben a szálcsiszolt motorokkal, ahol a nyomaték a sebesség növekedésével nő, a léptetőmotor nagyobb nyomatékkal rendelkezik alacsony fordulatszámon. Ezenkívül a léptetőmotorok sokkal kisebb maximális fordulatszámmal rendelkeznek, mint a szálcsiszolt motorok, ami korlátozza a maximális áttételt és ennek megfelelően a sebességváltó sebességnövekedését. A sebességváltóval ellátott, kész léptetőmotorok, bár léteznek, egzotikusak. Egy másik tényező, amely korlátozza a sebességváltó használatát, a benne rejlő holtjáték.

Az alacsony fordulatszám elérésének lehetősége gyakran az oka annak, hogy a fejlesztők, mivel nem tudnak sebességváltót tervezni, szükségtelenül gyakran használnak léptetőmotorokat. Ugyanakkor a szálcsiszolt motor nagyobb teljesítménysűrűséggel, alacsonyabb költséggel, egyszerű vezérlőáramkörrel rendelkezik, és az egyfokozatú csigahajtóművel együtt ugyanazt a sebességtartományt képes biztosítani, mint a léptetőmotor. Ezenkívül lényegesen nagyobb nyomatékot biztosítanak. A kollektormotorokon alapuló hajtásokat nagyon gyakran használják a katonai felszerelésekben, és ez közvetve jelzi az ilyen hajtások jó paramétereit és nagy megbízhatóságát. És a modern háztartási gépekben az autók, az ipari berendezések, a kollektormotorok meglehetősen gyakoriak. Ennek ellenére a léptetőmotorok saját, bár meglehetősen szűk alkalmazási körrel rendelkeznek, ahol pótolhatatlanok.

A léptetőmotorok típusai

A léptetőmotoroknak három fő típusa van:

• változtatható reluktivitású motorok
• állandó mágneses motorok
• hibrid motorok

Akár érintéssel is meghatározhatja a motor típusát: amikor a feszültségmentesített állandó mágneses (vagy hibrid) motor tengelye forog, változó forgásállóság érződik, a motor úgy forog, mintha kattanásokkal járna. Ugyanakkor a feszültségmentesített változó reluktivitású motor tengelye szabadon forog. A hibrid motorok az állandó mágneses motorok továbbfejlesztései, és vezérlésükben sem különböznek tőlük. A motor típusa a tekercsek konfigurációjával is meghatározható. A változó reluktivitású motorok általában három (ritkán négy) tekercseléssel rendelkeznek, közös csatlakozóval. Az állandó mágneses motoroknak általában két független tekercsük van. Ezek a tekercsek középen megérinthetők. Néha az állandó mágneses motoroknak 4 külön tekercsük van.

Léptetőmotorban a nyomatékot az állórész és a forgórész mágneses fluxusa hozza létre, amelyek megfelelően orientáltak egymáshoz képest. Az állórész nagy áteresztőképességű anyagból készült, és több pólusú. A pólust úgy definiálhatjuk, mint a mágnesezett test bizonyos területét, ahol a mágneses mező koncentrálódik. A pólusoknak állórésze és forgórésze is van. Az örvényáram -veszteségek csökkentése érdekében a mágneses áramköröket külön lemezekből állítják össze, mint egy transzformátor mag. A nyomaték arányos a mágneses mező nagyságával, amely arányos a tekercsben lévő árammal és a fordulatok számával. Így a nyomaték a tekercs paramétereitől függ. Ha a léptetőmotor legalább egy tekercsét működtetik, a forgórész bizonyos helyzetbe kerül. Ebben a helyzetben marad, amíg a külső alkalmazott nyomaték meg nem halad egy bizonyos értéket, az úgynevezett tartási pillanatot. Ezt követően a rotor megfordul, és megpróbálja felvenni az alábbi egyensúlyi helyzetek egyikét.

Változtatható reluktivitású motorok

A változó ellenállású léptetőmotoroknak több pólusa van az állórészen, és lágy mágneses anyagból készült fogaskerék alakú rotor (2. ábra). Nincs rotor mágnesezés. Az egyszerűség kedvéért az ábra azt mutatja, hogy a forgórész 4 fogú, az állórész 6 pólusú. A motor 3 független tekercseléssel rendelkezik, mindegyik két ellentétes állórész pólusra van tekerve. Egy ilyen motor lépése 30 fok.

Rizs. 2. Változtatható ellenállású motor.

Amikor az egyik tekercsben bekapcsolják az áramot, a rotor hajlamos a helyzetbe kerülni, amikor a mágneses fluxus zárva van, azaz a rotor fogai a pólusokkal szemben lesznek, amelyeken a feszültség alatt lévő tekercs található. Ha ezt követően kikapcsolja ezt a tekercselést, és bekapcsolja a következőt, akkor a rotor megváltoztatja a pozícióját, és ismét lezárja a mágneses fluxust fogaival. Így a folyamatos forgás végrehajtásához váltakozva kell bekapcsolni a fázisokat. A motor érzéketlen a tekercsekben lévő áram irányára. Egy valódi motornak több állórésze és több rotorfoga lehet, ami több lépésnek felel meg fordulatonként. Néha minden állórész pólusának foga fogazott, ami a rotor megfelelő fogaival együtt nagyon kicsi, több fokos nagyságú szöget biztosít. A változó reluktivitású motorokat ritkán használják ipari alkalmazásokban.

Állandó mágneses motorok

Az állandó mágneses motorok állórészből, tekercsekkel és egy forgórészből állnak, amely állandó mágneseket tartalmaz (3. ábra). A váltakozó forgórész pólusai egyenesek és párhuzamosak a motor tengelyével. Az ilyen motorokban a forgórész mágnesezettsége miatt nagyobb mágneses fluxus biztosított, és ennek következtében nagyobb nyomaték, mint a változó ellenállású motoroknál.

Rizs. 3. Állandó mágneses motor.

Az ábrán látható motor 3 pár rotoroszlopot és 2 pár állórészoszlopot tartalmaz. A motor 2 független tekercseléssel rendelkezik, mindegyik két ellentétes állórész pólusra van tekerve. Az ilyen motor, mint a korábban figyelembe vett változó reluktancia motor, 30 fokos lépcsőmérettel rendelkezik. Amikor az egyik tekercsben bekapcsolják az áramot, a rotor hajlamos ilyen helyzetbe kerülni, amikor a forgórész és az állórész ellentétes pólusa egymással szemben van. A folyamatos forgás végrehajtásához váltakozva be kell kapcsolni a fázisokat. A gyakorlatban az állandó mágneses motorok tipikusan 48-24 lépésenkénti fordulattal rendelkeznek (7,5-15 fokos lépcsőszög).

A valódi állandó mágneses léptetőmotor keresztmetszeti képe az ábrán látható. 4.

Rizs. 4. Állandó mágneses léptetőmotor metszeti képe.

A motor kialakításának költségeinek csökkentése érdekében az állórész mágneses magja pecsétes üveg formájában készül. Belül pólusdarabok lamellák formájában. A fázistekercseket két különböző mágneses áramkörre helyezik, amelyek egymásra vannak szerelve. A rotor egy hengeres, többpólusú állandó mágnes.

Az állandó mágneses motorok érzékenyek a forgórész felőli EMF -re, ami korlátozza a maximális sebességet. Változó reluktivitású motorokat használnak nagy fordulatszámon való működésre.

Hibrid motorok

A hibrid motorok drágábbak, mint az állandó mágneses motorok, de kevesebb lépést, nagyobb nyomatékot és nagyobb sebességet biztosítanak. A hibrid motorok fordulatonkénti tipikus lépései 100 és 400 között vannak (dőlésszög 3,6 - 0,9 fok). A hibrid motorok egyesítik a változó reluktancia motorok és az állandó mágneses motorok legjobb tulajdonságait. A hibrid motor forgórésze axiális fogakkal rendelkezik (5. ábra).

Rizs. 5. Hibrid motor.

A rotor két részre van osztva, amelyek között hengeres állandó mágnes található. Így a forgórész felső felének fogai az északi pólusok, az alsó felének fogai pedig a déli pólusok. Ezenkívül a felső és az alsó forgórész felét a fogak dőlésszögének felével elforgatják egymáshoz képest. A forgórész pólusainak száma megegyezik az egyik felén lévő fogak számával. A forgórész fogazott pólusdarabjai az állórészhez hasonlóan külön lemezekből vannak összeállítva az örvényáram -veszteségek csökkentése érdekében. A hibrid motor állórésze fogakkal is rendelkezik, amelyek nagyszámú egyenértékű pólust biztosítanak, szemben a fő pólusokkal, amelyeken a tekercsek találhatók. Általában 4 fő pólust használnak 3,6 fokon. motorok és 8 fő pólus 1,8 és 0,9 fokon. motorok. A forgórész fogai bizonyos ellenállásokban kisebb ellenállást biztosítanak a mágneses áramkörnek, ami javítja a statikus és dinamikus nyomatékot. Ezt a fogak megfelelő elrendezése biztosítja, amikor a forgórész fogainak egy része szigorúan szemben áll az állórész fogaival, részben pedig közöttük. A forgórész pólusainak száma, az egyenértékű állórész pólusok száma és a fázisok száma határozza meg a motor S lépésszögét:

S = 360 / (Nph * Ph) = 360 / N,

ahol Nph az egyenértékű pólusok száma fázisonként = a forgórész pólusainak száma,
Ph - a fázisok száma,
N az összes fázis együttes pólusainak száma.

Az ábrán látható motor forgórésze 100 pólusú (50 pár), a motor 2 fázisú, tehát a pólusok száma összesen 200, a lépés pedig 1,8 fok.

Ábrán egy hibrid léptetőmotor hosszmetszete látható. 6. A nyilak a forgórész állandó mágnesének mágneses fluxusának irányát mutatják. Az áramlás egy része (az ábrán feketén látható) áthalad a forgórész pólusrészein, a légréseken és az állórész pólusán. Ez a rész nem vesz részt a pillanat létrehozásában.

Rizs. 6. Hibrid léptetőmotor hosszmetszete.

Amint az ábrán is látható, a légrések eltérőek a rotor felső és alsó pólusai esetében. Ezt úgy érjük el, hogy a pólusdarabokat a foghegy felével elforgatjuk. Ezért van egy másik mágneses áramkör, amely minimális légréseket tartalmaz, és ennek következtében minimális ellenállással rendelkezik. Ez az áramkör lezárja az áramlás egy másik részét (az ábrán a szaggatott fehér vonal mutatja), ami létrehozza a pillanatot. A lánc egy része a rajzra merőleges síkban fekszik, ezért nem látható. Ugyanebben a síkban jön létre az állórész tekercsének mágneses fluxusa. Hibrid motorban ezt a fluxust részben lezárják a rotor pólusdarabjai, és az állandó mágnes rosszul „látja”. Ezért az egyenáramú motorokkal ellentétben a hibrid motor mágnesét nem lehet mágnesezni bármilyen tekercsáram esetén.

A rotor és az állórész fogai közötti rés nagyon kicsi - jellemzően 0,1 mm. Ez nagyfokú pontosságot igényel az összeszerelésben, ezért a léptetőmotort a kíváncsiság kedvéért nem szabad szétszedni, különben az élettartama véget érhet.
Annak megakadályozása érdekében, hogy a mágneses fluxus bezáródjon a mágnes belsejében futó tengelyen, nem mágneses acélból készül. Általában nagyon törékenyek, ezért egy tengelyt, különösen kis átmérőt, óvatosan kell kezelni.

Nagy nyomatékok eléréséhez növelni kell az állórész által generált és az állandó mágnes mezőjét. Ehhez nagyobb rotorátmérőre van szükség, ami rontja a nyomaték és a tehetetlenségi nyomaték arányát. Ezért az erőteljes léptetőmotorok szerkezetileg néha több szakaszból állnak, halom formájában. A nyomaték és a tehetetlenségi nyomaték a szakaszok számával arányosan növekszik, arányuk nem romlik.

A léptetőmotorok más tervezésűek is. Például motorok mágneses tárcsás rotorral. Az ilyen motorok alacsony tehetetlenségi nyomatékkal rendelkeznek, ami bizonyos esetekben fontos.

A legtöbb modern léptetőmotor hibrid. Lényegében a hibrid motor állandó mágneses motor, de nagy számú pólussal. A vezérlési módszer tekintetében az ilyen motorok azonosak; továbbá csak az ilyen motorokat veszik figyelembe. Leggyakrabban a gyakorlatban a motorok fordulatonként 100 vagy 200 lépést tesznek meg, a lépés 3,6 fok vagy 1,8 fok. A legtöbb vezérlő lehetővé teszi a féllépéses működést, ahol ez a szög fele olyan kicsi, és néhány vezérlő mikrolépéses módot biztosít.

Bipoláris és unipoláris léptetőmotorok

A tekercsek konfigurációjától függően a motorok bipoláris és egypólusúak. A bipoláris motor minden tekercsben egy tekercseléssel rendelkezik, amelyet a vezetőnek meg kell fordítania a mágneses mező irányának megváltoztatásához. Az ilyen típusú motorokhoz hídhajtógépre, vagy félhídra, kétpólusú tápegységre van szükség. Összességében egy bipoláris motor két tekercseléssel és ennek megfelelően négy terminállal rendelkezik (7a. Ábra).

Rizs. 7. Bipoláris motor (a), unipoláris (b) és négytekercses (c).

Az egypólusú motor mindegyik fázisban egy tekercseléssel rendelkezik, de a tekercselés közepéből csap készül. Ez lehetővé teszi a tekercselés által létrehozott mágneses tér irányának megfordítását a tekercselő felek egyszerű kapcsolásával. Ez nagyban leegyszerűsíti a meghajtó áramkört. A vezetőnek csak 4 egyszerű kulcsa lehet. Így az unipoláris motor más módszert alkalmaz a mágneses tér irányának megváltoztatására. A tekercsek középső vezetékei kombinálhatók a motor belsejében, így egy ilyen motor 5 vagy 6 vezetékkel rendelkezhet (7b. Ábra). Néha az egypólusú motoroknak külön 4 tekercsük van, ezért tévesen 4 fázisú motoroknak nevezik őket. Minden tekercsnek külön kapcsai vannak, így összesen 8 kapocs van (7c. Ábra). A tekercsek megfelelő csatlakoztatásával az ilyen motor unipoláris vagy bipolárisként használható. A két tekercseléssel és csapokkal ellátott egypólusú motor bipoláris üzemmódban is használható, ha a csapokat nem csatlakoztatják. Mindenesetre a tekercselési áramot úgy kell megválasztani, hogy ne lépje túl a maximális teljesítményveszteséget.

