Kako započeti kružni motor motora

Stepper motori su prisutni u automobilima, pisačima, računalima, strojevima za pranje rublja, električnim aparatima za brijanje i mnogim drugim uređajima iz svakodnevnog života. Međutim, mnogi radio amateri i dalje ne znaju kako napraviti takav motorni rad i što je to. Zato, doznajmo kako koristiti motor sa stepperom.

Stepper motori dio su klase motora poznatih kao motori bez četkica. Vijčani otvori motora su dio statora. Na rotoru postoji trajni magnet ili, za slučajeve s varijabilnim magnetskim otporom, stupanj prijenosa mekog magnetskog materijala. Sve komutacije obavljaju se vanjskim krugovima. Obično je motorski regulator dizajniran tako da se rotor može izlaziti na bilo koji fiksni položaj, tj. Sustav se kontrolira položajem. Cikličko pozicioniranje rotora ovisi o njegovoj geometriji.

Vrste pokretnih motora

Postoje tri glavne vrste pokretača: varijabilna induktivnost, motori permanentnog magneta i hibridni motori.

Varijabilni induktivni motori koriste samo generirano magnetsko polje na središnjoj osovini, što ga čini rotirajućim i u skladu s naponom elektromagneta.

Stalni magnet motori su slični njima, osim što je središnji vratilo polarizirana na sjeveru i jugu magnetski polovi, koja će u skladu s tim ga rotirati, ovisno o tome kakav elektromagneti su uključeni.

Hibridni motor je kombinacija dvaju prethodnih. Njegova magnetizirana središnja osovina ima dva seta zuba za dva magnetska pola, koja se zatim podudaraju sa zubima duž elektromagneta. Zbog dvostrukog seta zuba na središnjoj osovini, hibridni motor ima najmanju dostupnu veličinu koraka i stoga je jedan od najpopularnijih tipova pasivnih motora.

Unipolarni i bipolarni postrojenja

Također postoje još dva tipa postrojenja: unipolarni i bipolarni. Na temeljnoj razini, te dvije vrste rade na isti način; elektromagneti su uključeni u serijski oblik, uzrokujući okretanje središnjeg vratila motora.

Ali unipolarni koračni motor radi samo s pozitivnim naponom, a bipolarni koračni motor ima dva pola - pozitivna i negativna.

To jest, stvarna razlika između ove dvije vrste je da za unipolarnu potrebu je dodatna žica na sredini svake zavojnice, što će dopustiti da struja prijeđe na jedan kraj zavojnice ili na drugi. Ove dvije suprotne smjernice daju dvije polariteta magnetskog polja, zapravo simulirajući i pozitivne i negativne napone.

Iako su oba imaju zajedničku razinu napona napajanja 5V, bipolarni stepper motor će imati više okretnog momenta, jer struja teče kroz zavojnicu, stvarajući jako magnetsko polje. S druge strane, unipolarni stepper motori koriste samo pola dužine zavojnice zbog dodatnog vodiča u sredini svitka, a time i manje okretni moment dostupan je držati se vratilo na svoje mjesto.

Spajanje motora na stepenicama

Različiti stepper motori mogu imati različit broj žica, tipično 4, 5, 6 ili 8. 4 žice linija može podržati samo bipolarnih stepper motora jer nemaju središnja žica.

5- i 6-žičani rješenja mogu se koristiti i za unipolarne i bipolarne motor s više brzina, ovisno o tome da li je središnji žica služi za svaku spiralu ili ne. 5-žičana konfiguracija znači da su središnje žice spojene interno na dva seta zavojnica.

Postupci za upravljanje motorima za postrojenje

Postoji nekoliko različitih načina za kontrolu instalacijskih motora - puni korak, pola koraka i mikrostep. Svaki od ovih stilova nudi različite momente, korake i veličine.

Puni korak - ovaj pogon uvijek ima dva elektromagneta. Za rotaciju osovine, jedan od elektromagneta je isključen, a zatim se aktivira elektromagnetska širina, uzrokujući okretanje osovine za 1/4 zuba (barem za hibridne postrojeće). Ovaj stil ima najjači okretni moment, ali i najveću veličinu koraka.

Pola koraka. Za okretanje središnjeg vratila, prvi elektromagnet se aktivira kao prvi korak, zatim je drugi također pod naponom, a prvi se još izvodi u drugom koraku. U trećem koraku, prvi elektromagnet je isključen i četvrti korak je prijelaz na treći elektromagnet, a druga elektromagneta još uvijek radi. Ova metoda koristi dvostruko više koraka nego puni korak, ali također ima manji zakretni moment.

Microstepping ima najmanju mjeru koraka svih ovih stilova. Zakretni moment povezan s tim stilom ovisi o tome koliko struje teče kroz zavojnice u određeno vrijeme, ali će uvijek biti manje nego u punom koraku.

Shema spajanja motora na stepenicama

Za upravljanje motorom za uskočenje, potreban vam je upravljač. Regulator je krug koji opskrbljuje napon na bilo koji od četiri statorskih zavojnica. Kontrolni krugovi su vrlo komplicirani, u usporedbi s konvencionalnim elektromotorima, i imaju mnoge značajke. Ovdje ih nećemo detaljno razmotriti, već jednostavno dajemo fragment popularnog kontrolera na ULN2003A.

Općenito, koračni motori sjajan su način da se nešto pretvori u točnu kutnu dimenziju s puno okretnog momenta. Još jedna prednost od njih je da se brzina rotacije može postići gotovo odmah kada je smjer vrtnje obrnut.

jednostavni upravljački krug pokretnog motora

Upravljački krug motora sa stepperom prikazan je na slici 1. Krug se provodi na čipovima jednostavne logike. Koristi tri K561LA7 žetona i jedan K561TM2. Kao snažne tipke za prebacivanje namota motora sa stepperom, koriste se kompozitni tranzistori KT829A, koji mogu izdržati struju do sedam ampera.

Kada pritisnete jedan od gumba, motor se počinje okretati u oba smjera. Gumbi se koriste dvostruko, tako da se, kad se oslobode, otvori i strujni krug napetih motora motora koji isključuje protok strujanja kroz vrijeme kada se motor zaustavi. Ali postoje situacije u kojima, kako bi motor rotor držali u željenom položaju, potrebno je da struja zadržavanja protječe kroz jedan od namota. U tom slučaju, regulator bi trebao automatski smanjiti napon napajanja namota motora na željenu vrijednost. U ovom sklopu ova opcija nije dostupna, ovdje se naponski vod odstranjuje od namota motora.

Generator pulsa se montira na čipu DD1, promjenom frekvencije ovog generatora dolazi do promjene brzine pokretnog motora. Svaki puls ovog generatora rotira rotor jedan korak. Na čipovima DD2 i DD3 uzima logičke elemente „isključivo ili”, zajedno sa dva aktivira DD4.1 i DD4.2, K561TM2 čips tvore dva bita brojač prsten sklop za prebacivanje namota. Krug osigurava rad motora u korak po korak. Pulse oscilogram od pola sljedbenici su prikazani na slici 1. Sve namotaju motora skrenuta od strane amortizera diode, eliminira komutacijske izboja napona. Čipovi se napajaju preko regulatora napona DA1 - KR142EN8B. Maksimalni ulazni napon 35V. Tako će maksimalni napon napajanja motora biti jednak 35V.

Gotovo svi elementi kruga su montirani na tiskanom pločici. Ne postoji mikročipni regulator napona, prigušne diode, gumbi i filterski kondenzatori na ploči. Ako je potrebno, mogu se postaviti na ploču mijenjajući malo svoje topologije. Ovdje možete preuzeti kružni dijagram i tiskanu pločicu.

Stepper motori i njihovi mikroprocesorski upravljački sustavi

Za rad gotovo svih električnih aparata potrebni su posebni pogonski mehanizmi. Predlažemo da razmotrite što je bipolarni koračni motor, kako funkcionira, kako izraditi i instalirati uređaj vlastitim rukama te gdje kupiti takav generator s reducerom.

Informacije o pogonu Stepper Drive

Unipolarni ili bipolarni koračni motor (motor) je poseban električni motor bez četkica koji dijeli potpunu revoluciju u nekoliko jednakih koraka. Da biste upravljali ovim uređajem, potreban vam je poseban dio: kontroler motora usporivača.

Fotografije - Stepper motor

Također se troše magnetske dijelove i namoti, a tu je i ploča s instrumentima (upravljačka jedinica), signalni uređaji, odašiljači.

Slika - Upravljač motora

Uglavnom se koristi za strojeve za mljevenje i glodanje, rad različitih kućanskih uređaja, proizvodnih mehanizama i vozila.

Video: Stepper motori

Načelo rada

Kada se napon primjeni na stezaljke, posebne četke za motor počinju se vrtjeti kontinuirano. Stepper pasivni je jedinstveni zahvaljujući svom važnom svojstvu: pretvoriti dolazne ulazne impulse (obično pravokutni smjer) u unaprijed određeni položaj pridružene pogonske osovine.

Svaki impuls pomiče vratilo pod fiksnim kutom. Uređaji s takvim reduktorom su najučinkovitiji ako imaju nekoliko elektromagneta zupčanika smještenih oko središnjeg zupčastog komada željeza. Elektromagneti se uzbuđuju od vanjskog upravljačkog kruga, koji najčešće predstavlja mikrokontroler. Da bi se okretanje osovine motora, jedan elektromagnet, na koji se primjenjuje energija, privlači zube zupčanika na njegovu površinu. Kada su poravnati s vodećim elektromagnetskom mrežom, lagano se premještaju na sljedeći magnetski dio.

Prvi elektromagnet mora se isključiti, a sljedeći elektromagnet mora se uključiti, a zatim će se zupčanik okretati kako bi se poravrio s prethodnim kotačićem, nakon čega se postupak ponavlja potrebnim brojem puta. To su ove rotacije koje se nazivaju konstantnim nagibom, brzina rotacije motora određuje se brojanjem broja koraka za punu okretu (okreta) motora.

Foto - Motor kormilarenja u odvojivom obliku

Upravljački krug motora sa stepperom je sljedeći:

Foto - Upravljanje motorom kormilarom Foto - Upravljačka shema motora kretanja stupnjeva slike - Jednostavni krug

Također se koristi upravljački program za pokretanje paster motora za praćenje rada uređaja. To je potrebno ako postavite motor za upravljanje CNC strojem, zasebnim generatorom vjetra ili ga koristiti za pokretanje vjetrenjača.

Opis tipova motora na stepenicama

U osnovi postoje četiri glavne vrste motora:

• S permanentnim magnetom
• Hibridni sinkroni hodnik
• Varijabla.

Vozite s permanentnim magnetom

Uređaji s magnetima koriste magnetski dio u rotoru. Oni rade na načelu privlačnosti ili odbijanja rotorom i statorom elektromagnetskog motora. Promjenjive koračni motor ima jednostavan rotora željeza i radi na osnovu temeljnog načela da je minimalna dopuštena odbojnost događa s najmanjim vrijeme, polazeći od ove točke rotora privlači magnetskih polova statora. Hibridni uređaji kombiniraju oba prethodno opisana načela, to su najskuplji uređaji.

Fotografije - Hybrid Stepper Motor

Koraci motora s dvije faze

Najčešći tip ovih mehanizama smatra se koračni dvostupanjski motor. Ovaj je uređaj dovoljno jednostavan da se može instalirati bez ikakvog iskustva, a prilično složen, košta više od asinkronog motora.

Korak po korak, dvostupanjski domaći i kupljeni motor može imati dvije glavne vrste namota za elektromagnetske zavojnice: bipolarni i unipolarni.

Unipolarni motori

Unipolarni (unipolarni) koračni motor opremljen je jednim namotajem s središnjim magnetskim slavinama, koji utječe na svaku fazu. Svaki dio krivulje je uključen kako bi osigurao određeni smjer magnetskog polja. Budući da u takvom dizajnu magnetsko polje može raditi bez dodatnog preklapanja, trenutni smjerovi, prebacivanje sklopa su vrlo jednostavni (na primjer, za standardni motor srednje snage bit će samo jedan tranzistor) za svako namotavanje. Tipično, s obzirom na pomake faza: tri žice po fazi i šest za izlazni signal tipične su za dvostupanjski motor.

Slika - Crtanje dvostupanjskog električnog motora

Stepperovi motori i njihovi mikroprocesorski upravljački sustavi vrlo su zanimljivi dijelovi elektrotehnike. Motorski mikrokontroler može se koristiti za aktiviranje tranzistora u željenom slijedu (definiran programom).

S druge strane, namotaji se mogu povezati dodirom spojnih žica zajedno s permanentnim magnetima motora. Ako su spojnici svitaka spojeni, vratilo će biti teško preokrenuti. Otpornost između zajedničke žice i kraja žičane svitka uvijek je jednaka polovici otpora između krajeva zavojnica i krajeva žica. To je zato što je zajednička žica uvijek dulja od polovice koja povezuje zavojnice.

Bipolarni motor

Bipolarni motori opremljeni su jednim faznim namotajem. Struja u njemu dolazi u obliku dodira pomoću magnetskog pola, tako da upravljački krug mora biti složeniji, obično s povezujućim mostom. Postoje dvije žice po fazi, ali nisu uobičajene. Miješanje signala motora na stepenicama na višoj frekvenciji može smanjiti trenje učinka sustava.

Fotografije - Stepper biphasic motor

Također, tu je motor trofazni, ima uzak raspon aktivnosti, poput stepera mehanizam se koristi za CNC strojeve za glodanje (koji se pokreću s računalom), kao što je Opel Vectre automobila, Nissan, Renault, Vaz i drugim prijevoznim sredstvima, koja zahtijeva korištenje gasa. Isto tako za Epsonov pogon i pisač je skalarni motor EM-234 (EM-234).

Kako povezati motor sa stepenicama

Stepper motor je spojen u skladu s određenom shemom, ovisno o tome koliko je žica pogon i kako želite pokrenuti uređaj.

Stepper motori mogu biti isporučeni s četiri, pet, šest ili osam žica. Ako motor ima četiri žice, može se koristiti samo s bipolarnim uređajem. Svaki od dva faza namota ima par žica. Pomoću mjerača odredite parove žica s neprekidnom komunikacijom između njih kako bi vozač korak po korak povezao.

Snažan šest-žičani motor ima par žica za svako navijanje i središnju slavinu za svako navijanje. Može se povezati s jednostrukim ili bipolarnim uređajem. Koristite mjerač za odvajanje žice. Za povezivanje s jednostrukim uređajem, možete koristiti sve šest žica. Za bipolarni, samo jedan kraj žice i jedan središnji udar svake zavojnice.

Petero žičani motor sličan je šest-žičnom uređaju, no središnji su terminali spojeni iznutra kao čvrsti kabel i idu na jednu žicu. Zbog toga je praktički nemoguće odvojiti namotaje jedna od druge bez rupture. Najbolje je rješenje odrediti središte žice i spojiti ga s drugim vodičima, ovaj način rada nije samo siguran, već i najučinkovitiji. Nakon spajanja uređaja i provjere njegovog rada.

Fotografija - Instalacija motorom kormilarom

Tehničke specifikacije

Nazivni napon će proizvesti primarno namotavanje na konstantnoj struji.

Početna brzina okretnog momenta motora od korača promijenit će se u izravnom odnosu s strujom. Iz pogonskog kruga i induktiviteta namota ovisi o tome koliko brzo linearni moment smanjuje nakon viših brzina. Često su strojevi za usisavanje prilagodeni teškim radnim uvjetima, imaju IP65 stupanj zaštite.

Uspoređuju se često servo motor (servo) i model lopte, a drugi rad puno duže i produktivniji, rjeđe se trebaju popravljati. Ali pogon može preskočiti više volti. Stoga nije prikladno usporediti ove modele.

Prije odabira uređaja morate znati značajke najpopularnijih ruskih kugli motora:

Kako započeti kružni motor motora

Ili se prijavite tim uslugama

• Nove teme foruma

• Sve aktivnosti

• glavni
• Pitanje-Odgovor. Za početnike
• Sandbox (QA)
• Pokretanje motora kola bez upravljača

oglas

Pročitajte prije stvaranja teme! 26/10/2016

Do den81, 27. srpnja 2014

14 postova u ovoj temi

Vaša publikacija mora potvrditi moderator

Upravljač motora uslijed koraka

Stepper motori su dugo i uspješno korišteni u širokom rasponu uređaja. Mogu se naći u diskovnim pogonima, pisačima, crtačima, skenerima, faksovima, kao iu raznim industrijskim i posebnim uređajima. Trenutačno se u svim prilikama proizvode mnoge različite vrste pasivnih motora. Međutim, odabir ispravne vrste motora je još jedna pola tuceta. Jednako je važno odabrati ispravnu shemu vozača i njegov algoritam rada koji se često određuje programom mikrokontrolera. Svrha ovog članka je sistematizirati informacije o uređaju strojeva za koračenje, kako upravljati njima, krugove vozača i algoritme. Kao primjer, predstavljena je praktična primjena jednostavnog i jeftinog upravljačkog sklopa motora na temelju AVR obiteljskog mikrokontrolera.

Što je motor za koračenje i zašto je to potrebno?

Stepper motor je elektromehanički uređaj koji pretvara električne impulse u diskretna mehanička pomicanja. Dakle, možda možete dati strogu definiciju. Vjerojatno je svatko vidio kako se motor odvija s vanjske strane: praktički se ne razlikuje od ostalih tipova motora. Najčešće je to okrugli slučaj, osovina, nekoliko vodova (slika 1).

Sl. 1. Izgled motora s stepenicama obitelji DShI-200.

Međutim, motori na stepenicama imaju neka jedinstvena svojstva koja ih ponekad čine izuzetno povoljnim za korištenje ili čak nezamjenjiv.

Što je dobar motor?

• Kut rotacije rotora se određuje brojem impulsa koji se unose u motor
• motor osigurava punni zakretni moment u zaustavnom načinu rada (ako su namoti uključeni)
• precizno pozicioniranje i ponovljivost. Dobri koračni motori imaju točnost od 3-5% veličine koraka. Ta se pogreška ne akumulira od koraka do koraka
• mogućnost brzog pokretanja / zaustavljanja / preokretanja
• visoka pouzdanost zbog nedostatka četkica, život motora na pasteru zapravo određuje život ležajeva
• Jednostavna ovisnost položaja na ulaznim impulsima omogućuje pozicioniranje bez povratnih informacija
• mogućnost dobivanja vrlo malih brzina za teret koji je priključen izravno na osovinu motora, bez srednjeg zupčanika
• može se blokirati prilično veliki raspon brzina, brzina je proporcionalna frekvenciji ulaznih impulsa

Ali nije sve tako dobro.

• Stepper motor inherentni fenomen rezonancije
• Mogući gubitak kontrole položaja zbog rada bez povratnih informacija
• potrošnja energije se ne smanjuje čak i bez opterećenja
• Teško je raditi pri velikim brzinama
• niska specifična snaga
• relativno kompleksna shema kontrole

Stepper motori pripadaju klasi bez četkica DC motora. Kao i svi motori bez četkica, oni imaju visoku pouzdanost i dugi vijek trajanja, što im omogućuje da se koriste u kritičnim, primjerice, industrijskim aplikacijama. U usporedbi s konvencionalnim DC motorima, motori s stepenicama zahtijevaju znatno složenije upravljačke sheme koje moraju obavljati svi navojni komutaci kada motor radi. Osim toga, sam rotacijski motor je skup uređaj, dakle, gdje precizno pozicioniranje nije potrebno, konvencionalni motori kolektora imaju primjetnu prednost. Radi pravde valja napomenuti da se kontrolori motora kolektora u proteklim godinama sve više koriste kontrolorima, koji su u složenosti gotovo jednako dobri kao kontrolori motora.

Jedna od glavnih prednosti pokretnih motora je sposobnost preciznog pozicioniranja i kontrole brzine bez senzora povratne veze. To je vrlo važno jer takvi senzori mogu koštati mnogo više od samog motora. Međutim, to je prikladno samo za sustave koji rade s niskim ubrzanjem i s relativno konstantnim opterećenjem. Istodobno, sustavi za povratne informacije mogu raditi s velikim ubrzanjima, pa čak i s promjenjivim uzorkom opterećenja. Ako opterećenje motora usporava veći od njegovog zakretnog momenta, podaci o položaju rotor gube i sustav zahtijeva podizanje pomoću, na primjer, prekidača graničnika ili drugog senzora. Sustavi s povratnim informacijama nemaju takav nedostatak.

Kod projektiranja specifičnih sustava, potrebno je napraviti izbor između servomotora i motora na stepenicama. Kada su potrebni precizni položaji i precizna kontrola brzine, a potrebni zakretni moment i brzina su unutar dopuštenih granica, motor je pasivno najdjelotvornije rješenje. Kao i kod konvencionalnih motora, može se koristiti smanjenje mjenjača za povećanje zakretnog momenta. Međutim, za postrojenja za usisavanje, reduktor nije uvijek prikladan. Za razliku od kolektorskih motora, u kojima se okretni moment povećava s povećanjem brzine, koračni motor ima veći trenutak pri malim brzinama. Osim toga, motori na stepenicama imaju znatno nižu maksimalnu brzinu u odnosu na kolektorske motore, što ograničava maksimalni prijenosni omjer i time povećanje zakretnog momenta uz pomoć mjenjača. Spremni motori s reduktorima, iako postoje, su ipak egzotični. Još jedna činjenica koja ograničava uporabu mjenjača je njegova inherentna reakcija.