Bipoláris vagy unipoláris?

Ha összehasonlítjuk a bipoláris és az unipoláris motorokat, akkor a bipolárisok nagyobb teljesítménysűrűséggel rendelkeznek. Azonos méretek mellett a bipoláris motorok nagyobb nyomatékot biztosítanak.

A léptetőmotor által generált nyomaték arányos az állórész tekercselés által létrehozott mágneses mező nagyságával. A mágneses mező növelésének módja az áram vagy a tekercsek fordulatszámának növelése. A növekvő tekercselőáramok természetes korlátozása a vasmag telítettségének veszélye. A gyakorlatban azonban ez a korlátozás ritkán érvényes. Sokkal jelentősebb a motorfűtés korlátozása a tekercsek ohmos veszteségei miatt. Ez a tény a bipoláris motorok egyik előnyét mutatja. Egypólusú motorban csak a tekercsek felét használják fel egyszerre. A másik fele egyszerűen helyet foglal el a magablakban, ami arra kényszeríti a tekercseket, hogy kisebb átmérőjű huzallal készüljenek. Ugyanakkor minden tekercs mindig bipoláris motorban működik, azaz használatuk optimális. Egy ilyen motorban az egyes tekercsek keresztmetszete kétszer akkora, az ohmos ellenállás pedig fele. Ez lehetővé teszi az áram megduplázását a gyökérig azonos veszteségekkel, ami körülbelül 40%-os nyomatéknövekedést eredményez. Ha a megnövelt nyomatékra nincs szükség, az unipoláris motor lehetővé teszi a méret csökkentését vagy egyszerűen a kisebb veszteséggel való munkát. A gyakorlatban az unipoláris motorokat még mindig gyakran használják, mivel sokkal egyszerűbb tekercsvezérlő áramköröket igényelnek. Ez akkor fontos, ha az illesztőprogramokat különálló komponenseken hajtják végre. Jelenleg a bipoláris motorokhoz speciális meghajtó -mikroáramkörök vannak, amelyek használata nem bonyolultabb, mint az unipoláris motorok esetében. Például ezek az L293E, L298N vagy L6202 mikroáramkörök az SGS-Thomson, PBL3770, PBL3774 az Ericsson, NJM3717, NJM3770, NJM3774 a JRC, A3957 az Allegro, LMD18T245 a National Semiconductor cégtől.

Diagramok, diagramok ...

A léptetőmotor fázisait többféle módon lehet szabályozni.

Az első módszert a fázisok váltakozó kapcsolása biztosítja, miközben nem fedik egymást, egyszerre csak egy fázist kapcsolnak be (8a. Ábra). Ezt a módszert nevezik „egy fázis bekapcsolva” teljes lépcsős vagy hullámos üzemmódnak. A rotor egyensúlyi pontjai minden lépésben egybeesnek a motor nélküli "természetes" rotor egyensúlyi pontjaival. Ennek a szabályozási módszernek az a hátránya, hogy egy bipoláris motor esetében egyidejűleg a tekercsek 50% -át használják fel, egypólusú motoroknál pedig csak 25% -ot. Ez azt jelenti, hogy ilyen módban a teljes nyomaték nem érhető el.

Rizs. 8. Különféle módok a léptetőmotor fázisainak vezérlésére.

A második módszer az egymást átfedő fázisvezérlés: két fázis egyidejű bekapcsolása. Ezt „kétfázisú bekapcsolás” teljes lépésnek vagy csak teljes lépés módnak nevezik. Ezzel a szabályozási módszerrel a forgórész közbenső helyzetekben van rögzítve az állórész pólusai között (8.b ábra), és körülbelül 40% -kal nagyobb nyomatékot biztosít, mint egy bekapcsolt fázis esetén. Ez a vezérlési módszer ugyanazt a dőlésszöget biztosítja, mint az első módszer, de a rotor egyensúlyi pontjainak helyzete fél lépéssel eltolódik.

A harmadik módszer az első kettő kombinációja, és féllépéses üzemmódnak, „egy- és kétfázisú bekapcsolás” fél lépésnek, vagy egyszerűen féllépéses üzemmódnak nevezik, amikor a motor a fő felébe lép. Ez a vezérlési módszer meglehetősen gyakori, mivel egy kisebb lépcsős motor drágább, és nagyon csábító, hogy fordulatonként 200 lépést kapjunk egy 100 lépéses motorból. Minden második lépést csak egy fázis hajt, más esetekben pedig kettőt (8c. Ábra). Ennek eredményeképpen a rotor szögmozgása az első két vezérlési módszer esetében a dőlésszög fele. A lépésméret csökkentése mellett ez a szabályozási módszer lehetővé teszi, hogy részben megszabaduljunk a rezonancia jelenségtől. A félfokozatú üzemmód általában nem nyújt teljes nyomatékot, bár a legfejlettebb meghajtók módosított féllépcsős módot alkalmaznak, amelyben a motor szinte teljes nyomatékot biztosít, miközben a teljesítményveszteség nem haladja meg a névleges értéket.

Egy másik vezérlési módszert mikro lépéses módnak vagy mikrolépési módnak neveznek. Ezzel a szabályozási módszerrel a fázisok áramát kis lépésekben kell megváltoztatni, ezáltal biztosítva a féllépcső aprítását még kisebb mikrolépésekre. Ha két fázis egyidejűleg be van kapcsolva, de az áramuk nem egyenlő, akkor a rotor egyensúlyi helyzete nem a lépés közepén, hanem egy másik helyen található, amelyet a fázisáramok aránya határoz meg. Ennek az aránynak a megváltoztatásával egy lépésen belül bizonyos számú lépést biztosíthat. A felbontás növelése mellett a mikrolépésnek más előnyei is vannak, amelyeket az alábbiakban ismertetünk. Ugyanakkor a mikrolépési mód megvalósításához sokkal összetettebb meghajtókra van szükség, amelyek lehetővé teszik a tekercsekben az áram beállítását a szükséges diszkrécióval. A féllépcsős üzemmód a mikrolépéses mód speciális esete, de nem igényel lépcsőáram kialakulását a tekercsek ellátásához, ezért gyakran megvalósítják.

Tartsd meg!

Teljes lépcsős módban, két fázis bekapcsolásával a rotor egyensúlyi pontjainak pozíciói fél lépéssel eltolódnak. Meg kell jegyezni, hogy a rotor ezeket a pozíciókat veszi fel, amikor a motor jár, de a forgórész helyzete nem maradhat változatlan a tekercselő áram kikapcsolása után. Ezért a motor be- és kikapcsolásakor a rotor fél lépéssel mozog. Annak érdekében, hogy leállításkor ne mozduljon el, tartóáramot kell alkalmazni a tekercsekre. Ugyanez igaz a féllépéses és a mikrolépéses módokra is. Meg kell jegyezni, hogy ha a motor forgórésze kikapcsolt állapotban forog, akkor a tápfeszültség bekapcsolásakor a rotor több mint fél lépés értékkel elmozdulhat.

A tartóáram kisebb lehet, mint a névleges áram, mivel a rögzített rotoros motor általában nem igényel nagy nyomatékot. Vannak azonban olyan alkalmazások, ahol leállított állapotban a motornak a teljes nyomatékot kell biztosítania, ami egy léptetőmotorral lehetséges. A léptetőmotor ezen tulajdonsága lehetővé teszi a mechanikus fékrendszerek elhagyását ilyen helyzetekben. Mivel a modern meghajtók lehetővé teszik a motor tekercsek tápáramának szabályozását, a szükséges tartóáram beállítása általában nem jelent problémát. A kihívás általában egyszerűen az, hogy megfelelő szoftvertámogatást nyújtson a gazda mikrokontroller számára.

Fél lépés mód

A léptetőmotor alapelve egy forgó mágneses mező létrehozása, amely a forgórészt forgatja. A forgó mágneses mezőt az állórész állítja elő, amelynek tekercselése megfelelően feszültség alatt áll.

Egy tekercselésű motor esetén a nyomaték függvénye a forgórész forgási szögétől az egyensúlyi ponthoz viszonyítva körülbelül szinuszos. Ez a függőség egy két tekercselésű motor esetében, amelynek fordulatszáma N lépés (S lépés radián S = (2 * pi) / N), az ábrán látható. kilenc.

Rizs. 9. A nyomaték függése a forgórész forgási szögétől egy feszültség alatt álló tekercsnél.

A valóságban a függőség jellege némileg eltérő lehet, amit a rotor és az állórész tökéletlen geometriája magyaráz. A nyomaték csúcsértékét tartási nyomatéknak nevezzük. A nyomatéknak a forgórész forgásszögétől való függését leíró képlet a következő:

T = - Th * sin ((pi / 2) / S) * Ф),

ahol T a pillanat, Th a tartási pillanat,
S - lépésszög,
Ф a forgórész forgásszöge.

Ha a forgórészre külső nyomatékot alkalmaz, amely meghaladja a tartási nyomatékot, a rotor forogni fog. Ha a külső nyomaték nem haladja meg a tartási nyomatékot, akkor a forgórész egyensúlyban lesz a dőlésszögön belül. Meg kell jegyezni, hogy a feszültségmentes motor motor nyomatéka nem nulla a forgórész állandó mágneseinek hatására. Ez a nyomaték általában a motor által biztosított maximális nyomaték 10% -a körül van.

Néha a "mechanikus rotor szög" és az "elektromos rotor szög" kifejezéseket használják. A mechanikai szöget annak alapján számítják ki, hogy a rotor teljes fordulata 2 * pi radián. Az elektromos szög kiszámításakor feltételezzük, hogy egy fordulat a pillanat szögfüggésének egy periódusának felel meg. A fenti képleteknél Ф a forgórész mechanikus forgásszöge, és a motor nyomatékgörbéjének 4 lépcsőfokával rendelkező elektromos szög ((pi / 2) / S) * Ф vagy (N / 4 ) * Ф, ahol N a fordulatonkénti számlépések. Az elektromos szög valójában meghatározza az állórész mágneses mezőjének forgásszögét, és lehetővé teszi egy elmélet felépítését, függetlenül attól, hogy egy adott motor fordulatonként hány lépést tesz meg.

Ha a motor két tekercsét egyszerre működtetik, akkor a nyomaték megegyezik a tekercsek által biztosított nyomatékok összegével (10. ábra).

Rizs. 10. A nyomaték függése a forgórész forgásszögétől két feszültség alatt álló tekercsnél.

Ebben az esetben, ha a tekercsek áramai azonosak, akkor a maximális nyomaték pontja fél lépéssel eltolódik. A rotor egyensúlyi pontja (az ábra e pontja) is fél lépéssel eltolódik. Ez a tény az alapja a féllépéses mód megvalósításának. Ebben az esetben a nyomaték csúcsértéke (tartónyomaték) kétszer nagyobb lesz a gyökérnél, mint egy feszültség alatt lévő tekercselés esetén.

Th 2 = 2 0,5 * Th 1,

ahol Th 2 a tartó pillanat két feszültség alatt lévő tekercseléssel,
Th 1 - tartási pillanat egy feszültség alatt lévő tekercseléssel.

Általában ezt a pillanatot jelzik a léptetőmotor jellemzői.

A mágneses mező nagyságát és irányát a vektoros diagram mutatja (11. ábra).

Rizs. 11. A mágneses mező nagysága és iránya a fázisok különböző ellátási módjaihoz.

Az X és Y tengely egybeesik a motor első és második fázisának tekercselésével létrehozott mágneses tér irányával. Ha a motor egy fázissal működik, a rotor felveheti az 1., 3., 5., 7. pozíciót. Ha két fázis van bekapcsolva, akkor a rotor elfoglalhatja a 2., 4., 6., 8. pozíciót. Ezen kívül ebben az üzemmódban nagyobb nyomaték, mivel arányos az ábra vektorának hosszával. Mindkét vezérlési módszer teljes lépést biztosít, de a rotor egyensúlyi helyzetét fél lépés eltolja. Ha ezt a két módszert kombinálja, és megfelelő impulzus -szekvenciákat alkalmaz a tekercsekre, akkor kényszerítheti a forgórészt az 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 pozíciók sorozatos elfoglalására, ami fél lépésnek felel meg.

A teljes lépésmódhoz képest a féllépcsős mód a következő előnyökkel rendelkezik:

• nagyobb felbontás drágább motorok használata nélkül
• kevesebb probléma a rezonancia jelenséggel. A rezonancia csak részleges nyomatékvesztést eredményez, ami általában nem zavarja a hajtás normál működését.

A féllépcsős üzemmód hátránya, hogy a nyomaték lépésről lépésre meglehetősen jelentősen ingadozik. A forgórész azon pozícióiban, amikor egy fázis feszültség alatt van, a nyomaték a teljes fordulatszám 70% -a, ha két fázis feszültség alatt van. Ezek a rezgések fokozott rezgést és zajt okozhatnak, bár még mindig alacsonyabbak, mint a teljes lépésmódban.

A nyomatékingadozások kiküszöbölésének módja az, ha egy fázis bekapcsolásával növeljük a nyomatékot a pozíciókban, és ezáltal ugyanazt a pillanatot biztosítjuk minden rotorhelyzetben. Ezt úgy lehet elérni, hogy az ezekben a pozíciókban lévő áramot a névleges áram körülbelül 141% -ára növeljük. Egyes illesztőprogramok, mint például az Ericsson PBL 3717/2 és PBL 3770A, rendelkeznek logikai bemenettel az aktuális érték megváltoztatásához. Meg kell jegyezni, hogy a 141% érték elméleti, ezért azokban az alkalmazásokban, ahol nagy pontosságot igényel a nyomaték fenntartása, ezt az értéket kísérletileg kell kiválasztani egy adott fordulatszámhoz és egy adott motorhoz. Mivel az áram csak akkor emelkedik, ha egy fázis be van kapcsolva, a szétszórt teljesítmény megegyezik a névleges áram 100% -ának teljes lépési teljesítményével. Az ilyen áramnövekedés azonban magasabb tápfeszültséget igényel, ami nem mindig lehetséges. Van egy másik megközelítés is. A nyomatékingadozások kiküszöbölése érdekében, amikor a motor féllépcsős üzemmódban működik, csökkentheti az áramot azokban a pillanatokban, amikor két fázis be van kapcsolva. Az állandó nyomaték eléréséhez ennek az áramnak a névleges 70,7% -ának kell lennie. Így egy féllépéses módot valósít meg például az Allegro A3955 illesztőprogram-chipje.