Mogućnost dobivanja niske frekvencije rotacije često je razlog da razvojni programeri, budući da nisu u mogućnosti dizajnirati reduktor, nepotrebno često koriste motora s stepenicama. U isto vrijeme kolektorskog motora ima veću gustoću snage, niske cijene, jednostavan kontrolni krug, a sa jednom stupnju pužnog vijka je u mogućnosti pružiti isti raspon brzine kao koračni motor. Osim toga, istovremeno je osigurano puno veće vrijeme. Pogoni na temelju kolektorskih motora vrlo se često koriste u vojnoj tehnologiji, što indirektno ukazuje na dobre parametre i visoku pouzdanost takvih pogona. A u suvremenim kućanskih aparata, automobila, industrijske opreme, kolektorski motori su široko rasprostranjeni. Unatoč tome, motori na stepenicama imaju vlastiti, ali prilično uski opseg, gdje su neophodni.

Vrste pokretača

Postoje tri glavne vrste motora:

• motori s promjenjivom magnetskom otpornošću
• motori s permanentnim magnetima
• hibridni motori

Odredite vrstu motora koji se čak može osjetiti: kada se okidaju osovine deenergije motora s permanentnim magnetima (ili hibridima), naizmjenično se otporno na rotaciju, motor se okreće kao da klikne. Istodobno, osovina de-energiziranog motora s promjenljivom magnetskom otpornošću rotira se slobodno. Hibridni motori daljnje su poboljšanje motora sa stalnim magnetima i putem kontrole koji se ne razlikuju od njih. Vrsta motora može se odrediti i iz konfiguracije namota. Motori s promjenjivom magnetskom otpornošću obično imaju tri (rijetko četiri) namota s jednim zajedničkim terminalom. Motori s trajnim magnetima najčešće imaju dva nezavisna namota. Ovi namoti mogu imati slavine iz sredine. Ponekad motori s trajnim magnetima imaju 4 zasebna namota.

U motoru za usisavanje, moment se generiraju magnetskim tokovima statora i rotora, koji su prikladno orijentirani međusobno. Stator je napravljen od materijala visoke magnetske permeabilnosti i ima nekoliko polova. Pol može biti definiran kao područje magnetiziranog tijela gdje se magnetsko polje koncentrira. Polovi imaju i stator i rotor. Kako bi se smanjili gubici zbog vrtložnih struja, magnetske jezgre se skupljaju iz zasebnih ploča, slično jezgri transformatora. Zakretni moment je proporcionalan veličini magnetskog polja, koji je proporcionalan struji u navoju i broju okreta. Dakle, trenutak ovisi o parametrima namota. Ako je najmanje jedno namatanje motora s uskočnim naponom energizirano, rotor zauzima određeni položaj. To će biti u tom položaju sve dok vanjski primijenjeni moment ne premašuje određenu vrijednost, zvanu vrijeme retencije. Nakon toga rotor će se okrenuti i pokušat će uzeti jednu od sljedećih ravnotežnih položaja.

Motori s promjenljivom magnetskom otpornošću

Koračni motori s promjenjivom magnetskom otpornošću imaju nekoliko polova na statoru i rotirajući mjenjač od mekog magnetskog materijala (slika 2). Ne postoji magnetizacija rotora. Za jednostavnost, rotor ima 4 zuba na slici, a stator ima 6 stupova. Motor ima 3 neovisna namota, od kojih je svaka rana na dvije suprotne polove statora. Takav motor ima korak od 30 stupnjeva.

Sl. 2. Motor s promjenjivom magnetskom otpornošću.

Kada je struja uključena u jednom od zavojnica, rotor se skreće zauzeti položaj kada je magnetski tok zatvoren, tj. Zubi rotora bit će suprotni onim stupovima na kojima se nalazi zategnut spiral. Ako zatim isključite ovaj navoj i okrenete na sljedeću, rotor mijenja položaj, ponovno zatvarajući svoje magnetske tokove. Dakle, da bi se izvršila kontinuirana rotacija, potrebno je naizmjence pretvoriti faze. Motor nije osjetljiv na smjer struje u namotima. Pravi motor može imati veći broj polova statora i više zuba rotor, što odgovara više koraka po revoluciji. Ponekad je površina svakog stupa statora urezana, koja zajedno s odgovarajućim zubima rotora daje vrlo malu vrijednost kutnog kuta, reda više stupnjeva. Motori s promjenjivom magnetskom otpornošću rijetko se koriste u industrijskim primjenama.

Motori s permanentnim magnetima

Motori s permanentnim magnetima sastoje se od statora koji ima namota i rotor koji sadrži trajne magnete (slika 3). Naizmjenični stupovi rotora imaju pravocrtni oblik i paralelni su osi motora. Zbog magnetizacije rotora, takvi motori omogućuju veći magnetski tok i kao posljedicu veći moment nego za motore s promjenjivom magnetskom otpornošću.

Sl. 3. motor s trajnim magnetima.

Motor prikazan na slici ima 3 para rotor polova i 2 para statorskih stupova. Motor ima 2 nezavisna namota, od kojih je svaka rana na dva suprotna pola statora. Takav motor, poput ranije diskutiranog motora promjenjivog otpora, ima veličinu koraka od 30 stupnjeva. Kada se struja uključi u jednu zavojnicu, rotor ima tendenciju zauzeti položaj gdje su suprotni polovi rotora i statora suprotni jedan drugom. Za izvođenje kontinuirane rotacije potrebno je naizmjence okretati faze. U praksi, motori permanentnog magneta obično imaju 48 do 24 koraka po revoluciji (kut nagiba od 7,5 do 15 stupnjeva).

Dio pravog motora sa stalnim magnetima prikazan je na sl. 4.

Sl. 4. Rez izlaznog motora s permanentnim magnetima.

Kako bi se smanjio trošak konstrukcije motora, jezgra statora izrađena je u obliku šablone stakla. Unutar su pole komadi u obliku lamele. Fazni namoti postavljeni su na dva različita magnetna kruga, koji su montirani jedan na drugi. Rotor je cilindričan višepolni permanentni magnet.

Motori sa stalnim magnetima djeluju obrnuti EMF na strani rotora, što ograničava maksimalnu brzinu. Za rad pri velikim brzinama koriste se motori s promjenjivom magnetskom otpornošću.

Hibridni motori su skuplji od motora s permanentnim magnetima, ali pružaju manju veličinu koraka, veći zakretni moment i veću brzinu. Tipičan broj koraka po revoluciji za hibridne motore je od 100 do 400 (korak je od 3,6 do 0,9 stupnjeva). Hibridni motori kombiniraju najbolje karakteristike motora s promjenjivom magnetskom otpornošću i motorima s permanentnim magnetima. Rotor hibridnog motora ima zube smještene u aksijalnom smjeru (slika 5).

Sl. 5. Hibridni motor.

Rotor je podijeljen u dva dijela, između kojih je cilindričan permanentni magnet. Dakle, zubi gornje polovice rotora su sjeverni polovi, a zubi niže polovine su južni. Pored toga, gornja i donja polovica rotora su međusobno zakrenuti za pola kutnog pukotina zuba. Broj parova polova rotora je jednak broju zuba na jednoj od njegovih polovica. Zupčasti komadi rotora, poput statora, regrutiraju se sa zasebnih ploča kako bi se smanjili gubici na vrtložnim strujama. Stator hibridnog motora također ima zube, koji pružaju veliki broj jednakih stupova, za razliku od glavnih stupova na kojima se nalaze namota. Obično se koriste 4 glavna pola za 3,6 stupnjeva. motora i 8 glavnih stupova za 1,8 i 0,9 stupnjeva. motori. Zupci rotora osiguravaju manje otpora magnetskom krugu na određenim položajima rotora, što poboljšava statički i dinamički okretni moment. To se osigurava pravilnim rasporedom zuba, kada je dio zuba rotor strogo suprotan zubima statora i dio između njih. Odnos između broja polova rotora, broja ekvivalentnih statornih polova i broja faza određuje kut koraka S motora:

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

gdje Nph je broj ekvivalentnih polova po fazi = broj polova rotora,
Ph je broj faza,
N je ukupan broj polova za sve faze zajedno.

Rotor motora prikazan na slici ima 100 polova (50 parova), motor ima 2 faze, stoga je ukupan broj polova 200, a visina je 1,8 stupnjeva.

Uzdužni presjek hibridnog motora usporavanja je prikazan na sl. 6. Strelice označavaju smjer magnetskog toka stalnog magneta rotora. Dio strujanja (prikazan na slici s crnom linijom) prolazi kroz pole komade rotora, zračne praznine i vrh pola statora. Ovaj dio ne sudjeluje u stvaranju trenutka.

Sl. 6. Uzdužni presjek hibridnog postrojenja.

Kao što se može vidjeti na slici, zračni razmak na gornjem i donjem polu vrhu rotora je različit. To se postiže okretanjem polova za pola visine zuba. Stoga postoji još jedan magnetski krug koji sadrži minimalne zračne praznine i kao posljedica ima minimalnu magnetsku otpornost. Taj lanac zatvara drugi dio protoka (na slici je prikazan isprekidanom bijelom linijom), što stvara trenutak. Dio lanca leži u ravnini okomito na sliku, stoga se ne prikazuje. U istoj ravnini stvara se magnetski tok statorske zavojnice. U hibridnom motoru ovaj je tok djelomično zatvoren polovima komora rotor, a trajni magnet "slabi". Stoga, za razliku od DC motora, hibrid hibridnog motora ne može se demagnetizirati ni u kojoj vrijednosti struje namota.

Razmak između zuba rotora i statora je vrlo mali - obično 0,1 mm. To zahtijeva visoku preciznost u sklopu, tako da se usisavač ne smije rastaviti radi zadovoljenja znatiželje, inače će se njezin vijek trajanja završiti tamo.
Da magnetski tok nije zatvoren kroz osovinu koja prolazi unutar magneta, ona je izrađena od ne-magnetskih razreda čelika. Obično imaju povećanu krhkost, tako da s osovinom, posebno malim promjerom, trebate postupati s pažnjom.

Za dobivanje velikih trenutaka potrebno je povećati i polje koje stvara stator i polje trajnog magneta. To zahtijeva veći promjer rotora, što pogoršava omjer momenta do trenutka inercije. Zbog toga se moćni motori s napetima ponekad strukturno izvode iz nekoliko sekcija u obliku stogova. Zakretni moment i moment inercije povećavaju se proporcionalno broju sekcija, a njihov se omjer ne pogoršava.

Postoje i druge izvedbe motora na stepenicama. Na primjer, motori s magnetskim magnetom rotora. Takvi motori imaju mali trenutak inertnosti rotora, što je u nekim slučajevima važno.