A féllépéses üzemmód esetében nagyon fontos az állapotba való átmenet egy egyszeri fázissal. A rotor helyzetbe kényszerítéséhez a lekapcsolási fázist a lehető leggyorsabban nullára kell csökkenteni. A lejtés időtartama a tekercs feszültségétől függ, amikor elveszíti tárolt energiáját. Ha ekkor lezárja a tekercset a tápegységről, amely a rendszerben elérhető maximális feszültséget képviseli, a lehető leggyorsabb áramcsökkenés biztosított. Ahhoz, hogy gyors áramcsökkenést érjünk el, amikor a motor tekercselései H-híddal vannak ellátva, minden tranzisztornak le kell zárnia, miközben a diódákon áthaladó tekercs csatlakoztatva van az áramforráshoz. Az árambomlás mértéke jelentősen csökken, ha a híd egyik tranzisztorát nyitva hagyjuk, és a tekercset rövidre zárjuk a tranzisztoron és a diódán. Az egypólusú motorok vezérlésénél az áramcsökkenés sebességének növelése érdekében célszerű az önindukciós EMF-kibocsátást nem diódákkal, hanem varisztorokkal, vagy diódák és Zener dióda kombinációjával elnyomni, ami magasabb, de biztonságos módon korlátozza a kibocsátást szint tranzisztorokhoz.

Mikrolépés mód

A mikrolépés módot az állórészmező simább forgása biztosítja, mint a teljes vagy féllépéses módokban. Az eredmény kevesebb rezgés és gyakorlatilag csendes működés nulla frekvenciáig. Ezenkívül a kisebb lépési szög pontosabb pozícionálást biztosít. Sok különböző mikrolépési mód létezik, a lépések a teljes lépés 1/3 -tól az 1/32 -ig vagy annál kisebbek lehetnek. A léptetőmotor szinkronmotor. Ez azt jelenti, hogy az álló rotor egyensúlyi helyzete egybeesik az állórész mágneses tere irányával. Amikor az állórész mező elfordul, a forgórész is forog, és megpróbál új egyensúlyi helyzetet felvenni.

Rizs. 12. A nyomaték függése a forgórész forgási szögétől a fázisáram különböző értékei esetén.

A mágneses tér kívánt irányának eléréséhez nemcsak a tekercsekben lévő áramok helyes irányát kell kiválasztani, hanem ezen áramok helyes arányát is.

Ha a motor két tekercsének egyidejű feszültsége van, de ezekben a tekercsekben az áramok nem egyenlőek (12. ábra), akkor a kapott nyomaték

Th = (a 2 + b 2) 0,5,

és a rotor egyensúlyi pontja eltolódik a pontra

x = (S / (pi / 2)) arktán (b / a),

ahol a és b az első és a második fázis által létrehozott pillanat,
Th a kapott nyomaték,
x a rotor egyensúlyi helyzete radiánban,
S a lépési szög radiánban.

A rotor egyensúlyi pontjának elmozdulása azt jelenti, hogy a rotor tetszőleges helyzetben rögzíthető. Ehhez csak helyesen kell meghatározni az áramok arányát a fázisokban. Ezt a tényt használják a mikrolépés mód megvalósításában.
Ismét meg kell jegyezni, hogy a fenti képletek csak akkor igazak, ha a nyomaték függvénye a forgórész forgásszögétől szinuszos, és ha a motor mágneses áramkörének egyetlen része sem telített.

A határértéknél a léptetőmotor szinkronmotorként működhet folyamatos forgás üzemmódban. Ehhez fázisainak áramát szinuszosnak kell lenniük, egymáshoz képest 90 fokkal eltolva.

A mikrolépés üzemmód eredménye sokkal egyenletesebb rotor forgás alacsony frekvenciákon. A forgórész és a terhelés természetes rezonanciafrekvenciájánál 2-3 -szor magasabb frekvenciákon a mikrolépési mód jelentéktelen előnyöket biztosít a fél- vagy teljes lépési módokkal szemben. Ennek oka a rotor tehetetlenségének és terhelésének szűrő hatása. A léptetőmotoros rendszer aluláteresztő szűrőként működik. Mikrolépés módban csak gyorsíthat és lassíthat, és legtöbbször teljes lépésekben is dolgozhat. Ezenkívül a nagy lépések eléréséhez mikrolépési módban nagyon nagy mikroszintű ismétlési gyakoriságra van szükség, amelyet a vezérlő mikrokontroller nem mindig tud biztosítani. Az átmeneti folyamatok és a lépések elvesztésének megelőzése érdekében a motor üzemmódjait (mikroszintű üzemmódból teljes lépcsős módba stb.) Át kell állítani azokban a pillanatokban, amikor a rotor egy bekapcsolt fázisnak megfelelő helyzetben van. A mikrolépés módú meghajtók egyes mikroáramkörei speciális jelzéssel rendelkeznek, amely tájékoztat a rotor ezen helyzetéről. Ez például az Allegro A3955 -ös meghajtója.

Sok olyan alkalmazásban, ahol kis relatív elmozdulásokra és nagy felbontásra van szükség, a mikrolépés helyettesítheti a mechanikus sebességváltót. Gyakran a rendszer egyszerűsége a döntő tényező, még akkor is, ha nagyobb motort kell használni. Annak ellenére, hogy a mikrolépési módot biztosító illesztőprogram sokkal összetettebb, mint egy normál meghajtó, a rendszer mégis egyszerűbb és olcsóbb lehet, mint a léptetőmotor és a sebességváltó. A modern mikrokontrollerek néha beépített DAC-okkal rendelkeznek, amelyek a mikrolépés megvalósítására használhatók a dedikált vezérlők helyett. Ez lehetővé teszi, hogy a teljes lépcsős és a mikrolépcsős üzemmódok esetében a berendezések majdnem azonos költségekkel járjanak.

Néha a mikrolépést használják a lépésérték pontosságának növelésére a motorgyártó által megadottnál. Ez a lépések névleges számát használja. A pontosság javítása érdekében a rotor helyzetének korrekcióját alkalmazzák az egyensúlyi pontokon. Ehhez először a karakterisztikát veszik egy adott motorra, majd a fázisokban lévő áramok arányának megváltoztatásával a rotor helyzetét minden lépésnél egyedileg állítják be. Ez a módszer előzetes kalibrálást és a vezérlő mikrokontroller további erőforrásait igényli. Ezenkívül egy rotor kezdeti helyzetérzékelőre van szükség, hogy szinkronizálja helyzetét a korrekciós tényező táblával.

A gyakorlatban az egyes lépések végrehajtása során a forgórész nem áll meg azonnal új egyensúlyi helyzetben, hanem csillapított lengéseket hajt végre az egyensúlyi helyzet körül. Az ülepedési idő függ a terhelés jellemzőitől és a meghajtó áramkörétől. Sok alkalmazásban az ilyen ingadozások nem kívánatosak. Ettől a jelenségtől megszabadulhat a mikroszkopikus mód használatával. Ábrán. A 13. ábra a rotor mozgását mutatja, ha teljes lépcsős és mikromotoros üzemmódban működik.

Rizs. 13. A rotor mozgatása teljes és mikrolépéses módban.

Látható, hogy túllépések és ingadozások figyelhetők meg a teljes lépéses módban, míg a mikrolépéses módban nincsenek. Ebben az üzemmódban azonban a rotor helyzetdiagramja eltér az egyenestől. Ezt a hibát a motor alkatrészeinek geometriájában fellépő hiba magyarázza, és csökkenthető a kalibrálás és az azt követő kompenzáció végrehajtásával a fázisáramok korrigálásával.
A gyakorlatban vannak olyan tényezők, amelyek korlátozzák a mikromotoros meghajtó pontosságát. Ezek egy része a vezetőhöz, néhány pedig magához a motorhoz kapcsolódik.

Általában a léptetőmotor -gyártók olyan paramétert adnak meg, mint a lépés pontossága. A hangmagasság -pontosságot a rotor egyensúlyi helyzetei jelzik, két bekapcsolt fázissal, amelyek áramai egyenlők. Ez egy teljes fázisú átfedési módnak felel meg. Mikroszintű üzemmód esetén, amikor a fázisáramok nem egyenlők, általában nem adnak meg adatokat.

Az ideális léptetőmotornak, amely szinuszos és koszinuszos áramot biztosít a fázisoknak, állandó sebességgel kell forognia. Ebben a módban egy igazi motornak bizonyos sebességingadozásai vannak. Ennek oka a rotor és az állórész pólusai közötti légrés instabilitása, a mágneses hiszterézis jelenléte, ami hibákhoz vezet a mágneses mező nagyságában és irányában stb. Ezért az egyensúlyi helyzeteknek és a pillanatnak van némi eltérése. Ezek az eltérések a forgórész és az állórész fogainak alakbeli hibájától, valamint a mágneses magok anyagától függenek.

Egyes motorokat úgy optimalizáltak, hogy a legjobb teljes lépést biztosítsák a pontosságot és a maximális nyomatékot. A rotor és az állórész fogainak különleges alakja úgy van kialakítva, hogy egyensúlyi helyzetben a teljes lépésekhez a mágneses fluxus nagymértékben megnő. Ez a mikrolépés pontosságának romlásához vezet. Jobb eredményeket érhetünk el alacsonyabb nyomatékú motorokkal feszültségmentes állapotban.

Az eltérések két típusra oszthatók: a mágneses mező nagyságának eltérései, amelyek a mikromotoros üzemmódban a tartási pillanat eltéréséhez vezetnek, és a mágneses mező irányának eltérései, amelyek az egyensúlyi helyzet eltéréseihez vezetnek. A mikrotépéses üzemmódban a tartási nyomaték eltérése általában a maximális nyomaték 10-30% -a. Meg kell mondani, hogy még a teljes lépéses üzemmódban is a tartási nyomaték 10-20% -kal ingadozhat a rotor és az állórész geometriájának torzulása miatt.

Ha méri a rotor egyensúlyi helyzetét, amikor a motor az óramutató járásával megegyező és az óramutató járásával ellentétes irányban forog, akkor kissé eltérő eredményeket kap. Ez a hiszterézis elsősorban a mag anyaga mágneses hiszterézisének köszönhető, bár a súrlódás is hozzájárul. A mágneses hiszterézis azt a tényt eredményezi, hogy a mágneses fluxus nemcsak a tekercselési áramtól függ, hanem annak korábbi értékétől is. A hiszterézis által létrehozott hiba több mikrolépéssel is egyenlő lehet. Ezért a nagy pontosságú alkalmazásokban, amikor az egyik irányban halad, túl kell lépnie a kívánt pozíción, majd vissza kell térnie, hogy a kívánt pozícióhoz való közeledés mindig egy irányban történjen.

Teljesen természetes, hogy a kívánt felbontásnövelés valamilyen fizikai korlátokba ütközik. Ne gondolja, hogy a pozicionálási pontosság 7,2 fok. a motor mikrolépési módban nem rosszabb az 1,8 fokos pontosságnál. motor.

A következő fizikai korlátok akadályozzák:

• A 7,2 fokos motor nyomatéknövekedése a kormányzási szöghez képest négyszer sekélyebb, mint az igazi 1,8 fokos motor. A súrlódási vagy a teher tehetetlenségi nyomatéka miatt a pozicionálási pontosság már rosszabb lesz
• amint az alább látható, ha súrlódás van a rendszerben, akkor a holt zónák megjelenése miatt a pozicionálási pontosság korlátozott lesz
• A legtöbb kereskedelmi motor nem precíziós tervezésű, és a nyomaték és a forgórész szöge közötti kapcsolat nem éppen szinuszos. Ennek eredményeként a szinuszos tápáram fázisa és a tengely forgásszöge közötti kapcsolat nem lineáris lesz. Ennek eredményeként a motor forgórésze pontosan áthalad az egyes lépések és féllépések helyzetein, és ezek között a pozíciók között meglehetősen jelentős eltérések lesznek.

Ezek a problémák leginkább a nagy pólusú motoroknál jelentkeznek. Vannak azonban olyan motorok, amelyeket a fejlesztési fázisban a mikrolépésre optimalizáltak. Az ilyen motorok rotor- és állórész pólusai kevésbé hangsúlyosak a ferde fogak miatt.

A helymeghatározási hibák másik forrása a DAC kvantálási hibája, amelynek segítségével a fázisáramok keletkeznek. A helyzet az, hogy az áramot egy szinuszos törvény szerint kell kialakítani, ezért a hiba minimalizálása érdekében a lineáris DAC -nak megnövelt bitkapacitással kell rendelkeznie. Vannak speciális illesztőprogramok beépített nemlineáris DAC-val, amely lehetővé teszi a bűnfunkció leolvasásának azonnali lekérését. Példa erre az Allegro A3955 illesztőprogram, amely beépített 3 bites DAC-al rendelkezik, amely a következő fázisáramokat biztosítja: 100%, 92,4%, 83,1%, 70,7%, 55,5%, 38,2%, 19,5%, 0%. Ez lehetővé teszi, hogy mikrolépési módban dolgozzon, 1/8 lépésmérettel, miközben a fázisáram beállításának hibája nem haladja meg a 2%-ot. Ezenkívül ez a meghajtó képes szabályozni a motor tekercselésének áramának csökkenési sebességét működés közben, ami lehetővé teszi, hogy "finomhangolja" a meghajtót egy adott motorhoz a legkisebb pozicionálási hiba elérése érdekében.

Még akkor is, ha a DAC pontosan szinuszos referenciafeszültséget generált, erősíteni kell, és szinuszos tekercsárammá kell alakítani. Sok illesztőprogram jelentős nemlinearitást mutat a nulla áram közelében, ami jelentős hullámforma torzulást és ennek következtében jelentős pozicionálási hibákat okoz. Kiváló minőségű illesztőprogramok, például az Ericsson PBM3960 és PBL3771 használata esetén az illesztőprogrammal kapcsolatos hiba elhanyagolható a motor hibájához képest.

Néha a léptetőmotoros vezérlők lehetővé teszik a kimeneti hullámforma beállítását úgy, hogy hozzáadják vagy kivonják a harmadik harmonikusat a szinuszból. Az ilyen beállítást azonban egyedileg kell elvégezni egy adott motor esetében, amelynek jellemzőit előtte meg kell mérni.

Ezen korlátok miatt a mikroszlépést főként a zökkenőmentes forgás biztosítására (különösen nagyon alacsony fordulatszámnál), a zaj- és rezonanciajelenségek kiküszöbölésére használják. A mikroszlépés képes csökkenteni egy mechanikus rendszer ülepedési idejét is, mivel nincs túllépés és ingadozás a teljes léptetéssel szemben. A legtöbb esetben azonban a pontos motorlépcsős pozícionálás nem garantálható a hagyományos motoroknál.

A fázisok szinuszos áramát speciális meghajtókkal lehet biztosítani. Némelyikük, például az Allegro A3955, A3957 már tartalmaz DAC -t, és csak digitális kódokat igényelnek a mikrokontrollertől. Mások, mint például az SGS-Thomson L6506, L298, külső szinuszos referenciafeszültségeket igényelnek, amelyeket a mikrovezérlőnek kell előállítania DAC-ok használatával. Azt kell mondani, hogy a túl sok szinuszminta nem vezet a pozicionálási pontosság növekedéséhez, mivel a motoroszlopok geometriájának tökéletlenségével kapcsolatos hiba kezd dominálni. Ezenkívül ebben az esetben a számlálást nagy gyakorisággal kell követni, ami problémát jelent a programozott kialakításukban. Nagy sebességű működés esetén a DAC felbontása csökkenthető. Ezenkívül nagyon nagy sebességnél általában ajánlott normál teljes lépéses üzemmódban működni, mivel a harmonikus jelvezérlés elveszíti előnyét. Ez annak az oka, hogy a motor tekercselései induktivitások, illetve bármely meghatározott meghajtóáramkör meghatározott tápfeszültséggel jól meghatározott maximális áramforgási sebességet biztosít. Ezért a növekvő gyakorisággal az aktuális alakzat eltérni kezd a szinuszos alakjától, és nagyon magas frekvenciákon háromszögletűvé válik.

Nyomaték a sebességhez képest, terhelési hatás

A léptetőmotor által generált nyomaték számos tényezőtől függ:

• sebesség
• tekercsekben lévő áram
• meghajtó áramkörök

Ábrán. A 14a. Ábra a nyomaték függőségét mutatja a forgórész forgásszögétől.

Rizs. 14. Holt zónák kialakulása súrlódás következtében.

Egy ideális léptetőmotor esetében ez a kapcsolat szinuszos. Az S pontok a rotor egyensúlyi helyzetei a terheletlen motorban, és több egymást követő lépésnek felelnek meg. Ha a motor tengelyére külső nyomatékot alkalmaznak, amely kisebb, mint a tartónyomaték, akkor a forgórész szöghelyzete bizonyos F szöggel változik.

Ф = (N / (2 * pi)) * sin (Ta / Th),

ahol Ф - szögeltolódás,
N - a motor lépéseinek száma fordulatonként,
Ta - külső alkalmazott pillanat,
Ez a tartás pillanata.

A szögbeli eltérés Ф a terhelt motor pozicionálási hibája. Ha a nyomatékot meghaladó nyomatékot alkalmaznak a motor tengelyére, akkor e nyomaték hatására a tengely elfordul. Ebben az üzemmódban a rotor helyzete nem szabályozható.
A gyakorlatban mindig külső nyomatékot alkalmaznak a motorra, már csak azért is, mert a motornak le kell küzdenie a súrlódást. A súrlódási erők két kategóriába sorolhatók: statikus súrlódás vagy statikus súrlódás, amelynek leküzdéséhez állandó pillanat szükséges, valamint dinamikus súrlódás vagy viszkózus súrlódás, amely a sebességtől függ. Vegye figyelembe a statikus súrlódást. Tegyük fel, hogy a csúcsnyomaték felére van szükség annak leküzdéséhez. Ábrán. A 14a. Ábra a súrlódási pillanatot szaggatott vonallal mutatja. Így csak a pillanat marad a rotor forgására, amely a szaggatott vonalakon kívül fekszik a grafikonon. Ez két következtetésre vezet: a súrlódás csökkenti a motortengely nyomatékát, és a rotor minden egyensúlyi helyzete körül holt zónák jelennek meg (14.b ábra):

d = 2 (S / (pi / 2)) arcsin (T f / T h) = (S / (pi / 4)) arcsin (T f / Th),

ahol d a holt zóna szélessége radiánban,
S - lépési szög radiánban,
Tf - súrlódási pillanat,
Ez a tartás pillanata.

A holt zónák korlátozzák a helymeghatározás pontosságát. Például statikus súrlódás a motor csúcsnyomatékának felénél, 90 fokos lépéssel. 60 fokos holt zónákat okoz. Ez azt jelenti, hogy a motor lépése 30 és 150 fok között ingadozhat, attól függően, hogy a holt zóna melyik pontján áll meg a rotor a következő lépés után.

A holt zónák jelenléte nagyon fontos a mikrolépéshez. Ha például d holt zónái vannak, akkor a d -nél kisebb lépések egyáltalán nem mozgatják a forgórészt. Ezért a mikrolépést használó rendszereknél nagyon fontos a statikus súrlódás minimalizálása.

Amikor a motor terhelés alatt működik, mindig van némi eltolás a rotor szöghelyzete és az állórész mágneses tere tájolása között. Különösen kedvezőtlen helyzet az, amikor a motor lassulni kezd, és a terhelési nyomaték megfordul. Meg kell jegyezni, hogy a késleltetés vagy a vezetés csak a pozícióra vonatkozik, nem a sebességre. Mindenesetre, ha a motor szinkronizálása nem vész el, ez a késleltetés vagy előrehaladás nem haladhatja meg a két teljes lépés értékét. Ez nagyon kellemes tény.

Minden alkalommal, amikor a léptetőmotor egy lépést tesz, a forgórész S radiánt fordít. Ebben az esetben a minimális nyomaték akkor következik be, amikor a forgórész pontosan a szomszédos egyensúlyi pozíciók között van (15. ábra).

Rizs. 15. A léptetőmotor tartónyomatéka és működési nyomatéka.

Ezt a forgatónyomatékot működési nyomatéknak nevezik, ez azt jelenti, hogy mi a legnagyobb nyomaték, amelyet a motor képes legyőzni, ha alacsony fordulatszámon forog. A pillanat szinuszos függőségétől a forgórész forgásszögétől ez a pillanat Tr = Th / (2 0,5). Ha a motor két feszültség alatt lévő tekercseléssel lép, akkor az üzemi nyomaték megegyezik az egyik feszültség alatt álló tekercs tartási nyomatékával.

A léptetőmotoros hajtás paraméterei nagymértékben függenek a terhelés jellemzőitől. A súrlódás mellett a valódi terhelésnek tehetetlensége van. A tehetetlenség megakadályozza a sebességváltozást. A tehetetlenségi terhelés nagy nyomatékot igényel a motortól a gyorsítás és a lassítás során, ezáltal korlátozva a maximális gyorsulást. Másrészt a terhelési tehetetlenség növelése növeli a sebesség stabilitását.

A léptetőmotornak az a paramétere, mint a nyomaték függvénye a fordulattól, a legfontosabb a motortípus kiválasztásakor, a fázisvezérlési módszer kiválasztásakor és a meghajtó áramkör kiválasztásakor. Nagy sebességű léptetőmotor -meghajtók tervezésekor ne feledje, hogy a motor tekercselése induktív. Ez az induktivitás határozza meg az áram emelkedési és esési idejét. Ezért ha a tekercselésre téglalap alakú feszültséget alkalmazunk, akkor az áramhullámforma nem lesz téglalap alakú. Alacsony fordulatszámon (16.a ábra) az áram emelkedési és esési ideje nem befolyásolhatja nagyban a nyomatékot, de nagy fordulatszámnál a nyomaték csökken. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy nagy sebességnél a motortekercsek áramának nincs ideje elérni a névleges értéket (16.b ábra).

Rizs. 16. Az áram alakja a motor tekercseléseiben különböző működési sebesség mellett.

Annak érdekében, hogy a forgatónyomaték a lehető legkisebb mértékben csökkenjen, biztosítani kell a motor tekercselésének nagy áramfelvételét, amelyet speciális áramkörök használatával érnek el.

A nyomaték viselkedése a fázisok kapcsolási frekvenciájának növekedésével megközelítőleg a következő: egy bizonyos határfrekvenciától kezdve a nyomaték monoton csökken. Jellemzően léptetőmotor esetén két nyomaték -fordulatszám görbe van megadva (17. ábra).

Rizs. 17. A pillanat függése a sebességtől.

A belső görbe (indítási görbe vagy behúzási görbe) megmutatja, hogy a léptetőmotor adott sebességnél mekkora maximális súrlódási nyomatékkal képes mozogni. Ez a görbe keresztezi a sebesség tengelyét egy olyan ponton, amelyet maximális indítási frekvenciának vagy fojtószelep frekvenciának neveznek. Ez határozza meg a maximális fordulatszámot, amellyel a tehermentes motor elindulhat. A gyakorlatban ez az érték 200 - 500 teljes lépés / másodperc tartományban van. A terhelés tehetetlensége nagyban befolyásolja a belső görbe megjelenését. A nagyobb tehetetlenség a görbe alatti kisebb területnek felel meg. Ezt a területet nevezzük kezdő területnek. A külső görbe (gyorsulási görbe vagy kihúzási görbe) azt mutatja, hogy adott léptéknél mekkora maximális súrlódási nyomaték mellett képes a léptetőmotor fenntartani a forgást lépések kihagyása nélkül. Ez a görbe keresztezi a sebességtengelyt a maximális gyorsulási frekvenciának nevezett ponton. Az adott motor maximális üresjárati fordulatszámát mutatja. A maximális fordulatszám mérésekor szem előtt kell tartani, hogy a rezonancia jelenség miatt a nyomaték is nulla a rezonancia frekvencián. A görbék közötti területet gyorsítási területnek nevezzük.

Meg kell jegyezni, hogy a meghajtó áramkör nagyban befolyásolja a nyomaték-fordulatszám görbe menetét, de ezt a kérdést az alábbiakban tárgyaljuk.

Overclock!

Ahhoz, hogy a gyorsulási területről nagy sebességgel tudjon működni (17. ábra), a rajtterületről kis sebességgel kell indulni, majd gyorsítani. Megálláskor fordított sorrendben kell eljárnia: először fékezzen, és csak a rajtterületre való belépés után állítsa le a vezérlőimpulzusok szolgáltatását. Ellenkező esetben a szinkronizáció elveszik, és a rotor pozíciója elveszik. A gyorsítás és a lassítás alkalmazása lényegesen nagyobb sebesség elérését teszi lehetővé - ipari alkalmazásokban akár 10 000 teljes lépésenkénti sebességet is használnak. Meg kell jegyezni, hogy a léptetőmotor folyamatos működése nagy fordulatszámon nem mindig elfogadható a rotor felmelegedése miatt. A nagy sebesség azonban rövid ideig használható a pozicionálás során.

A gyorsítás során a motor számos fordulatszámon megy keresztül, míg az egyik fordulatszámon kellemetlen rezonanciajelenséggel találkozhat. A normál gyorsuláshoz kívánatos egy olyan terhelés, amelynek tehetetlenségi nyomatéka legalább megegyezik a forgórész tehetetlenségi nyomatékával. Tehermentes motoron a rezonancia jelenség a legmarkánsabb. A jelenség elleni küzdelem módszereit az alábbiakban részletesen ismertetjük.
Gyorsításkor vagy lassításkor fontos a sebességváltozás és a maximális gyorsulás megfelelő törvényének megválasztása. A gyorsulásnak kisebbnek kell lennie, annál nagyobb a terhelés tehetetlensége. A gyorsítási mód helyes megválasztásának kritériuma a gyorsulás megvalósítása a kívánt sebességre egy adott terheléshez minimális idő alatt. A gyakorlatban leggyakrabban gyorsítást és lassítást használnak állandó gyorsulással.

A törvény végrehajtását, amely szerint a motort felgyorsítják vagy lelassítják, rendszerint egy szoftver által vezérelt mikrokontroller végzi, mivel a léptetőmotor-meghajtó rendszerint a mikrovezérlő az órajel frekvenciája. Bár korábban feszültségvezérelt generátorokat vagy programozható frekvenciaelosztókat használtak erre a célra. Az órajel generálásához kényelmes egy hardveres időzítő használata, amely szinte minden mikrokontrollerben megtalálható. Ha a motor állandó fordulatszámon forog, elegendő a lépésismétlési periódus (lépésidő) állandó értékét betölteni az időzítőbe. Ha a motor felgyorsul vagy lelassul, ez az időszak minden új lépésnél változik. Ha állandó gyorsítással gyorsítunk vagy lassítunk, a lépések ismétlési arányának lineárisan kell változnia, illetve az időzítőbe betöltendő periódus értékének a hiperbolikus törvénynek megfelelően.

A legáltalánosabb esetben ismernie kell a lépés időtartamának az aktuális sebességtől való függését. A motor a t idő alatt a gyorsítás során megtett lépések száma egyenlő:

N = 1 /2 2 + Vt, ahol N a lépések száma, t az idő, V a sebesség, lépésenkénti időegységben kifejezve, A a gyorsulás, lépésben kifejezve, osztva az idő négyzetével.

Egy lépésnél N = 1, akkor a lépés időtartama t 1 = T = (-V + (V 2 + 2A) 0,5) / A

A lépés eredményeként a sebesség egyenlővé válik Vnew = (V 2 + 2A) 0,5

A megadott képletek szerinti számítások meglehetősen fáradságosak és jelentős processzoridő -ráfordítást igényelnek. Ugyanakkor lehetővé teszik a gyorsulási érték tetszőleges pillanatban történő megváltoztatását. A számítások nagyban leegyszerűsíthetők, ha állandó gyorsulásra van szükség a gyorsítás és a lassítás során. Ebben az esetben felírhatja a lépés időtartamának a gyorsulási időtől való függését:
V = V 0 + At, ahol V az aktuális sebesség, V 0 a kezdeti sebesség (a minimális sebesség, amelynél a gyorsulás megkezdődik), A a gyorsulás;
1 / T = 1 / T 0 + At, ahol T a lépés időtartama, T 0 a kezdeti lépés időtartama, t az aktuális idő;

Honnan T = T 0 / (1 + T 0 At)

Ezt a képletet használó számításokat sokkal könnyebb elvégezni, azonban a gyorsulási érték megváltoztatásához le kell állítania a motort.

Rezonancia

A léptetőmotoroknak nemkívánatos hatása van, amelyet rezonanciának neveznek. A hatás bizonyos fordulatszámoknál hirtelen nyomatékcsökkenésként jelenik meg. Ez kihagyott lépésekhez és a szinkronitás elvesztéséhez vezethet. A hatás akkor jelenik meg, ha a lépésfrekvencia egybeesik a motor rotorának természetes rezonanciafrekvenciájával.