Većina modernih pasparorskih motora hibridna su. Zapravo, hibridni motor je motor permanentnog magneta, ali s velikim brojem stupova. Metodom upravljanja, takvi motori su isti, samo će takvi motori biti dalje razmotreni. Najčešće, u praksi, motori imaju 100 ili 200 stupnjeva po revoluciji, odnosno korak je 3,6 grd ili 1,8 gd. Većina regulatora omogućuje vam rad u načinu rada u pola koraka, pri čemu je taj kut pola veličine, a neki regulatori pružaju mikrostep način rada.

Bipolarni i unipolarni postrojenja

Ovisno o konfiguraciji namota motori su podijeljeni u bipolarni i unipolarni. Bipolarni motor ima jedan zavoj u svakoj fazi, koji vozač mora promijeniti obrnuti smjer magnetskog polja. Za ovu vrstu motora potreban je pokretački most ili polu-most s bipolarnom snagom. Ukupno, bipolarni motor ima dva namota i, prema tome, četiri terminala (slika 7a).

Sl. 7. Bipolarni motor (a), unipolarni (b) i četiri vijka (c).

Unipolarni motor također ima jedan zavoj u svakoj fazi, ali iz slavine se izvlači slavina. To vam omogućuje promjenu smjera magnetskog polja koje stvara namotaj, jednostavno prebacivanje polovica namotaja. To uvelike pojednostavljuje krug vozača. Vozač mora imati samo 4 jednostavna ključa. Dakle, u unipolarnom motoru koristi se još jedan način promjene smjera magnetskog polja. Prosječni terminali namotaja mogu se kombinirati unutar motora, tako da ovaj motor može imati 5 ili 6 iglica (Slika 7b). Ponekad unipolarni motori imaju odvojene 4 namota, zbog toga su pogrešno nazvani 4-fazni motori. Svako navijanje ima zasebne zaključke, pa su svi zaključci 8 (sl. 7c). Uz prikladan priključak namota, ovaj motor se može koristiti kao unipolarni ili kao bipolarni. Unipolarni motor s dva namota i zavoja također se može koristiti u bipolarnom načinu rada, ako se savijanja ne ostave nepovezana. U svakom slučaju, struja namota treba odabrati tako da ne prelazi maksimalnu potrošenu snagu.

Bipolarni ili unipolarni?

Ako uspoređujemo bipolarne i unipolarne motore, tada bipolarni ima veću specifičnu snagu. U istoj veličini, bipolarni motori osiguravaju veći zakretni moment.

Moment koji je stvorio motor za koračni proporcionalan je veličini magnetskog polja proizvedenog statorskim namotima. Način povećanja magnetskog polja je povećanje struje ili broja zavoja namota. Prirodno ograničenje pri povećanju struje namotaja je opasnost od zasićenja željezne jezgre. Međutim, u praksi ovo ograničenje je rijetko. Mnogo je značajnije ograničenje zagrijavanja motora zbog ohmskih gubitaka u namotima. Samo ova činjenica pokazuje jednu od prednosti bipolarnih motora. U unipolarnom motoru, samo se polovica namota koristi u svakom trenutku. Druga polovica jednostavno zauzima prostor u prozoru jezgre, zbog čega je potrebno namotavanje žice manjeg promjera. Istodobno, sva namota uvijek rade u bipolarnom motoru, tj. njihova uporaba je optimalna. U takvom motoru poprečni presjek pojedinačnih namotaja dvostruko je veći, a ohmski otpor dvostruko je manji. To vam omogućuje povećanje struje u korijenu dva puta istim gubitkom, što daje dobitak u trenutku od oko 40%. Ako povećani okretni moment nije potreban, unipolarni motor može smanjiti veličinu ili jednostavno raditi s manjim gubitkom. U praksi se često koriste jednopolarni motori jer zahtijevaju mnogo jednostavnije sheme kontrole navijanja. Ovo je važno ako se vozači izrađuju na diskretnim komponentama. Trenutno, postoji specijalizirani upravljački sklop za bipolarni motori, s kojima vozač nije da je mnogo teže nego unipolarne motora. Na primjer, ovaj čip L293E, L298N ili L6202 tvrtka SGS-Thomson PBL3770, PBL3774 tvrtka Ericsson, NJM3717, NJM3770, NJM3774 tvrtka JRC, A3957 tvrtka Allegro, LMD18T245 National Semiconductor firma.

Postoji nekoliko načina kontrole faza pokretnog motora.

Prva metoda osigurava alternativni prebacivanje faze, čime se ne preklapaju, jedan put samo jedna faza je uključen (slika 8a). Ova se metoda naziva "jedna faza" na modu punog koraka ili valnog pogona. Rotor ravnoteže bodova za svaki korak podudarati s „prirodnim” ravnoteže točke rotora u motoru je isključeno napajanje. Nedostatak ove kontrolne metode je da je za bipolarni motor u jedno te isto vrijeme icpolzuetsya namota 50%, dok je za unipolarne - samo 25%. To znači da se u tom načinu rada ne može dobiti puni trenutak.

Sl. 8. Različiti načini za kontrolu faza motora na stepenicama.

Drugi način je kontrolirati faze s preklapanjem: istodobno se uključuju dvije faze. Zove se "dvostupanjski" puni korak ili jednostavno puni korak. U ovom postupku, kontrolna rotor je učvršćena u međupoložajima između statorskih štapova (sl. 8b), a nalazi se približno 40% više nego momenta u slučaju jedne faze uključen. Ova metoda kontrole pruža iste parcele kut kao prve metode, ali je ravnotežni položaj rotora bodova pomaknut za pola terena.

Treći način je kombinacija prva dva i zove polushagovym režima „jedna i dvofazni na” pola koraku ili korak način pola, kada je motor je korak u polovici glavni. Ova metoda kontrole je vrlo čest, kao motor s manjim korakom je skuplji i vrlo je primamljiva da se 100 koraka motor 200 koraka po revolucije. Svaki drugi korak napaja samo jednu fazu, au ostalim slučajevima dva su energizirana (slika 8c). Kao rezultat toga, kutni pomak rotora je pola kutnog kuta za prve dvije metode upravljanja. Pored smanjenja veličine koraka, ova metoda kontrole omogućuje vam da se djelomično riješite fenomena rezonancije. Polushagovy način obično nije moguće dobiti ukupno trenutak, iako je najsavršeniji polushagovy vozači provesti modificirani način na koji je motor pruža značajno puno radno vrijeme uz gubitak snage je manje od nominalne.

Druga metoda kontrole naziva se mikro-koračni način rada ili mikro koračni način rada. Ovom metodom kontrole, struja u fazi treba mijenjati u malim koracima, čime se osigurava lomljenje pola koraka u još manje mikroploče. Kada su istodobno spojene dvije faze, ali njihove struje nisu jednake, tada ravnotežni položaj rotora ne leži u sredini koraka, već na drugom mjestu određen omjerom faznih struja. Promjenom tog odnosa možete unijeti niz mikro koraka u jednom koraku. Pored povećanja razlučivosti, mikročinski način rada ima i druge prednosti koje će biti opisane u nastavku. Istodobno, za implementaciju mikrotekstualnog moda potrebni su znatno složeniji vozači koji omogućuju postavljanje struje u namotima s potrebnom diskretnošću. Polu-koračni način rada je poseban slučaj mikrokodovnog moda, ali ne zahtijeva stvaranje koračne struje opskrbe spirala, tako da se često ostvaruje.

U načinu rada s punim korakom s dvije faze uključene, položaji ravnotežnih točaka rotora pomaknuti su pola koraka. Treba napomenuti da ove položaje prihvaća rotor kada motor radi, ali položaj rotor ne može ostati nepromijenjen nakon isključivanja struje namotaja. Stoga, kad se motor uključi i isključi, rotor će se prebaciti na pola koraka. Kako bi se osiguralo da se ne pomiče pri zaustavljanju, potrebno je nanositi tekuće napajanje namotima. Isto vrijedi i za načine polukrvnog i mikroprocesora. Treba napomenuti da ako se rotor motora isključi u isključenom stanju, tada se kod uključivanja rotor može pomaknuti i za veću vrijednost od pola visine.

Trenutak zadržavanja može biti manji od nazivne struje, jer motor s fiksnim rotorom obično ne zahtijeva veliki okretni moment. Međutim, postoje primjene u kojima, u zaustavljenom stanju, motor mora osigurati puni zakretni moment, što je moguće za usporavanje motora. Ova svojstva pokretača motora u takvim situacijama dopuštaju odstranjivanje mehaničkih sustava kočenja. Budući da moderni upravljački programi omogućuju podešavanje struje napajanja motora namota, postavljanje potrebne struje zadržavanja obično nije problem. Zadatak se obično sastoji samo od odgovarajuće softverske podrške za upravljački mikrokontroler.

Glavni princip pokretača je stvaranje rotirajućeg magnetskog polja koje uzrokuje rotiranje rotora. Rotacijsko magnetsko polje stvara stator, čije namotke odgovarajuće hrane.

Za motor u kojemu je jedno navijanje energizirano, ovisnost okretnog momenta na kut rotacije rotora u odnosu na točku ravnoteže je približno sinusoidalna. Ova ovisnost o motoru s dvostrukim navojem, koji ima N stupnjeva po revoluciji (kut koraka u radijanima S = (2 * pi) / N), prikazan je na slici. 9.

Sl. 9. Ovisnost trenutka na kut rotacije rotora za jednu energiziranu zavojnicu.

Zapravo, priroda ovisnosti može biti nešto drugačija, što se objašnjava nesavršenjem geometrije rotora i statora. Vrhunska vrijednost trenutka naziva se vrijeme retencije. Formula koja opisuje ovisnost trenutka na kut rotacije rotora ima sljedeću formu:

gdje je T trenutak, Th je vrijeme retencije,
S je kut nagiba,
F je kut rotacije rotora.

Ako se vanjski okretni moment nanosi na rotor, koji premašuje zadržni moment, rotor će se rotirati. Ako vanjski okretni moment ne prekorači vrijeme retencije, rotor će biti u ravnoteži unutar kuta nagiba. Treba napomenuti da u motoru s de-energijom vrijeme zadržavanja nije nula zbog djelovanja trajnih magneta rotora. Ovaj okretni moment obično iznosi oko 10% maksimalnog zakretnog momenta koji osigurava motor.

Ponekad se koriste pojmovi "mehanički kut rotacije rotora" i "električni kut rotacije rotora". Mehanički kut izračunava se na osnovi da je ukupna revolucija rotora 2 x pi radijan. Prilikom računanja električnog kuta, pretpostavlja se da jedna okreta odgovara jednom razdoblju kutne ovisnosti kutnoga momenta. Za gore navedene formule P je mehanički kut rotacije rotora, a električni kut za motor ima četiri koraka na krivulje vrijeme momenta jednaka ((pi / 2) / S) + F ili (N / 4) * P, gdje je N - broj koraci po revoluciji. Električni kut zapravo određuje kut rotacije statorskog polja statora i omogućuje da se teorija konstruira bez obzira na broj koraka po revoluciji za određeni motor.