Amikor a motor lép egy lépést, a forgórész nem halad azonnal új pozícióba, hanem csillapított rezgéseket hajt végre. A helyzet az, hogy a rendszer forgórésze - mágneses mező - állórésze rugó ingaként tekinthető, amelynek lengési frekvenciája a forgórész tehetetlenségi nyomatékától (plusz a terheléstől) és a mágneses mező nagyságától függ. A mágneses mező összetett konfigurációja miatt a rotor rezonanciafrekvenciája a rezgés amplitúdójától függ. Az amplitúdó csökkenésével a frekvencia növekszik, megközelítve az alacsony amplitúdójú frekvenciát, amely könnyebben számszerűsíthető. Ez a frekvencia függ a dőlésszögtől, valamint a tartónyomaték és a forgórész tehetetlenségi nyomatékának arányától. A nagyobb tartási nyomaték és az alacsonyabb tehetetlenségi nyomaték növeli a rezonanciafrekvenciát.
A rezonanciafrekvenciát a következő képlet segítségével kell kiszámítani:

F 0 = (N * T H / (J R + J L)) 0,5 / 4 * pi,

ahol F 0 a rezonanciafrekvencia,
N a fordulatonkénti teljes lépések száma,
T H - az alkalmazott vezérlési módszer és a fázisáram tartási ideje,
J R - a forgórész tehetetlenségi nyomatéka,
J L a teher tehetetlenségi nyomatéka.

Meg kell jegyezni, hogy a rezonanciafrekvenciát a motor rotorának tehetetlenségi nyomatéka és a motor tengelyéhez csatlakoztatott terhelés tehetetlenségi nyomatéka határozza meg. Ezért a terheletlen motor forgórészének rezonanciafrekvenciája, amely néha a paraméterek között szerepel, kevés gyakorlati értékkel bír, mivel a motorhoz csatlakoztatott bármilyen terhelés megváltoztatja ezt a frekvenciát.
A gyakorlatban a rezonancia hatása nehézségekhez vezet, ha rezonancia -közeli frekvencián működik. A rezonanciafrekvencia pillanata nulla, és külön intézkedések meghozatala nélkül a léptetőmotor nem tudja átadni a rezonanciafrekvenciát a gyorsítás során. Mindenesetre a rezonancia jelenség jelentősen ronthatja a hajtás pontosságát.

Az alacsony csillapítású rendszerekben fennáll a lépések elvesztésének vagy a megnövekedett zajnak a veszélye, ha a motort a rezonanciafrekvencia közelében üzemeltetik. Bizonyos esetekben az alapvető rezonanciafrekvencia harmonikusainál is problémák léphetnek fel.

Ha nem mikroszkópolást alkalmaznak, az oszcilláció fő oka a rotor szakaszos forgása. A lépés során némi energiát juttatnak a rotorhoz egy nyomással. Ez az impulzus rezgéseket gerjeszt. A fél lépcsős üzemmódban a rotorhoz juttatott energia a teljes lépés energiájának körülbelül 30% -a. Ezért féllépéses üzemmódban a rezgés amplitúdója sokkal kisebb. Mikroszlépéses üzemmódban, a fő lépés 1/32 lépésével, a teljes lépés energiájának csak körülbelül 0,1% -a jelenik meg minden egyes lépésnél. Ezért mikrolépési módban a rezonanciajelenség szinte láthatatlan.

Vannak elektromos módszerek a rezonancia kezelésére. Az oszcilláló rotor EMF -hez vezet az állórész tekercsében. Az ebben a lépésben nem használt rövidzárlati tekercsek csillapítják a rezonanciát.

És végül vannak módszerek a rezonancia kezelésére a vezető algoritmusának szintjén. Használhatja például azt a tényt, hogy két fázis bekapcsolásakor a rezonancia frekvencia körülbelül 20% -kal magasabb, mint egy bekapcsolt fázis esetén. Ha a rezonanciafrekvencia pontosan ismert, akkor az üzemmód megváltoztatásával átadható.

Ha lehetséges, rezonancia feletti indítási és leállítási frekvenciákat kell használni. A rotor-terhelési rendszer tehetetlenségi nyomatékának növelése csökkenti a rezonanciafrekvenciát.

A rezonancia elleni küzdelem leghatékonyabb eszköze azonban a mikroszkopikus mód használata.

Mivel táplálja őt?

A hagyományos egyenáramú motor táplálásához csak állandó feszültségforrás szükséges, és a tekercsek szükséges kapcsolását a kollektor végzi. Léptetőmotorral minden bonyolultabb. Minden kommutációt külső vezérlőnek kell elvégeznie. Jelenleg az esetek mintegy 95% -ában mikrovezérlőket használnak a léptetőmotorok vezérlésére. A legegyszerűbb esetben a teljes lépcsős léptetőmotor-vezérléshez csak két jelre van szükség, 90 fokkal a fázison kívül. A forgásirány attól függ, hogy melyik fázis vezet. A sebességet az impulzus ismétlődési gyakorisága határozza meg. Féllépcsős módban minden némileg bonyolultabb, és legalább 4 jelet igényel. Minden léptetőmotor -vezérlőjelet szoftver generálhat, de ez nagy terhelést okoz a mikrokontrollernek. Ezért gyakrabban használnak léptetőmotor -meghajtók speciális mikroáramköreit, amelyek csökkentik a processzor által igényelt dinamikus jelek mennyiségét. Ezek a chipek általában órajelfrekvenciát igényelnek, ami a lépésismétlési gyakoriság, és egy statikus jelet, amely meghatározza az irányt. Néha még mindig van jel a féllépéses mód bekapcsolásához. A mikrolépési módban működő illesztőprogram -IC -k több jelet igényelnek. Gyakori eset, amikor a fázisvezérlő jelek szükséges sorozatát egy mikroáramkör segítségével alakítják ki, és a szükséges fázisáramokat egy másik mikroáramkör biztosítja. Bár a közelmúltban egyre több illesztőprogram jelent meg, amelyek minden funkciót egy mikroáramkörben hajtanak végre.

A vezető által igényelt teljesítmény a motor méretétől függ, kis motoroknál pedig watt töredéke, nagy motoroknál pedig 10-20 watt. A maximális teljesítményveszteséget a motor fűtése korlátozza. A maximális üzemi hőmérsékletet általában a gyártó jelzi, de nagyjából feltételezhető, hogy a tok hőmérséklete 90 fok normális. Ezért a maximális áramerősséggel folyamatosan működő léptetőmotoros készülékek tervezésekor intézkedéseket kell tenni annak érdekében, hogy a karbantartó személyzet ne érjen hozzá a motorházhoz. Bizonyos esetekben lehetőség van hűtő radiátor használatára. Ez néha kisebb motort és jobb teljesítmény / költség arányt tesz lehetővé.

Adott léptetőmotor -méret esetén a tekercsek által elfoglalt hely korlátozott. Ezért nagyon fontos a meghajtót úgy tervezni, hogy az adott tekercselési paraméterekhez a legjobb hatékonyságot biztosítsa.

A meghajtó áramkörnek három fő feladata van:

• képes be- és kikapcsolni a tekercsekben lévő áramot, valamint megváltoztatni annak irányát
• tartsa be a beállított aktuális értéket
• a lehető leggyorsabban növelje és csökkentse az áramot a jó sebességjellemzők érdekében

Módszerek az áram irányának megváltoztatására

Amikor a léptetőmotor működik, minden egyes fázishoz függetlenül meg kell változtatni a mágneses mező irányát. A mágneses tér irányának megváltoztatása különböző módon történhet. Az egypólusú motoroknál a tekercsek középen megcsapoltak, vagy mindegyik fázishoz két külön tekercs tartozik. A mágneses tér iránya a tekercsek feleinek vagy egész tekercselésének megváltoztatásával változik. Ebben az esetben csak két egyszerű A és B gomb szükséges minden fázishoz (18. ábra).

Rizs. 18. Az egypólusú motortekercs áramellátása.

A bipoláris motoroknál az irány megfordul a tekercselő vezetékek polaritásának megfordításával. Ez a polaritás megfordítás teljes H-hidat igényel (19. ábra). A kulcskezelést mindkét esetben logikai áramkörnek kell elvégeznie, amely megvalósítja a kívánt működési algoritmust. Feltételezzük, hogy az áramkörök tápegysége a motor tekercselésére van méretezve.

Rizs. 19. A bipoláris motor tekercsének áramellátása.

Ez a legegyszerűbb módja a tekercselő áram szabályozásának, és - mint később látható lesz - jelentősen korlátozza a motor képességeit. Meg kell jegyezni, hogy a H-híd tranzisztorok külön vezérlésével olyan helyzetek lehetségesek, amikor a tápegységet kulcsok zárolják. Ezért a vezérlő logikai áramkört úgy kell felépíteni, hogy kizárja ezt a helyzetet a vezérlő mikrovezérlő meghibásodása esetén is.

A motor tekercselés induktivitású, ami azt jelenti, hogy az áram nem tud végtelenül gyorsan emelkedni vagy végtelenül gyorsan csökkenni anélkül, hogy végtelen potenciálkülönbséget idézne elő. Ha a tekercset áramforráshoz csatlakoztatják, az áram bizonyos ütemben növekszik, és a tekercselés lekapcsolásakor feszültséghullám lép fel. Ez a túlfeszültség károsíthatja a kapcsolókat, amelyek bipoláris vagy terepi hatású tranzisztorok. Ennek a kibocsátásnak a korlátozásához speciális védőláncokat kell felszerelni. Ábra diagramjain. A 18. és 19. ábrán látható, hogy ezeket a láncokat diódák alkotják; a kondenzátorokat vagy azok diódákkal való kombinációját sokkal ritkábban használják. A kondenzátorok használata elektromos rezonanciát okoz, ami bizonyos fordulatszámon növelheti a nyomatékot. Ábrán. 18 szükség volt 4 diódára, mivel az egypólusú motor tekercselésének fele egy közös magon helyezkedik el, és erősen össze van kötve. Autotranszformátorként működnek, és mindkét tekercs csatlakozóin túlfeszültség lép fel. Ha MOS tranzisztorokat használnak kapcsolóként, akkor csak két külső dióda elegendő, mivel már tartalmaznak diódákat. A nagy teljesítményű nyitott kollektor kimeneti fokozatokat tartalmazó integrált áramkörök gyakran rendelkeznek ilyen diódákkal. Ezenkívül egyes mikroáramkörökben, mint például az ULN2003, ULN2803 és hasonlók, mindkét tranzisztorhoz védő diódák vannak. Meg kell jegyezni, hogy nagy sebességű kapcsolók használata esetén hasonló sebességű diódákra van szükség. Lassú diódák használata esetén ezeket kis kondenzátorokkal kell tolatni.

Az áram stabilizálása

A nyomaték beállításához szükség van a tekercsek áramának beállítására. Mindenesetre az áramot korlátozni kell, hogy ne haladja meg a tekercsek ohmos ellenállása alatti teljesítményeloszlást. Ezenkívül a féllépcsős üzemmódban bizonyos időpontokban továbbra is nulla áramot kell biztosítani a tekercsekben, a mikrolépcsős módban pedig általában különböző áramértékeket kell beállítani.

A gyártó minden motor esetében feltünteti a tekercsek névleges üzemi feszültségét. Ezért a tekercsek áramellátásának legegyszerűbb módja az állandó feszültségű forrás használata. Ebben az esetben az áramot a tekercsek ohmos ellenállása és a tápegység feszültsége korlátozza (20a. Ábra), ezért ezt az áramellátási módot L / R tápegységnek nevezik. A tekercsben lévő áram exponenciálisan növekszik az induktivitás, a tekercs aktív ellenállása és az alkalmazott feszültség által meghatározott ütemben. A növekvő frekvenciával az áram nem éri el a névleges értéket, és a nyomaték csökken. Ezért ez az áramellátási módszer csak kis fordulatszámú működésre alkalmas, és a gyakorlatban csak kis teljesítményű motoroknál használatos.

Rizs. 20. A tekercs áramellátása névleges feszültséggel (a) és korlátozó ellenállás használata (b).

Nagy fordulatszámon történő üzemeltetéskor növelni kell a tekercsek áramának növekedési sebességét, ami az áramforrás feszültségének növelésével lehetséges. Ebben az esetben a maximális tekercsáramot korlátozni kell egy további ellenállás segítségével. Például, ha a névleges érték ötszöröse tápfeszültséget használnak, akkor ilyen kiegészítő ellenállás szükséges, hogy a teljes ellenállás 5R legyen, ahol R a tekercs ohmos ellenállása (L / 5R-tápellátás). Ez az áramellátási módszer gyorsabb áramfelvételt és ennek következtében nagyobb nyomatékot biztosít (20b. Ábra). Ennek azonban van egy jelentős hátránya: az ellenálláson további teljesítmény veszik el. Az erős ellenállások nagy méretei, a hőelvezetés igénye és az áramforrás megnövelt előírt teljesítménye - mindez hatástalanná teszi ezt a módszert, és korlátozza alkalmazását az 1 - 2 wattos kis motorokra. Azt kell mondanunk, hogy a múlt század 80 -as éveinek elejéig a gyártók által megadott léptetőmotor -paraméterek pontosan ehhez az áramellátási módszerhez tartoztak.

Még gyorsabb áramnövekedés érhető el, ha áramgenerátort használnak a motor táplálására. Az aktuális felhalmozás lineáris lesz, így gyorsan elérheti a névleges áramértéket. Ezenkívül egy pár erős ellenállás többe kerülhet, mint egy pár erős tranzisztor a radiátorokkal együtt. De mint az előző esetben, az áramgenerátor további energiát fog elvezetni, ami ezt az energiagazdálkodási rendszert hatástalanná teszi.

Van egy másik megoldás is, amely nagy fordulatszámot és alacsony energiaveszteséget biztosít. Két áramforrás használatán alapul.

Rizs. 21. A motortekercs áramellátása lépcsőfeszültséggel.

Minden lépés elején a tekercseket röviden egy magasabb feszültségű forráshoz kötik, ami gyors áramnövekedést biztosít (21. ábra). Ekkor a tekercsek tápfeszültsége csökken (21. ábra t 1 idő). Ennek a módszernek a hátránya két kapcsoló, két tápegység és egy összetettebb vezérlőáramkör szükségessége. Azokban a rendszerekben, ahol ilyen források már léteznek, a módszer meglehetősen olcsó lehet. További nehézség, hogy lehetetlen meghatározni a t 1 időt az általános esetre. A tekercsek alacsonyabb induktivitású motorja esetén az áram emelkedési sebessége nagyobb, és rögzített t 1 értéknél az átlagos áram magasabb lehet a névlegesnél, ami a motor túlmelegedésével jár.

Egy másik módszer az áram stabilizálására a motortekercsekben a kulcs (impulzusszélesség) szabályozás. A modern léptetőmotor -meghajtók ezt a módszert használják. A kulcsszabályozó nagy fordulatszámot biztosít a tekercsekben, könnyű szabályozást és nagyon alacsony veszteséget biztosít. A kulcsáram -szabályozó áramkör másik előnye, hogy állandóan tartja a motor nyomatékát, függetlenül a tápfeszültség ingadozásától. Ez lehetővé teszi az egyszerű és olcsó szabályozatlan tápegységek használatát.

Az áram gyors emelkedésének biztosítása érdekében a névleges feszültségnél többszörös tápfeszültséget használnak. A munkaciklus beállításával az átlagos feszültséget és áramot a tekercs névleges szintjén tartják. A karbantartás a visszajelzések eredményeként történik. Egy ellenállás sorba van kötve a tekercseléssel - az R áramérzékelővel (22.a ábra). Az ellenállás feszültségcsökkenése arányos a tekercselő árammal. Amikor az áram eléri a beállított értéket, a kapcsoló kikapcsol, ami az áram csökkenéséhez vezet. Amikor az áram az alsó küszöbértékre csökken, a kapcsoló újra bekapcsol. Ezt a folyamatot periodikusan megismételjük, az átlagos áramot állandó értéken tartva.

Rizs. 22. A kulcsáram -stabilizáció különféle sémái.

Az Uref értékének szabályozásával beállíthatja a fázisáramot, például növelheti azt a gyorsítás és a lassítás során, és csökkentheti, ha állandó sebességgel működik. Beállíthatod egy DAC használatával egy szinuszos formában is, így megvalósíthatod a mikroszkopikus módot. A kulcs tranzisztor vezérlésének ez a módja állandó áramlökést biztosít a tekercselésben, amelyet az összehasonlító hiszterézis határoz meg. A kapcsolási frekvencia azonban a tekercsben lévő áram változási sebességétől függ, különösen az induktivitásától és a tápfeszültségtől. Ezenkívül két ilyen, a motor különböző fázisait tápláló áramkör nem szinkronizálható, ami további interferenciát okozhat.

Az állandó kapcsolási frekvenciájú áramkör mentes ezekből a hiányosságokból (22.b ábra). A kulcsos tranzisztorokat egy trigger vezérli, amelyet egy speciális generátor állít be. A flip-flop beállításakor a kapcsolótranzisztor bekapcsol, és a fázisáram emelkedni kezd. Ezzel együtt az áramérzékelő feszültségcsökkenése is növekszik. Amikor eléri a referenciafeszültséget, az összehasonlító kapcsol, és törli a flip-flopot. Ebben az esetben a kulcsos tranzisztor kikapcsol, és a fázisáram csökkenni kezd, amíg a trigger újra nem telepíti a generátort. Ez az áramkör állandó kapcsolási frekvenciát biztosít, de az áram hullámzása nem lesz állandó. A generátor frekvenciáját általában legalább 20 kHz -re választják, hogy a motor ne halljon hangot. Ugyanakkor a túl magas kapcsolási frekvencia megnövekedett veszteségeket okozhat a motor magjában és a tranzisztorok kapcsolási veszteségeit. Bár a magveszteség nem nő olyan gyorsan a növekvő frekvenciával, mivel a hullámzás áramának amplitúdója csökken a frekvenciával. Az átlagos áram 10% -ának megfelelő hullámzások általában nem okoznak veszteségi problémákat.

Hasonló séma valósul meg az SGS-Thomson L297 mikroáramkörön belül, amelynek használata minimalizálja a külső alkatrészek számát. Más speciális mikroáramkörök is végrehajtják a kulcsszabályozást.

Rizs. 23. Az áram alakja a motortekercsekben a különböző ellátási módokhoz.

Ábrán. A 23. ábra a motor tekercselésében lévő áram hullámformáját mutatja be háromféle ellátási mód esetén. A pillanat értelmében a legjobb módszer a kulcsfontosságú módszer. Ezenkívül nagy hatékonyságot biztosít, és lehetővé teszi az aktuális érték egyszerű beállítását.

Gyors és lassú lejtés

Ábrán. A 19. ábra a H-híd billentyűinek konfigurációját mutatja a tekercselésben az áram különböző irányainak bekapcsolásához. Az áram kikapcsolásához kapcsolja ki a H-híd összes gombját, vagy hagyjon bekapcsolva egy kulcsot (24. ábra). Ez a két helyzet különbözik a tekercsben lévő áram bomlási sebességében. Miután lekapcsolta az induktivitást az áramforrásról, az áram nem állhat le azonnal. Van egy önindukciós EMF, amely az áramforrással ellentétes irányú. Amikor tranzisztorokat kapcsolóként használ, shunt diódákat kell használni a vezetés biztosítására mindkét irányban. Az induktivitás áramváltozásának sebessége arányos az alkalmazott feszültséggel. Ez igaz az áramlat felemelkedésére és bukására is. Csak az első esetben az áramforrás az áramforrás, a másodikban pedig maga az induktivitás adja fel a tárolt energiát. Ez a folyamat különböző körülmények között játszódhat le.

Rizs. 24. Lassú és gyors árambomlás.

Ábrán. A 24a. Ábra a H-híd kulcsainak állapotát mutatja, amikor a tekercselés be van kapcsolva. Az A és D gombok be vannak kapcsolva, az áram irányát nyíl jelzi. Ábrán. A 24b tekercselés ki van kapcsolva, de az A gomb be van kapcsolva. Az önindukciós EMF ezen a kapcsolón és a VD3 diódán keresztül zárlatos. Ekkor a tekercs kivezetésein kis feszültség lesz, amely megegyezik a dióda keresztirányú csökkenésével és a kapcsolón keresztüli csökkenéssel (a tranzisztor telítési feszültsége). Mivel a tekercs kivezetésein a feszültség kicsi, az áramváltozás mértéke is kicsi lesz. Ennek megfelelően a mágneses mező bomlási sebessége is kicsi lesz. És ez azt jelenti, hogy egy ideig a motor állórésze mágneses teret hoz létre, amely jelen pillanatban nem lehet jelen. Ez a mező fékező hatással lesz a forgó rotorra. Nagy motorfordulatszámoknál ez a hatás komolyan zavarhatja a motor normál működését. A leállítás közbeni gyors lecsökkenés nagyon fontos a féllépcsős üzemmódban működő nagy sebességű vezérlők számára.

A tekercselő áram kikapcsolásának másik módja is lehetséges, amikor a H-híd összes kulcsa kinyílik (24c. Ábra). Ebben az esetben az önindukció EMF-je rövidre záródik a VD2, VD3 diódákon keresztül az áramforráshoz. Ez azt jelenti, hogy a jelenlegi bomlás során a tekercsen feszültség lesz, amely megegyezik a tápfeszültség és a két dióda előremenő csökkenésének összegével. Az első esethez képest ez sokkal nagyobb stressz. Ennek megfelelően az áram és a mágneses mező bomlása gyorsabb lesz. Ez a megoldás, amely a tápfeszültséget használja az áramcsökkenés felgyorsítására, a legegyszerűbb, de nem az egyetlen. Meg kell mondani, hogy bizonyos esetekben túlfeszültségek jelenhetnek meg a tápegységben, hogy elnyomják azokat a speciális csappantyúláncokat, amelyekre szükség lesz. Nincs jelentősége annak, hogy a megnövelt feszültséget milyen módon biztosítják a tekercsen az aktuális bomlás során. Ehhez használhat zener diódákat vagy varisztorokat. Ezek az elemek azonban további energiát veszítenek el, amelyet az első esetben visszaadtak az áramforrásnak.

Egypólusú motor esetében a helyzet bonyolultabb. A tény az, hogy a tekercselés fele vagy ugyanazon fázis két külön tekercselése erősen összekapcsolódik. Ennek a kapcsolatnak köszönhetően a záró tranzisztoron megnövekedett amplitúdójú hullámok lépnek fel. Ezért a tranzisztorokat speciális áramkörökkel kell védeni. Ezeknek az áramköröknek meglehetősen magas vágófeszültséget kell biztosítaniuk a gyors áramcsökkenés biztosítása érdekében. Leggyakrabban a diódákat zener diódákkal vagy varisztorokkal együtt használják. Az áramkörök megvalósításának egyik módja az ábrán látható. 25.

Rizs. 25. Példa egy egypólusú motor gyorsáramú bomlásának megvalósítására.

A kulcsszabályozásnál a hullámzó áram nagysága a bomlás sebességétől függ. Itt különböző változatok lehetségesek.

Ha a tekercset dióda zárja rövidre, akkor lassú áramlás csökken. Ez a hullámzás amplitúdójának csökkenéséhez vezet, ami nagyon kívánatos, különösen akkor, ha a motor mikrolépéses üzemmódban működik. Adott hullámzási szint esetén a lassú áramcsökkenés lehetővé teszi az alacsonyabb PWM frekvenciákon történő működést, ami csökkenti a motor fűtését. Ezen okok miatt széles körben használják a lassú áramlás bomlását. Számos oka van azonban annak, hogy a lassú áramnövekedés nem mindig optimális: először is, a negatív hátsó EMF miatt, a tekercsen a jelenlegi esés során tapasztalt alacsony feszültség miatt, a valós tekercselőáram túlbecsülhető lehet; másodszor, amikor a fázisáram éles csökkentésére van szükség (például féllépcsős módban), a lassú esés nem teszi lehetővé a gyors végrehajtást; harmadszor, ha a fázisáram nagyon alacsony értékét kell beállítani, akkor a szabályozás megsérthető a kapcsolók minimális bekapcsolási idejének korlátozása miatt.

Az áramcsökkenés nagy sebessége, amely a tekercsnek az áramforráshoz történő bezárásával valósul meg, fokozott hullámossághoz vezet. Ugyanakkor kiküszöbölhetők az áram lassú bomlásában rejlő hátrányok. Ebben az esetben azonban az átlagos áram fenntartásának pontossága kisebb, és a veszteség is nagyobb.

A legfejlettebb vezérlő IC -k képesek szabályozni az aktuális bomlás mértékét.

A járművezetők gyakorlati megvalósítása

A léptetőmotor -meghajtónak két fő feladatot kell megoldania: a szükséges jelsorozatok kialakítása és a szükséges áram biztosítása a tekercsekben. Az integrált implementációkban néha ezeket a feladatokat különböző mikroáramkörök végzik. Példa erre az SGS-Thomson L297 és L298 lapkakészlete. Az L297 időszekvenálási logikát tartalmaz, az L298 pedig egy erős kettős H-híd. Sajnos némi zűrzavar van a terminológiában az ilyen mikroáramkörök tekintetében. A "meghajtó" kifejezést gyakran alkalmazzák sok mikroáramkörre, még akkor is, ha funkcióik nagyban különböznek egymástól. Más logikai mikroáramköröket "fordítóknak" neveznek. Ebben a cikkben az alábbi terminológiát fogjuk használni az alábbiakban: "vezérlő" - mikroáramkör, amely felelős az időszekvenciák kialakításáért; "Driver" - egy erős áramkör a motor tekercseléséhez. A "meghajtó" és a "vezérlő" kifejezések azonban utalhatnak egy teljes léptetőmotor -vezérlő eszközre is. Meg kell jegyezni, hogy az utóbbi időben egyre több vezérlő és illesztőprogram van egy mikroáramkörben.

A gyakorlatban speciális mikroáramkörök nélkül is megteheti. Például minden vezérlőfunkció megvalósítható szoftverben, és diszkrét tranzisztorok halmaza használható meghajtóként. Ebben az esetben azonban a mikrokontroller erősen meg lesz terhelve, és a meghajtó áramköre nehézkes lehet. Ennek ellenére bizonyos esetekben egy ilyen megoldás költséghatékony lesz.
A legegyszerűbb meghajtó szükséges az egypólusú motor tekercselésének vezérléséhez. Erre a legegyszerűbb kapcsolók alkalmasak, amelyekhez bipoláris vagy terepi hatású tranzisztorok használhatók. A logikai szinten vezérelt nagy teljesítményű MOSFET -ek, mint például az IRLZ34, IRLZ44, IRL540, meglehetősen hatékonyak. A bekapcsolási ellenállásuk kisebb, mint 0,1 ohm, és a megengedett áram körülbelül 30A. Ezeknek a tranzisztoroknak hazai megfelelőik KP723G, KP727V és KP746G. Vannak speciális mikroáramkörök is, amelyek több erős tranzisztoros kapcsolót tartalmaznak. Példa erre az Allegro ULN2003 mikroáramkör (analógunk K1109KT23), amely 7 kulcsot tartalmaz, amelyek maximális áramerőssége 0,5 A. A mikroáramkör egyik cellájának sematikus ábrája az ábrán látható. 26.

Rizs. 26. Az ULN2003 mikroáramkör egyik cellájának sematikus diagramja.

Hasonló mikroáramköröket sok cég gyárt. Meg kell jegyezni, hogy ezek a mikroáramkörök nemcsak a léptetőmotorok tekercseinek táplálásához, hanem bármilyen más terhelés táplálásához is alkalmasak. Az egyszerű meghajtó mikroáramkörök mellett léteznek bonyolultabb mikroáramkörök is, amelyek beépített vezérlővel, PWM áramszabályozással és akár DAC-val is rendelkeznek a mikrolépési módhoz.

Amint azt korábban említettük, a bipoláris motorok vezérléséhez összetettebb áramkörökre, például H-hidakra van szükség. Az ilyen áramkörök diszkrét elemeken is megvalósíthatók, bár az utóbbi időben egyre inkább integrált áramkörökön valósítják meg. Egy példa a diszkrét megvalósításra az ábrán látható. 27.

Rizs. 27. A hídmeghajtó megvalósítása diszkrét alkatrészeken.

Ezt a H-hidat két jel vezérli, így nem teszi lehetővé az összes lehetséges kombinációt. A tekercs feszültség alatt áll, ha a bemeneti szintek eltérőek, és rövidre zárva, ha a szintek azonosak. Ez lehetővé teszi, hogy csak lassú áramú lefelé irányuló lefutást érjünk el (egyenáramú befecskendező fék). Az integrált hídhajtókat sok vállalat gyártja. Példa erre az SGS-Thomson L293 (KR1128KT3A) és L298.

Egészen a közelmúltig az Ericsson nagyszámú mikroáramkört gyártott a léptetőmotor vezérléséhez. 1999. június 11-én azonban átadta ipari minőségű chipjeinek gyártását a New Japan Radio Company-hoz (New JRC). Ugyanakkor a mikroáramkörök megnevezése emlékezett a PBLxxxx -ről az NJMxxxx -re.