Ako su dva namota motora istovremeno napajana, trenutak će biti jednak zbroju trenutačnih napona odvojeno (slika 10).

Sl. 10. Ovisnost trenutka na kut rotacije rotora za dva energentna namota.

U tom slučaju, ako su struje u namotima jednake, točka maksimalnog trenutka pomaknut će pola visine. U pola koraka pomaknut će i točka ravnoteže rotora (točka e na slici). Ova činjenica je i osnova za provedbu režima polusastavljanja. Vrhunska vrijednost trenutka (trenutak zatvaranja) u ovom slučaju će biti u korijenu dva puta veća nego s jednom energiziranom zavojnicom.

gdje Th₂ - vrijeme zadržavanja za dvije energentne zavojnice,
th₁ - vrijeme zadržavanja za jednu energiziranu zavojnicu.

To je trenutak koji se uobičajeno navodi u svojstvima stepper motora.

Veličina i smjer magnetskog polja prikazani su u dijagramu vektora (slika 11).

Sl. 11. Magnituda i smjer magnetskog polja za različite faze napajanja.

X i Y se podudaraju s smjerom magnetskog polja proizvedenog zavojima prve i druge faze motora. Kada je motor iz jedne faze, rotor može zauzeti položaj 1, 3, 5, 7 Ako uključene dvije faze, rotor može zauzeti položaj 2, 4, 6, 8. Dodatno, u ovom načinu dulje vremena budući proporcionalna je duljini vektora na slici. Obje ove metode kontrole pružaju potpuni korak, ali ravnotežni položaji rotora se pomaknu pola koraka. Ako kombinirati ove dvije metode, i dovodi u odgovarajući namotaja sekvence impulsa, moguće je da se rotor redom zauzimaju položaje 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, koji odgovara stupnju pola.

U usporedbi s načinom punog koraka, način pola koraka ima sljedeće prednosti:

• Veća razlučivost bez upotrebe skupe motora
• manjih problema s pojavom rezonancije. Rezonancija vodi samo do djelomičnog gubitka okretnog momenta, što obično ne ometa normalan rad pogona.

Nedostatak polu-koračni način rada je prilično značajna fluktuacija trenutka od koraka do koraka. U tim položajima rotora, kada se jednom fazom hrani, trenutak je približno 70% punog, kada se aktiviraju dvije faze. Ove fluktuacije mogu uzrokovati povećane vibracije i buku, iako i dalje ostaju manje nego u načinu rada u punom koraku.

Način eliminiranja oscilacija zakretnog momenta je podizanje okretnog momenta u položajima s jednom uključenom fazom i time osigurati isti okretni moment u svim položajima rotora. To se može postići povećanjem struje u tim pozicijama na oko 141% od nominalnog. Neki upravljački programi, kao što su PBL 3717/2 i Ericsson PBL 3770A, imaju logičke ulaze za promjenu trenutne vrijednosti. Treba napomenuti da je vrijednost 141% je teoretski, ali u aplikacijama koje zahtijevaju visoku preciznost momenta održavanja ove vrijednosti treba prilagoditi eksperimentalno određenom brzinom i određenog motora. Kao trenutnim raste samo u onim vremenima kada je jedna faza uključene, električni jednake snage odvodi u ukupnoj korak načinu na struju 100% nominalne. Međutim, ovo povećanje struje zahtijeva veći napon napajanja, što nije uvijek moguće. Postoji još jedan pristup. Kako bi se uklonili oscilacije zakretnog momenta tijekom rada motora u modu od pola koraka, moguće je smanjiti struju u onim trenucima kada su uključene dvije faze. Za dobivanje konstantnog momenta, ova struja bi trebala biti 70,7% nazivne struje. Dakle, ostvaruje način pola koraka, primjerice, čip upravljački program A3955 od Allegro.

Za način rada s pola koraka, vrlo je važno ući u stanje s isključenom fazom. Da bi se rotor podesio da preuzme odgovarajući položaj, struja u odvojenoj fazi mora biti što prije smanjena na nulu. Trajanje trenutnog propadanja ovisi o naponu na navoju u vrijeme kada izgubi pohranjenu energiju. Zatvaranjem namota na napajanju, koji predstavlja maksimalni napon dostupan u sustavu, osigurana je maksimalna kapanja struje. Za brzo tekuće propadanje zavojnica motora kada je vlast H-most tranzistora svi moraju biti zatvorena, zavojnica pretvara kroz diode spojene na izvor napajanja. Stopa trenutnog propadanja smanjit će se značajno ako jedan tranzistor most ostao otvoren i kratki spoj namota za tranzistora i diode. Za povećanje brzine dolje u upravljanju unipolarne motore potisnuti self-induced emisija EMF je poželjno da ne provesti diode i varistori ili kombinaciju dioda i Zener dioda koje će ograničiti emisije za velike, ali sigurno za razinu tranzistora.

Mikroskupni način rada postiže se dobivanjem polja statora koji se glatko okreće nego u načinu rada u punom ili polu koraku. Kao rezultat toga, osigurane su manje vibracije, a rad gotovo bez šuma, do nulte frekvencije. Osim toga, manji kut nagiba može pružiti točnije pozicioniranje. Postoji mnogo različitih načina rada s mikro korakom, s veličinom koraka od 1/3 punog koraka do 1/32 i još manje. Stepper motor je sinkroni motor. To znači da se ravnotežni položaj fiksnog rotora podudara s smjerom magnetskog polja statora. Kada se polje statora rotira, rotor se također okreće, nastojeći zauzeti novi ravnotežni položaj.

Sl. 12. ovisnost trenutka na kut rotacije rotora u slučaju različitih vrijednosti tekuće faze.

Kako bi se dobio željeni smjer magnetskog polja, potrebno je odabrati ne samo pravilan smjer struja u zavojima, već i točan omjer tih struja.

Ako se istodobno energiziraju dva motora, ali struje u tim namotima nisu jednake (slika 12), rezultirajući okretni moment

Th = (a2 + b2) 0,5,

Točka ravnoteže rotora će se pomaknuti do točke

x = (S / (pi / 2)) arctan (b / a),

gdje su a i b trenutak stvoren prvom i drugom fazom,
Th je rezultirajuće vrijeme zadržavanja,
x je ravnotežni položaj rotora u radijanima,
S je korak u radijancima.

Pomak ravnotežne točke rotor pokazuje da se rotor može fiksirati u bilo kojem proizvoljnom položaju. Za to je samo potrebno utvrditi ispravno omjer struja u fazama. To je ta činjenica koja se koristi pri provedbi mikrostep moda.
Još jednom valja napomenuti da su gore navedene formule točne samo ako je ovisnost kutnoga momenta na kutu rotora sinusoidalna i ako niti jedan dio magnetskog kruga motora nije zasićen.

U granici, motor za koračni pogon može raditi kao sinkroni motor u kontinuiranom rotacijskom modu. Za to, struje njezinih faza moraju biti sinusoidalne, pomicane međusobno za 90 stupnjeva.

Rezultat korištenja mikrostep moda je mnogo glatko rotacija rotor na niskim frekvencijama. Na frekvencijama 2 do 3 puta veću od rezonantne rezonantne frekvencije rotora i opterećenja, način microstepping pruža neznatne prednosti u odnosu na polu ili full-step modove. Razlog tome je učinak filtriranja inercije rotora i opterećenja. Sustav s motorom za usisavanje djeluje poput niskopropusnog filtra. U mikrostep načinu možete samo ubrzati i usporavati, a glavno vrijeme za rad u načinu rada u punom koraku. Osim toga, kako bi se postigle velike brzine u modu mikrotrakcije, potrebna je vrlo visoka stopa ponavljanja mikrostepova, što kontrolni mikrokontroler ne može uvijek pružiti. Kako bi se spriječili prijelazi i gubitak stupnjeva, prebacivanje načina rada motora (od mikrostep na full-step način itd.) Mora se obaviti u onim trenucima kada je rotor u položaju koji odgovara uključenoj fazi. Neki mikročipovi mikroploških vozača imaju poseban signal koji obavještava o tom položaju rotora. Na primjer, ovo je upravljački program Allegro A3955.

U mnogim primjenama gdje su potrebni mali relativni pokreti i visoka razlučivost, mikrostep način je u mogućnosti zamijeniti mehanički mjenjač. Često je jednostavnost sustava odlučujući faktor, čak i ako morate koristiti veliki motor. Unatoč činjenici da je vozač koji pruža način microstepping mnogo kompliciraniji od uobičajenog vozača, sustav i dalje može biti jednostavniji i jeftiniji od motora s uskočnim naponom i reduktora. Suvremeni mikrokontroleri ponekad imaju ugrađene DAC-ove, koji se mogu koristiti za provedbu mikrostep moda umjesto posebnih kontrolera. To omogućava gotovo isti trošak opreme za kompletne i mikro-korake.

Ponekad se koristi način microstepping za povećanje točnosti veličine koraka uz motor koji je proglasio proizvođač. Koristi se nazivni broj koraka. Kako bi se poboljšala točnost, koristi se korekcija položaja rotora na točkama ravnoteže. Da biste to učinili, najprije uklonite karakteristike za određeni motor, a zatim promjenom omjera struja u fazama ispravite položaj rotora pojedinačno za svaki korak. Ova metoda zahtijeva prethodnu kalibraciju i dodatne resurse kontroliranog mikrokontrolera. Pored toga, potreban je početni senzor položaja rotora za usklađivanje položaja s tablicom koeficijenta korekcije.

U praksi, kod svakog koraka rotor se ne zaustavlja odmah na novom ravnotežnom položaju, već obavlja prigušene oscilacije oko ravnotežnog položaja. Vrijeme postavljanja ovisi o karakteristikama tereta i krugu vozača. U mnogim aplikacijama, takve fluktuacije su nepoželjne. Da biste dobili osloboditi od ovog fenomen je moguće pomoću microstep modu. Na sl. Slika 13 prikazuje pomicanje rotora kada radi u modusima u punom koraku i mikro koraku.

Sl. 13. Pokreti rotora u načinu rada s punim korakom i mikrostepom.

Može se vidjeti da u načinu rada u punom koraku dolazi do emisija i fluktuacija, dok u mikrostep načinu nema. Međutim, čak iu ovom načinu rada, grafikon položaja rotora se razlikuje od ravne linije. Ova je pogreška posljedica pogreške u geometriji dijelova motora i može se smanjiti izvršavanjem kalibracije i naknadne kompenzacije podešavanjem faznih struja.
U praksi, postoje neki čimbenici koji ograničavaju točnost pogona u mikrostep načinu rada. Neki od njih se odnose na vozača, a neki izravno na motor.