Mind az egyszerű kulcsok, mind a H-hidak a kulcsáram-stabilizátor részét képezhetik. A kulcsvezérlő áramkör elvégezhető különálló alkatrészeken vagy speciális mikroáramkör formájában. Egy meglehetősen népszerű mikroáramkör, amely a PWM áram stabilizálását hajtja végre, az SGS-Thomson L297. Az L293 vagy L298 hídhajtó IC -vel együtt komplett vezérlőrendszert képeznek a léptetőmotor számára (28. ábra).

Rizs. 28. Tipikus áramkör az L297 és L298N mikroáramkörök bekapcsolásához.

Az L297 mikroáramkör nagymértékben tehermentesíti a vezérlő mikrokontrollert, mivel csak az órajel frekvenciájára CLOCK (lépésismétlési gyakoriság) és több statikus jelre van szükség: DIRECTION - irány (a jel belső szinkronban van, bármikor válthat), FÉL / TELJES - fél lépés / teljes lépés mód, RESET - a fázisokat a kezdeti állapotba állítja (ABCD = 0101), ENABLE - engedélyezi a mikroáramkört, V ref - referenciafeszültség, amely beállítja a csúcsáram értékét a PWM szabályozás során. Ezenkívül számos további jel is van. A CONTROL jel beállítja a PWM vezérlő működési módját. Alacsony szintjén a PWM vezérlés az INH1, INH2 kimeneteken, magas szinten pedig az ABCD kimeneteken történik. SYNC - a belső PWM óragenerátor kimenete. Több mikroáramkör működésének szinkronizálására szolgál. Bemenetként is használható külső oszcillátorból történő órajelzéskor. HOME - alaphelyzet jel (ABCD = 0101). A FÉL / TELJES mód váltásának szinkronizálására szolgál. A teljes lépéses üzemmódba való áttérés pillanatától függően a mikroáramkör olyan üzemmódban működhet, amelyben egy fázis vagy két fázis van bekapcsolva.

Sok más mikroáramkör is végrehajtja a kulcsszabályozást. Néhány mikroáramkör rendelkezik bizonyos jellemzőkkel, például a National Semiconductor LMD18T245 illesztőprogram nem igényel külső áramérzékelő használatát, mivel azt egy MOSFET cella alapján valósítják meg.

Egyes mikroáramköröket kifejezetten mikroszkopikus módban való működésre terveztek. Példa erre az Allegro A3955 chip. Beépített 3-bites nemlineáris DAC-mal rendelkezik a szinuszos fázisáram beállításához.

Rizs. 29. A forgórész áram- és elmozdulási vektora.

A 3-bites DAC által generált fázisáramok függvényében a rotor eltolódását az 1. ábra mutatja. 29. A Microcircuit A3972 beépített 6 bites lineáris DAC-val rendelkezik.

A vezető típusának kiválasztása

A léptetőmotor maximális nyomatéka és teljesítménye a tengelyen a motor méretétől, a hűtési körülményektől, az üzemmódtól (futás / szünet arány), a motor tekercselésének paramétereitől és a használt meghajtó típusától függ. Az alkalmazott meghajtó típus nagymértékben befolyásolja a motortengely teljesítményét. Ugyanilyen teljesítményeloszlás mellett az impulzusáram -stabilizátoros meghajtó nyomatéknövekedést biztosít bizonyos fordulatszámoknál akár 5-6 -szorosára is, a névleges feszültségű tekercsek tápellátásához képest. Ezzel a megengedett fordulatszám tartomány is bővül.

A léptetőmotoros hajtástechnika folyamatosan fejlődik. A fejlesztés célja a tengely legnagyobb nyomatékának elérése a motor minimális méreteivel, széles fordulatszám -képességekkel, nagy hatékonysággal és jobb pontossággal. Ennek a technológiának egy fontos láncszeme a mikrolépési mód használata.

A gyakorlatban a léptetőmotoron alapuló hajtás fejlesztési ideje is fontos. Egyedi kialakítás kidolgozása minden egyes esetre időigényes. Ebből a szempontból előnyösebb a PWM áram stabilizálásán alapuló univerzális vezérlőáramkörök használata, a magasabb költségek ellenére.

Gyakorlati példa az AVR mikrovezérlő családon alapuló léptetőmotoros vezérlőre

Annak ellenére, hogy jelenleg nagyszámú speciális mikroáramkör áll rendelkezésre a léptetőmotorok vezérléséhez, bizonyos esetekben lehetséges nélkülük. Ha nem túl igényes, a vezérlő teljes egészében szoftveresen is megvalósítható. Ezenkívül egy ilyen vezérlő költsége nagyon alacsony.

A javasolt szabályozót egy unipoláris léptetőmotor vezérlésére tervezték, minden egyes tekercs átlagos áramerőssége 2,5A. A vezérlő használható közös léptetőmotorokkal, például DSHI -200-1, -2, -3. Használható olyan kevésbé erős motorok meghajtására is, mint például az 5 hüvelykes meghajtók fejpozícionálásához. Ugyanakkor az áramkör leegyszerűsíthető a kulcs tranzisztorok párhuzamos csatlakoztatásának és a kulcsáram-stabilizáció elutasításával, mivel az egyszerű L / R tápegység elegendő az alacsony teljesítményű motorokhoz.

Rizs. 30. Léptetőmotor -vezérlő sematikus rajza.

A készülék alapja (30. ábra) az Atmel AT90S2313 típusú U1 mikrovezérlője. A motor tekercselési vezérlőjeleit a szoftver a PB4 - PB7 portokon generálja. A tekercsek kapcsolásához két párhuzamosan csatlakoztatott KP505A típusú terepi tranzisztor, összesen 8 tranzisztor (VT1 - VT8) használható. Ezek a tranzisztorok TO-92 csomaggal rendelkeznek, és akár 1,4 A áramot tudnak váltani, a csatornaellenállás körülbelül 0,3 ohm. Annak érdekében, hogy a tranzisztorok zárva maradjanak a mikrokontroller "reset" jele alatt (a portok jelenleg nagy impedanciájú állapotban vannak), az R11 - R14 ellenállások a kapuk és a források közé vannak csatlakoztatva. A kapu kapacitásának újratöltési áramának korlátozására az R6 - R9 ellenállások vannak felszerelve. Ez a vezérlő nem állítja, hogy nagy sebességű jellemzőkkel rendelkezik, ezért teljesen elégedett a fázisáram lassú csökkenésével, amelyet a motor tekercselésének VD2 - VD5 diódákkal történő tolatása biztosít. A léptetőmotor csatlakoztatásához van egy 8 tűs XP3 csatlakozó, amely lehetővé teszi olyan motor csatlakoztatását, amelynek két tekercséből két külön vezeték van (például DSHI-200). A belsőleg csatlakoztatott tekercsekkel rendelkező motoroknál a csatlakozó egy vagy két közös csapja szabadon marad.

Meg kell jegyezni, hogy a vezérlővel nagy átlagos fázisáramú motor vezérelhető. Ehhez csak a VT1 - VT8 tranzisztorokat és a VD2 - VD5 diódákat kell lecserélni erősebbre. Ezenkívül ebben az esetben a tranzisztorok párhuzamos csatlakoztatása elhagyható. A legalkalmasabbak a logikai szinten vezérelt MOSFET -ek. Például ezek a KP723G, KP727V és mások.

Az áram stabilizálása PWM használatával történik, amelyet szoftveresen is megvalósítanak. Ehhez két R15 és R16 áramérzékelőt használnak. Az áramérzékelőktől vett jeleket az R17C8 és R18C9 aluláteresztő szűrőn keresztül az U3A és U3B összehasonlító bemenetekre táplálják. Az aluláteresztő szűrők megakadályozzák a komparátorok interferencia miatti hamis működését. Minden összehasonlító második bemenetére vonatkoztatni kell egy referenciafeszültséget, amely meghatározza a motortekercsek csúcsáramát. Ezt a feszültséget a mikrokontroller hozza létre egy 8 bites PWM módban működő beépített időzítő segítségével. A PWM jel szűréséhez kétláncú R19C10R22C11 aluláteresztő szűrőt használnak. Ugyanakkor az R19, R22 és R23 ellenállások osztót alkotnak, amely beállítja a fázisáramok beállításának skáláját. Ebben az esetben a 255 kódnak megfelelő maximális csúcsáram 5,11A, ami 0,511 V feszültségnek felel meg az áramérzékelőknél. Figyelembe véve azt a tényt, hogy az egyenáramú komponens a PWM kimeneten 0 és 5 V között változik, a szükséges felosztási arány körülbelül 9,7. A komparátor kimenetek az INT0 és INT1 mikrovezérlő megszakító bemenetekhez vannak csatlakoztatva.

A motor működését két logikai bemenet vezérli: FWD (előre) és REW (hátramenet), az XP1 csatlakozóhoz csatlakoztatva. Ha LOW logikai szintet alkalmaznak ezen bemenetek egyikére, a motor egy meghatározott minimális fordulatszámmal forogni kezd, fokozatosan gyorsulva egy adott állandó gyorsulással. A gyorsulás akkor ér véget, amikor a motor eléri a beállított üzemi sebességet. Ha parancsot adnak a forgásirány megfordítására, akkor a motort ugyanazzal a gyorsulással lelassítják, majd megfordítják és ismét felgyorsítják.

A parancsbemeneteken kívül két bemenet van a végálláskapcsolókhoz az XP2 csatlakozóhoz csatlakoztatva. A végálláskapcsoló akkor tekinthető aktiváltnak, ha LOW logikai szint van a megfelelő bemeneten. Ebben az esetben tilos az ilyen irányú forgás. Ha a végálláskapcsolót a motor forgása közben aktiválja, akkor a megadott gyorsulással lelassul, majd leáll.

A parancsbemeneteket és a végálláskapcsolók bemeneteit az ellenállásból és egy zener diódából álló R1VD6, R2VD7, R3VD8 és R4VD9 láncok védik a túlfeszültség ellen.

A mikrokontroller tápellátását a 78LR05 stabilizátor mikroáramkör segítségével alakítják ki, amely egyidejűleg teljesítményfigyelőként is működik. Amikor a tápfeszültség a beállított küszöb alá esik, ez a mikroáramkör "reset" jelet generál a mikrokontroller számára. A stabilizátor áramellátása a VD1 diódán keresztül történik, amely a C6 kondenzátorral együtt csökkenti a viszonylag nagy terhelés, ami egy léptetőmotor, bekapcsolása okozta hullámzást. Az áramellátást a tábla egy 4 tűs XP4 csatlakozón keresztül biztosítja, amelynek érintkezői megismétlődnek.

A program demo verziója lehetővé teszi a motor gyorsítását és lassítását állandó gyorsítással, valamint állandó sebességgel történő forgást teljes vagy fél lépéses módban. Ez a program tartalmazza az összes szükséges funkciókészletet, és alapul szolgálhat speciális programok írásához. Ezért érdemes részletesebben megvizsgálni a szerkezetét.

A program fő feladata impulzus -sorozatok generálása 4 motortekercshez. Mivel ezeknek a szekvenciáknak az időzítése kritikus, a formázást az időzítő megszakításkezelőben hajtjuk végre 0. Azt mondhatjuk, hogy a program elvégzi a fő munkát ebben a kezelőben. A kezelő tömbvázlata az ábrán látható. 31.

Rizs. 31. A 0 időzítő megszakítás kezelő tömbvázlata.

Az 1. időzítő kétségtelenül kényelmesebb lenne, mivel 16 bites, és képes időszakos megszakításokat okozni az automatikus nullázással való egybeesés miatt. Mindazonáltal elfoglalt a PWM feszültségreferencia kialakításával az összehasonlítók számára. Ezért meg kell szakítani a 0 időzítőt egy megszakítás során, ami a terhelési érték némi beállítását igényli, és némi remegést okoz, ami azonban a gyakorlatban nem zavar. Fő időalapként 25 μs intervallumot választanak ki, amelyet az időzítő képez. Ilyen diszkrécióval fázisok idősorai alakulhatnak ki, ugyanabban az időszakban a motor fázisaiban az áram PWM stabilizálódik.

A 16 bites STCNT szoftver időzítőt használjuk a lépésismétlési időszak kialakítására. A 0. időzítővel ellentétben a terhelési értéke nem állandó, mivel ez határozza meg a motor fordulatszámát. Így a fázisváltás csak akkor következik be, ha a szoftver időzítő túlcsordul.

A fázisok sorrendjét egy táblázat tartalmazza. A mikrovezérlő programmemóriájában három különböző táblázat található: a teljes lépéses üzemmódhoz fázisátfedés nélkül, a teljes lépéshez az átfedéssel és a féllépcsős módhoz. Minden táblázat azonos hosszúságú, 8 bájt. A munka elején szükséges táblázatot betöltik a RAM -ba, ami megkönnyíti a motor különböző üzemmódjai közötti váltást. Az értékek kiválasztása a táblázatból a PHASE mutató segítségével történik, így a motor forgásirányának átkapcsolása is nagyon egyszerű: az előre forgatáshoz növelni kell a mutatót, visszafelé pedig csökkenteni.

A program "legfontosabb" változója a 24 bites aláírt VC változó, amely tartalmazza az aktuális sebesség értékét. Ennek a változónak az előjele határozza meg a forgás irányát, az érték pedig a kadenciát. Ennek a változónak a nulla értéke azt jelzi, hogy a motor leállt. Ebben az esetben a program minden fázis áramát kikapcsolja, bár ebben a helyzetben sok alkalmazásban be kell hagyni az aktuális fázisokat, és csak kismértékben kell csökkenteni az áramukat, ezáltal biztosítva a motor helyzetének megtartását. Ha szükséges, a program logikájának ilyen módosítása nagyon egyszerű.

Így, ha az STCNT program időzítője túlcsordul, a VC változó értékét elemzik, pozitív érték esetén a PHASE mutatót növelik, és negatív érték esetén csökkentik. Ezután a fázisok következő kombinációját választjuk ki a táblázatból, amely a portra kerül. Ha a VC nulla, a PHASE mutató nem változik, és az összes null érték a portra kerül.

Az STCNT időzítő betöltéséhez szükséges T érték egyedileg kapcsolódik a VC változó értékéhez. A frekvencia periódussá alakítása azonban meglehetősen hosszú időt vesz igénybe, ezért ezeket a számításokat a főprogramban végzik, és nem minden lépésben, de sokkal ritkábban. Általában ezeket a számításokat rendszeresen csak gyorsítás vagy lassítás közben kell elvégezni. Más esetekben a lépések sebessége és ennek megfelelően az ismétlési időszak sem változik.