Tipično, proizvođači motora na stepenicama pokazuju parametar kao što je točnost koraka. Točna točnost označena je za ravnotežne položaje rotora s dvije faze uključene, čije su struje jednake. To odgovara načinu rada s punim korakom s preklapanjem faza. Za način microstepping, kada fazne struje nisu jednake, obično se ne daje nikakav podatak.

Idealni koračni motor s fazom i sinusoidalnim i kosinskim strujanjem treba rotirati pri konstantnoj brzini. Pravi motor u ovom načinu rada će doživjeti neke fluktuacije brzine. To je zbog nestabilnosti zračnog raspora između polova rotora i statora, prisutnosti magnetske histereze, što dovodi do pogrešaka u veličini i smjeru magnetskog polja, itd. Stoga ravnotežni položaji i trenutak imaju odstupanja. Ta odstupanja ovise o pogreškama oblika zuba rotora i statora i materijalu korištenih magnetskih krugova.

Dizajn nekih motora optimiziran je za najbolju preciznost u načinu punog koraka i maksimalno vrijeme zadržavanja. Poseban oblik zubaca rotora i statora konstruiran je tako da u ravnotežnom položaju za puni korak magnetski tok znatno raste. To dovodi do pogoršanja točnosti u microstep modu. Najbolji rezultati omogućuju dobivanje motora u kojima je trenutak zatvaranja u de-energiziranoj državi manji.

Odstupanja se mogu podijeliti u dvije vrste: na otklon magnetskog polja, koje dovode do odstupanja u vremenu zadržavanja microstepping način i smjer otklona od magnetskog polja, što je dovelo do odstupanja od ravnotežnog položaja. Odstupanje vremena zadržavanja u mikrostep načinu obično je 10 - 30% maksimalnog okretnog momenta. Treba reći da u modu punog koraka, vrijeme zadržavanja može varirati za 10-20% zbog izobličenja u geometriji rotora i statora.

Ako izmjerimo ravnotežne položaje rotora kada se motor okreće u smjeru kazaljke na satu i obrnutom od kazaljke na satu, dobivamo nešto drugačije rezultate. Ova histereza prvenstveno je posljedica magnetske histereze jezgre materijala, iako ga i trenja pridonosi. Magnetska histereza dovodi do činjenice da magnetski tok ne ovisi samo o struji namota, već i o njegovoj prethodnoj vrijednosti. Pogreška generirana histerezom može biti jednaka nekoliko mikrostepova. Stoga, kod preciznih primjena, kada se krećete u jednom smjeru, potrebno je proći za željeni položaj, a zatim se vratite tako da se pristup željenom položaju uvijek izvodi u jednom smjeru.

Posve je prirodno da svaki željeni porast u rješavanju moći naiđe na neka fizička ograničenja. Nemojte misliti da točnost pozicioniranja za 7,2 stupnjeva. motor u mikrostep načinu nije niži od točnosti od 1,8 stupnjeva. motor.

Slijedeća fizička ograničenja su prepreka:

• povećanje zakretnog momenta, ovisno o kutu rotacije motora od 7,2 stupnja, četverostruko je ravnomo kao trenutni motor od 1,8 stupnjeva. Zbog djelovanja trenja trenja ili trenutka inercije opterećenja, točnost pozicioniranja će biti još gore
• kao što će biti prikazano dolje, ako postoji trenje u sustavu, a zbog pojave mrtvih zona, točnost pozicioniranja bit će ograničena
• većina komercijalnih motora nema preciznu izvedbu, a odnos između okretnog momenta i rotacijskog kuta rotora nije točno sinusoidalan. Kao rezultat toga, odnos između faze sinusoidalne struje opskrbe i kut rotacije osovine biti će nelinearan. Kao rezultat toga, rotor motora će točno preći položaj svakog koraka i pola koraka, a između tih položaja bit će vrlo značajne odstupanja

Ovi problemi su najizraženije za motore s velikim brojem stupova. Postoje, međutim, motori koji su optimizirani za mikrostep rad tijekom faze projektiranja. Polovi rotora i statora takvih motora su manje izraženi zbog kosog oblika zuba.

Drugi izvor pogrešaka pozicioniranja je pogreška DAC kvantizacije, koja se koristi za generiranje faznih struja. Činjenica je da struja mora biti formirana prema sinusoidalnom zakonu, stoga, kako bi se smanjila pogreška, linearni DAC trebao bi imati povećani kapacitet bita. Postoje specijalizirani upravljački programi s ugrađenim nelinearnim DAC-om, koji vam omogućuje da odmah dobijete sinusnu funkciju. Primjer je čvrsto vozač A3955 Allegro, koja ima ugrađeni 3-bitni DAC koji osigurava slijedeće faze tekuće vrijednosti: 100%, 92,4%, 83,1%, 70,7%, 55,5%, 38,2%, 19,5%, 0%. To vam omogućuje da radite u microstep modu s korakom veličine 1/8, dok pogreška podešavanja struje faza ne prelazi 2%. Osim toga, vozač može kontrolirati brzinu motora navijanje trenutne recesije tijekom rada, omogućujući vam da proizvesti „fino podešavanje” vozača za određeni motor za najmanja pogreška pozicioniranja.

Čak i ako DAC točno oblikuje sinusoidalni referentni napon, mora se pojačati i pretvoriti u sinusoidalnu struju namota. Mnogi vozači imaju značajnu nelinearnost u blizini vrijednosti nulte struje, što uzrokuje značajno izobličenje oblika i kao rezultat značajne pogreške u pozicioniranju. Ako se koriste visokokvalitetni upravljački programi, na primjer PBM3960 i PBL3771 tvrtke Ericsson, pogreška povezana s vozačem je iznimno mala u usporedbi s pogreškom motora.

Ponekad kontroleri motora uskoče omogućuju vam da prilagodite oblik izlaznog signala dodavanjem ili oduzimanjem svoje treće harmonike iz sinusa. Međutim, ovo se podešavanje mora provesti pojedinačno za određeni motor čije se značajke moraju mjeriti prije toga.

Zbog tih ograničenja, mikrostep način se uglavnom koristi kako bi se osiguralo glatko zakretanje (posebno pri vrlo niskim brzinama), kako bi se uklonili buka i rezonantni fenomeni. Način microstepping također je u mogućnosti smanjiti vrijeme potrebno za uspostavljanje mehaničkog sustava, jer, za razliku od full-step mode, nema emisija i oscilacija. Međutim, u većini slučajeva nije moguće zajamčiti precizno pozicioniranje u mikrostep načinu za konvencionalne motore.

Sinusoidalna fazna struja može se osigurati korištenjem posebnih upravljačkih programa. Neki od njih, primjerice A3955, A3957 od Allegro, već sadrže DAC i zahtijevaju samo digitalne kodove za mikrokontroler. Drugi, kao što L6506, L298 firma SGS-Thomson, zahtijevaju vanjski referentni napon sinusnog oblika, koja trebaju činiti mikrokontroler preko DAC. Mora se reći da prevelik broj sinusa ne dovodi do povećanja točnosti pozicioniranja, budući da počinje dominirati pogreška povezana s nesavršenjem geometrije motora motora. Štoviše, u ovom slučaju čitanja bi trebala slijediti s visokom frekvencijom, što je problem u formiranju programiranja. Kada radite pri velikim brzinama, razlučivost DAC-ova može se smanjiti. Štoviše, pri vrlo velikim brzinama općenito se preporučuje raditi u uobičajenom načinu rada u punom koraku, jer kontrola harmoničkog signala gubi prednosti. To je zbog činjenice da su namota motora induktivitet, odnosno bilo koji pojedini krug pogonskog sklopa s određenim naponom napajanja osigurava određenu maksimalnu brzinu povećanja struje. Stoga, kako se frekvencija povećava, trenutačni oblik počinje odstupati od sinusoidnih i na vrlo visokim frekvencijama postaje trokutasto.

Ovisnost trenutka na brzinu, učinak opterećenja

Trenutak stvoren pomoću motora usporivača ovisi o nekoliko čimbenika:

• brzina
• struja u namotima
• krugovi vozača

Na sl. Slika 14a prikazuje ovisnost trenutka na kut rotacije rotora.

Sl. 14. Izgled mrtvih zona kao posljedica djelovanja trenja.

U idealnom koračni motor, ta je ovisnost sinusoidalna. Točke S su ravnotežni položaji rotora za istovareni motor i odgovaraju nekoliko uzastopnih koraka. Ako je na osovinu motora primijenjen vanjski zakretni moment, koji je manji od retencijskog momenta, kutni položaj rotora promijenit će se za neki kut Φ

gdje je Φ kutni pomak,
N je broj stupnjeva motora po okretaju,
Ta je vanjski primijenjeni trenutak,
Th - trenutak zatvaranja.

Kutni pomak Φ je pogreška pri postavljanju napunjenog motora. Ako se na osovinu motora pričvrsti zakretni moment veći od zadržavanja, vratilo će se okretati do tog trenutka. U ovom načinu rada, položaj rotora je nekontroliran.
U praksi uvijek postoji vanjski okretni moment koji se primjenjuje na motor, samo zato što motor mora prevladati trenje. Sile trenja mogu rasdeleny u dvije kategorije: statičkog trenja ili statičkog trenja, koja je potrebna za prevladavanje konstantan moment i dinamičan trenje ili viskozna trenje, što ovisi o brzini. Razmotrimo statičko trenje. Pretpostavimo da je za njegovo prevazivanje potrebno samo trenutak u polovici vrha. Na sl. 14a, isprekidane linije označavaju trenje. Dakle, za rotaciju rotora ostaje samo trenutak preostalih na grafikonu izvan crtkastih linija. To dovodi do dva zaključka: trenje smanjuje okretni moment na osovini motora i oko mrtvih zona oko svakog ravnotežnog položaja rotora (sl. 14b):

(Tf / T) = (S / (pi / 4)) arcsin (Tf /

gdje je d širina mrtve zone u radijanima,
S je kut koraka u radijanima,
Tf je trenutak trenja,
Th - trenutak zatvaranja.

Mrtve zone ograničavaju točnost pozicioniranja. Na primjer, prisutnost statičkog trenja na pola od vršnog momenta motora u koracima od 90 stupnjeva. će uzrokovati prisutnost mrtvih zona u 60 stupnjeva. To znači da visina motora može varirati od 30 do 150 stupnjeva, ovisno o tome gdje je točka mrtve zone rotor zaustavlja nakon sljedećeg koraka.

Prisutnost mrtvih zona je vrlo važno za microstepping. Ako, na primjer, postoje mrtve zone veličine d, onda mikrostup manji od d ne pokreće sve rotore. Stoga je za sustave koji koriste mikro staze vrlo važno minimizirati trenje u mirovanju.

Kada motor radi pod opterećenjem, uvijek postoji neki pomak između kutnog položaja rotora i orijentacije magnetskog polja statora. Posebno nepovoljno je situacija kada motor počinje kočenje i trenutak opterećenja je obrnut. Treba napomenuti da se kašnjenje ili predujam odnosi samo na položaj, ali ne i na brzinu. U svakom slučaju, ako sinkronizam motora nije izgubljen, ovo kašnjenje ili napredovanje ne može prijeći vrijednost dva potpuna koraka. Ovo je vrlo ugodna činjenica.

Svaki put kada koračni motor izvede korak, rotor se okreće S radijanima. U ovom slučaju, minimalni okretni moment ima mjesto gdje je rotor točno između susjednih ravnotežnih položaja (slika 15).

Sl. 15. trenutak zadržavanja i radni moment motora.

Ovaj se trenutak naziva radni trenutak, što znači maksimalni trenutak koji motor može nadvladati pri rotirajućoj brzini. S sinusnom ovisnošću kutnog momenta na kut rotacije rotora, ovaj je moment Tr = Th / (2 0,5). Ako motor radi korak s dva namota s energijom, radni moment jednak je vremenu zadržavanja za jednu energentnu zavojnicu.

Parametri pogona koji se temelje na postrojenju s uskočnim motorom jako ovise o karakteristikama opterećenja. Osim trenja, stvarni opterećenje ima inerciju. Inercija sprječava promjene brzine. Inercijsko opterećenje zahtijeva da motor ima velike trenutke pri ubrzavanju i usporavanju, čime se ograničava maksimalno ubrzanje. S druge strane povećanje inercije opterećenja povećava stabilnost brzine.

Ovaj parametar motornog kola, kao što je okretni moment u odnosu na brzinu, najvažniji je kod odabira vrste motora, odabira metode kontrole faze i odabira sklopa vozača. Prilikom izvođenja brzih motora uskočnih motora treba imati na umu da su namota motora induktivitet. Ova induktivnost određuje vrijeme porasta i pada struje. Stoga, ako se pravocrtni napon primjeni na navoj, oblik struje neće biti pravokutan. Pri niskim brzinama (Sl. 16a), vrijeme porasta i pada struje ne može uvelike utjecati na trenutak, ali pri velikim brzinama trenutak pada. To je zbog činjenice da kod visokih brzina struja u namotima motora nema vremena doći do nominalne vrijednosti (slika 16b).

Sl. 16. Oblik struje u namotima motora pri različitim radnim brzinama.

Kako bi moment smanjio što je moguće niži, potrebno je osigurati visoku brzinu strujnog nakupljanja u namotima motora, što se postiže primjenom specijalnih sklopova za njihovu opskrbu.

Ponašanje trenutka s povećanjem učestalosti komutacije faza je približno to: počevši od određene frekvencije preciznosti, trenutak monotonosti pada. Obično za koračni motor daju se dvije krivulje ovisnosti trenutka o brzini (slika 17).

Sl. 17. ovisnost trenutka o brzini.

Unutarnja krivulja (početna krivulja ili krivulja vučenja) pokazuje na kojem maksimalnom trenutačnom trenutku za određenu brzinu motora sa stepperom može kretati. Ova krivulja prelazi os brzine u točki zvanoj maksimalnu frekvenciju pokretanja ili učestalost ubrzanja. Određuje maksimalnu brzinu kojom se neopterećeni motor može pomicati. U praksi ova vrijednost leži u rasponu od 200 do 500 punih koraka u sekundi. Inercija opterećenja uvelike utječe na izgled unutarnje krivulje. Velika inercija odgovara manjem području ispod krivulje. Ovo područje se zove početno područje. Vanjska krivulja (krivulja ubrzanja ili krivulja izvlačenja) pokazuje, u kojem maksimalnom trenu trenja za određenu brzinu, motor uskočnika može poduprijeti rotaciju bez manjka koraka. Ova krivulja prelazi os brzine u točki zvanoj maksimalna frekvencija ubrzavanja. Prikazuje maksimalnu brzinu za određeni motor bez opterećenja. Pri mjerenju maksimalne brzine valja imati na umu da je zbog fenomena rezonancije trenutak također nula na rezonantnoj frekvenciji. Područje koje se nalazi između krivulja zove se overclocking područje.

Valja napomenuti da krug vozača u velikoj mjeri utječe na tijek trenutačno-brzinske krivulje, no ovo pitanje će se razmatrati u nastavku.

Da bi se radilo velikom brzinom iz područja ubrzanja (slika 17), potrebno je započeti pri maloj brzini od područja početka, a zatim izvršiti ubrzanje. Pri zaustavljanju potrebno je raditi obrnutim redoslijedom: prvo izvoditi kočenje, a samo ulazeći u startno područje moguće je zaustaviti opskrbu upravljačkih impulsa. Inače će doći do gubitka sinkronizma i položaj rotora će biti izgubljen. Korištenje ubrzanja i kočenja može postići znatno veće brzine - u industrijskim aplikacijama se koriste brzine do 10.000 punih koraka u sekundi. Treba napomenuti da kontinuirano djelovanje koračnog motora pri velikoj brzini nije uvijek dopušteno zbog zagrijavanja rotora. Međutim, kratka brzina može se koristiti za pozicioniranje.

Kod ubrzavanja motor prolazi kroz brojne brzine, tako da se na jednoj od brzina može suočiti s neugodnim fenomenom rezonancije. Za uobičajeno ubrzanje, poželjno je imati teret čiji je moment inercije barem jednak momernu inercije rotora. Na neopterećenom motoru, fenomen rezonancije najjače se manifestira. Pojedinosti o metodama za borbu protiv ove pojave bit će opisane u nastavku.
Kod ubrzavanja ili usporavanja, važno je pravilno odabrati zakon promjene brzine i maksimalno ubrzanje. Ubrzanje mora biti manje, to je veća inertnost opterećenja. Kriterij za pravilan odabir načina ubrzavanja je ubrzanje do željene brzine za određeno opterećenje u najkraćem vremenu. U praksi najčešće se ubrzavaju i usporavaju s konstantnim ubrzanjem.

Provedba zakona koji će biti proizveden ubrzavanja ili usporavanja motora, obično se obavlja od strane softver kontrolira mikrokontrolera, jer to je obično mikrokontroler sat izvor za vozača stepper motor. Iako su prethodno korišteni za ovu namjenu generatori napona ili programabilni razdjelnici frekvencija. Za generiranje frekvencije sata prikladno je koristiti hardverski timer, koji je dostupan u gotovo svim mikrokontrolerima. Kada se motor rotira pri konstantnoj brzini, dovoljno je učitati konstantnu vrijednost perioda ponavljanja koraka (duljina koraka) do timera. Ako se motor ubrzava ili usporava, ovo razdoblje mijenja se svakim novim korakom. Kad se ubrzava ili usporava konstantnim ubrzanjem, brzina ponavljanja koraka mora se mijenjati linearno, tako da se vrijednost razdoblja koja se stavlja u timer mora varirati prema hiperboličkom zakonu.

Za najčešći slučaj, potrebno je znati ovisnost trajanja koraka na trenutačnoj brzini. Broj koraka koji motor radi tijekom ubrzanja tijekom vremena t je:

N = 1/2 + 2At Vt, gdje je N - broj koraka, t - vrijeme, V - brzina, izražava se u koracima po jedinici vremena, A - ubrzanje, u metrima, podijeli s vremenom kvadrata.

Za jedan korak N = 1, tada duljina koraka t₁ = T = (-V + (V2 + 2A) 0,5) / A

Kao rezultat koraka, brzina postaje Vnew = (V2 + 2A) 0.5

Izračuni pomoću gore navedenih formula su prilično naporni i zahtijevaju znatno vrijeme procesora. Istodobno vam omogućuju promjenu vrijednosti ubrzanja u bilo kojem trenutku. Izračuni se mogu uvelike pojednostaviti ako vam je potrebna konstantna ubrzanja tijekom ubrzavanja i usporavanja. U tom slučaju možete zabilježiti ovisnost duljine koraka na vrijeme ubrzavanja:
V = V₀+At, gdje je V trenutna brzina, V₀ - početna brzina (minimalna brzina kojom počinje ubrzanje), A - ubrzanje;
1 / T = 1 / T₀+At, gdje T je duljina koraka, T₀ - početna duljina koraka, t - trenutno vrijeme;

Izračuni prema ovoj formuli su mnogo lakši, ali kako bi se promijenila vrijednost ubrzanja, potrebno je zaustaviti motor.

Stepping motori imaju nepoželjni učinak, nazvan rezonancija. Učinak se manifestira u obliku naglog pada momenta pri određenim brzinama. To može dovesti do preskakanja koraka i gubitka usklađenosti. Učinak se očituje kada se frekvencija koraka podudara s rezonantnom frekvencijom motora.

Kada motor postigne korak, rotor se odmah ne postavi na novi položaj, ali obavlja prigušene oscilacije. Činjenica da se rotor sustav - magnetsko polje - statora može se smatrati proljeće njihala, od kojih je frekvencija titranja ovisi o trenutku inercije rotora (plus opterećenja) i veličine magnetskog polja. Zbog složene konfiguracije magnetskog polja, rezonantna frekvencija rotora ovisi o amplitudi oscilacija. Kako se amplituda smanjuje, učestalost se povećava, približava se frekvenciji niske amplitude, što je lakše kvantificirano. Ta frekvencija ovisi o kutu nagiba i omjeru zakretnog momenta do momenta inercije rotora. Dulje vrijeme zadržavanja i manji moment inercije dovode do povećanja rezonantne frekvencije.
Frekvencija rezonancije izračunava se formulom:

gdje F₀ - frekvencija rezonancije,
N je broj kompletnih koraka po revoluciji,
T_H - vrijeme držanja za korištenu kontrolnu metodu i struju fazne faze,
J_R - moment inercije rotora,
J_L Trenutak inercije opterećenja.

Treba napomenuti da rezonantna frekvencija određuje trenutak inercije stvarnog rotora motora plus trenutak inercije opterećenja povezanog s vratilom motora. Stoga je rezonantna frekvencija rotora neprovedenog motora, koji se ponekad daje među parametrima, ima malo praktične vrijednosti, jer će svako opterećenje povezano s motorom promijeniti tu frekvenciju.
U praksi, efekt rezonancije vodi do poteškoća prilikom rada na frekvenciji blizu rezonantnom. Trenutak na frekvenciji rezonancije je nula, a bez poduzimanja posebnih mjera, uskočni motor ne može proći rezonantnu frekvenciju tijekom ubrzavanja. U svakom slučaju, fenomen rezonancije može znatno pogoršati karakteristike točnosti pogona.