A PWM áram stabilizálásához a fázisoknak időszakosan be kell kapcsolniuk, majd amikor az áram eléri az adott szintet, ki kell kapcsolniuk. Az időszakos aktiválást a 0. időzítő megszakításakor hajtják végre, amelyhez, még akkor is, ha nincs túlcsordulás az STCNT programidőzítőn, az aktuális fáziskombináció a portra kerül. Ez 25 μs periódussal történik (ami 40 kHz PWM frekvenciának felel meg). A fáziskikapcsolást összehasonlító készülékek vezérlik, amelyek kimenetei INT0 és INT1 megszakítási bemenetekhez vannak csatlakoztatva. A megszakítások engedélyezve vannak a fázisáram bekapcsolása után, és azonnal le vannak tiltva az összehasonlítók kapcsolása után. Ez kiküszöböli az újrafeldolgozást. A megszakításkezelőkben csak a megfelelő fázisok válnak szét (32. ábra).

Rizs. 32. Az INT0 és INT1 megszakításkezelő tömbvázlata.

A PWM áram stabilizálása során bekövetkező folyamatokat az ábra mutatja. 33. Különösen meg kell jegyezni, hogy az áramérzékelőben lévő áram akkor is szakaszos, ha a tekercselő áram nem szakad meg. Ez annak köszönhető, hogy az aktuális bomlás során útja nem az áramérzékelőn (hanem a diódán) halad át.

Rizs. 33. A PWM áram stabilizálásának folyamata.

Azt kell mondani, hogy a PWM rendszer analóg része a motorfázisok áramának stabilizálására meglehetősen "szeszélyes". A helyzet az, hogy az áramérzékelőből vett jel nagy mennyiségű interferenciát tartalmaz. Az interferencia főként a motor tekercselésének kommutációs pillanataiban jelentkezik, "saját" és "idegen" fázisokban. Az áramkör megfelelő működéséhez megfelelő NYÁK -elrendezésre van szükség, különösen a földvezetők esetében. Szükség lehet az aluláteresztő szűrő értékeinek kiválasztására az összehasonlító bemenetén, vagy akár egy kis hiszterézist kell bevezetni az összehasonlítóba. Amint fentebb említettük, kis teljesítményű motorok vezérlésekor a PWM áram stabilizálása teljesen felhagyhat a tekercsek szokásos L / R tápáramkörének használatával. A PWM stabilizáció kizárásához elegendő csak nem csatlakoztatni a mikrokontroller INT0 és INT1 bemeneteit, természetesen ebben az esetben egyáltalán nem telepítheti az összehasonlító és az áramérzékelőket.

Ebben a programban a sebesség és időszak új értékeinek kiszámításának gyakorisága 15,625 ms. Ezt az értéket nem véletlenül választották. Ez az intervallum 1 / 64s, és ami a legfontosabb: egész számú 0 -as időzítő túlcsordulási periódust (25μs) tartalmaz. Kényelmes, ha a sebesség és a gyorsulás értékeit természetes egységekben állítjuk be, azaz lépésekben másodpercenként és lépésekben osztva egy második négyzettel. Annak érdekében, hogy a pillanatnyi sebességet másodpercenként 64 -szer tudja kiszámítani egész számtani módban, el kell mennie a sebesség 64 -szeresére növelett belső ábrázolásához. A 64 -gyel való szorzás és osztás normál műszakhoz vezet, és ezért nagyon kevés időt vesz igénybe. A számítások meghatározott gyakoriságát egy másik szoftver időzítő URCNT biztosítja, amely a 0. időzítő megszakításakor csökken (25 μs -onként). Ez az időzítő mindig állandó értékkel van feltöltve, ami állandó, 15,625 ms -os túlcsordulási időt biztosít. Amikor ez az időzítő túlcsordul, az UPD bit jelző van beállítva, amely jelzi a főprogramnak, hogy "ideje frissíteni a sebesség és az időszak értékeit".

A főprogram (34. ábra) kiszámítja a sebesség és a lépésismétlési időszak pillanatnyi értékeit, megadva a szükséges gyorsulási görbét. Ebben az esetben a gyorsítást és a lassítást állandó gyorsulással hajtják végre, így a sebesség lineárisan változik. Ebben az esetben az időszak a hiperbolikus törvénynek megfelelően változik, és annak kiszámítása a program fő munkája.

Rizs. 34. A program fő hurkának tömbvázlata.

A főprogram rendszeresen frissíti a sebességet és a lépések követésének időszakát, a frekvenciát az UPD jelző állítja be. A program két változó értékeinek összehasonlítása alapján végzi el a frissítést: a pillanatnyi VC sebesség és a szükséges VR sebesség.

A szükséges fordulatszámot a főprogram is meghatározza. Ez a vezérlőjelek és a végálláskapcsolókból származó jelek elemzésével történik. E jelektől függően a főprogram betölti a VR változót a kívánt sebességgel. Ebben a programban ezek a V előrehaladáshoz, -V hátramenethez és 0 a leállításhoz. Általánosságban elmondható, hogy a sebességek (valamint a gyorsítások és a fázisáramok) halmaza tetszőlegesen nagy lehet, az igényektől függően.

Ha a VC és a VR sebessége megegyezik, akkor a léptetőmotor állandó állapotban van, és nincs szükség frissítésre. Ha a sebességek nem egyenlők, akkor a VC érték adott gyorsulással megközelíti a VR -t, azaz a motor addig gyorsul (vagy lassul), amíg el nem éri névleges fordulatszámát. Abban az esetben, ha még a VR és a VC jelek is eltérnek, a motor lelassul, tolat, majd eléri a kívánt fordulatszámot. Ez úgy történik, mintha magától, a program felépítésének köszönhetően.

Ha a következő ellenőrzés során azt találjuk, hogy a VR és a VC sebesség nem egyenlő, akkor az A gyorsulási értéket hozzáadjuk (vagy kivonjuk) a VC értékhez.

Ezután kiszámítjuk a T periódust (35. ábra).

Rizs. 35. Az időszakszámítási alprogram tömbvázlata.

Először kiszámítják az aktuális sebesség modulját. Ekkor a minimális sebesség korlátozott. Ez a korlátozás két okból szükséges. Először is, egy végtelenül alacsony sebesség egy végtelenül nagy időszaknak felel meg, ami hibát okoz a számításokban. Másodszor, a léptetőmotorok sebességét tekintve meglehetősen hosszú indítási zónával rendelkeznek, így nem kell nagyon alacsony fordulatszámon indítani, különösen mivel az alacsony fordulatszámú forgás fokozott zajt és rezgést okoz. A minimális fordulatszám VMIN értékét az adott feladat és a motortípus alapján kell kiválasztani. A minimális sebesség korlátozása után az időszakot a T = 2560000 / | VC | képlet segítségével számítják ki. Első pillantásra a képlet nem nyilvánvaló, de ha figyelembe vesszük, hogy a periódust 25 μs intervallumokban kell megszerezni, és a VC belső ábrázolása a valódi értéke 64 -gyel megszorozva, akkor minden a helyére kerül. A T kiszámításához 24/24 előjel nélküli osztás szükséges, amit az AVR körülbelül 70μs 10MHz -en hajt végre. Tekintettel arra, hogy az időszakot nem gyakrabban számítják ki 15,625 ms -onként, a processzor terhelése nagyon alacsony. A fő terhelést a 0 időzítő megszakítás hajtja végre, és főleg egy rövid ágon (STCNT túlcsordulás nélkül) hajtják végre, körülbelül 3 mikroszekundum időtartammal, ami 12% processzor terhelésnek felel meg. Ez azt jelenti, hogy jelentős számítástechnikai erőforrások vannak.

A léptetőmotor -vezérlő nyomtatott áramköri lapja az ábrán látható. 36.

Rizs. 36. A léptetőmotor vezérlő nyomtatott áramköri lapja.

A bemutatott demóprogramból hiányzik sok olyan funkció, amely egy teljes léptetőmotor -vezérlőnek rendelkeznie kell. Ezen funkciók megvalósítása erősen függ egy adott léptetőmotor alkalmazásának jellemzőitől, és aligha lehet univerzálissá tenni. Ugyanakkor az adott program alapul szolgálhat egy vagy több képességgel rendelkező speciális programok írásához. Például számos speciális léptetőmotor -vezérlőt hoztak létre ezen a táblán. Az ilyen vezérlő egyik modellje a következő képességekkel rendelkezik:

• maximális fázisváltási frekvencia 3 kHz
• állandó gyorsulás
• programozható forgásirány
Nagy felbontású grafikus LCD vezérlő

Léptetőmotor -vezető- egy elektronikus eszköz, amely "járásra" késztet. A léptetőmotor -vezérlés területén a de facto szabványok. A STEP lépésjel, a DIR forgásirányjel, az ENABLE a vezető engedélyezése jel.

Tudományosabb meghatározás - a léptetőmotor -meghajtó egy elektronikus tápegység, amely a digitális vezérlőjelek alapján szabályozza a léptetőmotor nagyáramú / nagyfeszültségű tekercselését, és lehetővé teszi a léptetőmotor számára, hogy lépéseket tegyen (forogjon).

Sokkal nehezebb szabályozni a léptetőmotort, mint egy hagyományos kollektor motorral - a tekercsek feszültségeit egy bizonyos sorrendben kell kapcsolni egyidejű áramszabályozással. Ezért a léptetőmotor vezérléséhez speciális eszközöket fejlesztettek ki - léptetőmotor -meghajtókat. A léptetőmotor -meghajtó lehetővé teszi a léptetőmotor forgórészének forgásirányítását a vezérlőjeleknek megfelelően, és a léptetőmotor fizikai lépését elektronikusan feloszthatja kisebb lépésekre.

A tápegység, maga a léptetőmotor (tekercsei) és a vezérlőjelek a léptetőmotor meghajtójához vannak csatlakoztatva. A vezérlőjelek szabványa a STEP / DIR vagy CW / CCW és ENABLE.

STEP / DIR protokoll:

STEP jelzés - Időzítő jel, lépésjel. Egy impulzus a léptetőmotor forgórészének egy lépéssel történő elforgatásához vezet (nem a léptetőmotor fizikai lépése, hanem a meghajtóra beállított lépés - 1: 1, 1: 8, 1:16 stb.). A vezető általában egy lépést végez az impulzus első vagy hátsó szélén.

DIR jel - potenciális jel, irányjelző. Logikai egység - SM forog az óramutató járásával megegyező irányban, nulla - SM forog az óramutató járásával ellentétes irányban, vagy fordítva. A DIR jel megfordítása általában vagy a vezérlőprogramból, vagy a léptetőmotoros fázisok csatlakoztatásának felcserélésével történik a meghajtó csatlakozó csatlakozójában.

CW / CCW protokoll:

CW jel - Időzítő jel, lépésjel. Egy impulzus a léptetőmotor forgórészének egy lépéssel történő elforgatásához vezet (nem a léptetőmotor fizikai lépése, hanem a meghajtóra beállított lépés - 1: 1, 1: 8, 1:16 stb.) Az óramutató járásával megegyező irányba. A vezető általában egy lépést végez az impulzus első vagy hátsó szélén.

CW jel - Időzítő jel, lépésjel. Egy impulzus a léptetőmotor forgórészének egy lépéssel történő elforgatásához vezet (nem a léptetőmotor fizikai lépése, hanem a meghajtóra beállított lépés - 1: 1, 1: 8, 1:16 stb.) Az óramutató járásával ellentétes irányban. A vezető általában egy lépést végez az impulzus első vagy hátsó szélén.

ENABLE jelzés - Lehetséges jel, vezető be / ki jel. Általában a működés logikája a következő: logikai egység (5V a bemenetre) - a léptetőmotor meghajtója ki van kapcsolva, és a léptetőmotor tekercselése feszültségmentes, nulla (semmi sem kapható, vagy 0V a bemenethez) - a a léptetőmotor meghajtója be van kapcsolva, és a léptetőmotor tekercselése áram alatt van.

A léptetőmotor -meghajtóknak további funkciói lehetnek:

Túláram figyelés.

Tápfeszültség szabályozása, védelem a léptetőmotor hátsó EMF hatása ellen. Amikor a forgás lelassul, a léptetőmotor a tápfeszültséghez hozzáadott feszültséget generál, és rövid ideig növeli azt. Gyorsabb lassítás esetén a hátsó EMF feszültség nagyobb, és a tápfeszültség ugrása nagyobb. Ez a túlfeszültség károsíthatja a vezetőt, így a vezető védve van az áramlökések ellen. Ha a hálózati feszültség küszöbértékét túllépi, a meghajtó le van tiltva.

Fordított polaritásszabályozás vezérlőjelek és tápfeszültségek csatlakoztatásakor.

A tekercselő áram automatikus csökkentése alapjáraton (nincs STEP jel), hogy csökkentse a léptetőmotor felmelegedését és az áramfogyasztást (AUTO-SLEEP mód).

A léptetőmotor középfrekvenciás rezonanciájának automatikus kompenzátora. A rezonancia általában 6-12 fordulat / perc tartományban jelenik meg, a léptetőmotor zümmögni kezd, és a forgórész leáll. A rezonancia kezdete és erőssége erősen függ a léptetőmotor paramétereitől és mechanikai terhelésétől. A középfrekvenciás rezonancia automatikus kompenzátora lehetővé teszi, hogy teljesen kiküszöbölje a léptetőmotor rezonanciáját, és egyenletesé és stabillá tegye a forgását a teljes frekvenciatartományban.

A séma a fázisáramok alakjának megváltoztatására növekvő gyakorisággal (morfológia, áttérés a mikrolépéses módról a lépcsős üzemmódra növekvő gyakorisággal). A léptetőmotor csak a teljes lépcsős módban képes a TX -ben megadott pillanatot leadni, ezért egy normál léptetőmotor -meghajtónál, morfológia nélkül, egy mikropálya használatakor a léptetőmotor a maximális teljesítmény 70% -án működik. A léptetőmotor -meghajtó morfológiával lehetővé teszi a léptetőmotor maximális nyomatékkimenetének elérését a teljes frekvenciatartományban.

A beépített STEP frekvenciagenerátor egy kényelmes funkció az illesztőprogram teszteléséhez anélkül, hogy számítógéphez vagy más külső STEP frekvenciagenerátorhoz lenne csatlakoztatva. Ezenkívül a generátor hasznos lesz egyszerű mozgásrendszerek építéséhez PC használata nélkül.