U sustavima s niskim prigušenjem, postoji opasnost od gubljenja ili povećanja buke kad motor radi u blizini rezonantne frekvencije. U nekim slučajevima mogu se pojaviti problemi na harmonici osnovne frekvencije rezonancije.

Kada se mikročip ne koristi, glavni razlog za pojavu oscilacija je povremena rotacija rotora. Kada se korak provodi, impelerira se s nekom energijom. Ovaj pritisak uzbuđuje fluktuacije. Energija koja se približi rotoru u načinu rada s pola koraka je oko 30% energije punog koraka. Stoga, u modu pola koraka, amplituda oscilacija je znatno manja. U microstep modu s nagibom od 1/32 baznog koraka, za svako mikroploče prijavljeno je samo oko 0,1% ukupne energije koraka. Stoga, u mikrostep načinu, fenomen rezonancije gotovo je neprimjetan.

Različite metode mogu se koristiti za borbu protiv rezonancije. Na primjer, uporaba elastičnih materijala pri izvršenju mehaničkih spojeva s opterećenjem. Elastični materijal potiče apsorpciju energije u rezonantnom sustavu, što dovodi do prigušenja parazitskih oscilacija. Drugi način je uporaba viskoznog trenja. Izrađuju se posebni prigušivači, gdje se metalni disk može okretati unutar šupljeg cilindra ispunjenog viskoznim silikonskim lubrikantom. Kada se ovaj sustav rotira s ubrzanjem, disk osjeti viskoznu trenju koja učinkovito vlaži sustav.

Postoje električne metode za borbu protiv rezonancije. Oscilirajući rotor dovodi do pojave u statorskih namota EMF-a. Ako su namotaji, koji nisu korišteni u ovom koraku, kratko spojeni, to će rezultirati prigušenjem rezonancije.

I konačno, postoje metode za borbu protiv rezonancije na razini algoritma vozača. Na primjer, možete koristiti činjenicu da, kada radite s dvije faze, frekvencija rezonancije iznosi oko 20% veća od one uključene u jednu fazu. Ako je rezonantna frekvencija precizno poznata, može se proći promjenom načina rada.

Ako je moguće, pri pokretanju i zaustavljanju potrebno je koristiti frekvencije iznad rezonantne. Povećanje trenutka inercije sustava rotor-opterećenja smanjuje frekvenciju rezonancije.

Međutim, najučinkovitija mjera za suzbijanje rezonancije je korištenje mikrostep moda.

Što ga hraniti?

Za opskrbu konvencionalnog DC motora, potreban je samo konstantan izvor napona, a potrebne komutacije namotaja vrši sakupljač. Stepper motorom stvari su složenije. Sve eksternalije mora izvesti vanjski kontrolor. Trenutačno, u oko 95% slučajeva, mikrokontroleri se koriste za kontrolu stepper motora. U najjednostavnijem slučaju, kako bi se upravljalo motorom za uskočenje u načinu rada u punom koraku, potrebni su samo dva signala, pomaknuti u fazi od 90 stupnjeva. Smjer vrtnje ovisi o tome koja je faza ispred. Brzina se određuje brzinom ponavljanja impulsa. U modu polu-koraka sve je nešto komplicirano i zahtijeva najmanje 4 signala. Svi signali u upravljanju motora na pasmini mogu se generirati programski, ali to će uzrokovati veliko opterećenje mikrokontrolera. Stoga se često upotrebljavaju posebni čipovi pokretača uskočnih motora koji smanjuju broj dinamičkih signala potrebnih za procesor. Tipično, ovi čipovi zahtijevaju frekvenciju sata koja je stopa ponavljanja koraka i statički signal koji određuje smjer. Ponekad i dalje postoji signal za uključivanje načina rada u pola koraka. Za mikrocirkulacije vozača koji rade u mikrostep načinu, potrebni su više signala. Uobičajeni slučaj je kada su potrebne sekvence signala faznog upravljanja generirane pomoću jednog čipa, a potrebne fazne struje osiguravaju drugi čip. Iako nedavno postoji sve više i više upravljačkih programa koji implementiraju sve funkcije u jednom čipu.

Snaga koja se traži od vozača ovisi o veličini motora i čini udio vat u malim motorima i do 10-20 vata za velike motore. Maksimalna razina rasipanja snage ograničena je zagrijavanjem motora. Najveću radnu temperaturu obično označava proizvođač, ali možete približno pretpostaviti da je normalna temperatura 90 stupnjeva. Stoga, prilikom projektiranja uređaja s motorima za hodanje koji neprekidno djeluju pri maksimalnoj struji, potrebno je poduzeti mjere koje osoblje za održavanje isključuje dodir kućišta motora. U nekim slučajevima moguće je koristiti hladnjak radijatora. Ponekad to vam omogućuje da koristite manji motor i postići bolji omjer snage / troškova.

Za određenu veličinu motora usporivača, prostor koji zauzima namotavanje je ograničen. Stoga je vrlo važno dizajnirati vozača tako da za ove namotajne parametre daju najbolju učinkovitost.

Krug vozača mora obaviti tri glavna zadatka:

• imaju mogućnost uključivanja i isključivanja tekućine u namotima, kao i promjene smjera
• održavati trenutnu zadanu vrijednost
• Osigurajte što je brže moguće povećanje i pad struje za dobre karakteristike brzine

Metode promjene smjera struje

Kada se koristi motora s uskočnim kretanjem, potrebno je samostalno mijenjati smjer magnetskog polja za svaku fazu. Promjena smjera magnetskog polja može se izvesti na različite načine. U unipolarnim motorima, namota imaju granu iz sredine ili dva odvojena zavoja za svaku fazu. Smjer magnetnog polja mijenja se prebacivanjem polovice namotaja ili cijelih namota. U tom slučaju za svaku fazu potrebne su samo dvije jednostavne tipke A i B (Slika 18).

Sl. 18. Hranjenje unipolarnog namota motora.

U bipolarnim motorima smjer se obrće okretanjem navoja za namatanje. Za takvo polaritetno preokretanje potreban je puni H-most (slika 19). Ključno upravljanje u oba slučaja treba provesti logičkom shemom koja provodi neophodni algoritam rada. Pretpostavlja se da napajanje strujnih krugova ima nazivni napon namota motora.

Sl. 19. Napajanje bipolarnog namota motora.

Ovo je najjednostavniji način za kontrolu struje namota, i kako će kasnije biti prikazano, značajno ograničava mogućnosti motora. Treba napomenuti da kada se transistor H-mosta odvojeno kontrolira, moguće su situacije gdje je napajanje kratko spojeno pomoću tipki. Stoga shema upravljanja logikom mora biti konstruirana na takav način da se takva situacija isključi čak iu slučaju kvara upravljačkog mikrokontrolera.

Vijčanja motora predstavljaju induktivitet, što znači da se struja ne može povećati na neodređeno vrijeme ili da se pada beskonačno brzo bez privlačenja beskonačne potencijalne razlike. Kada je namatanje priključeno na napajanje, struja će se povećati pri određenoj brzini, a kada se namotavanje isključi, napon će se izbaciti. Ovaj val može oštetiti tipke koji koriste bipolarni ili tranzistor s terenskim efektom. Da bi se ograničilo ovo oslobađanje, ugrađeni su posebni zaštitni lanci. Dijagrami na sl. 18 i 19, ti lanci su oblikovani pomoću dioda, kondenzatori ili njihova kombinacija s diodama se koriste mnogo rjeđe. Korištenje kondenzatora uzrokuje električnu rezonancu koja može uzrokovati povećanje zakretnog momenta pri određenoj brzini. Na sl. 18 trebalo je 4 dioda, iz razloga što su polovice unipolarnih namota motora smještene na zajedničkoj jezgri i snažno su međusobno povezane. Oni rade kao autotransformatori, a emisije nastaju na terminalima oba navoja. Ako se MOS tranzistori koriste kao ključevi, tada su dovoljne samo dvije vanjske diode, budući da već imaju diode unutar. U integriranim krugovima koji sadrže snažne izlazne faze s otvorenim kolektorom, često postoje takve diode. Osim toga, neki čipovi, kao što su ULN2003, ULN2803 i slično, imaju i zaštitnu diodu za svaki tranzistor. Treba napomenuti da u slučaju korištenja brzih ključeva, potrebne su diode slične brzine. U slučaju uporabe polaganih dioda, potrebno je njihovo manevriranje malim kondenzatorima.

Za podešavanje zakretnog momenta potrebno je regulirati struju u namotima. U svakom slučaju, struja mora biti ograničena da ne prelazi rasipnu snagu pri ohmskom otporu namota. Štoviše, u načinu rada s pola koraka još uvijek je potrebno u određenim trenucima osigurati nulu vrijednosti struje u namotima, au mikrostep načinu je potrebno postaviti različite vrijednosti struje.

Za svaki motor proizvođač označava nazivni radni napon namota. Stoga, najjednostavniji način napajanja namotaja je korištenje stalnog naponskog izvora. U ovom slučaju, struja je ograničena ohmskim otporom namota i naponom izvora napajanja (slika 20a), tako da se ova metoda opskrbe zove L / R-snaga. Tekućina u namotanju povećava se eksponencijalno brzinom određenom induktivitetom, aktivnim otporom namota i primijenjenim naponom. Kada se frekvencija poveća, struja ne doseže nominalnu vrijednost i trenutak pada. Stoga je ova metoda napajanja prikladna samo za rad pri malim brzinama i koristi se u praksi samo za motore male snage.

Sl. 20. Opskrba namota s nazivnim naponom (a) i uporabom ograničavajućeg otpornika (b).

Pri radu pri velikim brzinama, potrebno je povećati brzinu porasta struje u namotima, što je moguće povećanjem napona izvora napajanja. U ovom slučaju, maksimalna struja namota mora biti ograničena pomoću dodatnog otpornika. Na primjer, ako je napon 5 puta veći od nazivnog napona, potrebno je dodatni otpornik tako da je ukupni otpor 5R, pri čemu je R ohmska otpornost namota (L / 5R snaga). Ova metoda opskrbe osigurava brži porast struje i kao posljedicu, veći moment (sl. 20b). Međutim, to ima značajan nedostatak: dodatna snaga se raspršuje na otporniku. Velike dimenzije moćnih otpornika, potreba za raspršivanjem topline i povećanu potrebnu snagu napajanja - sve to čini ovu metodu nedjelotvornom i ograničava opseg primjene na male motore od 1 do 2 vata. Mora se reći da su prije početka 1980-ih parametri pasparorskih motora, koji su naveli proizvođači, bili specifično povezani s ovom metodom prehrane.

Još brže strujanje može se dobiti pomoću generatora struje za napajanje motora. Trenutačna zgrada će se pojaviti linearno, što će omogućiti brže doći do nazivne struje. Štoviše, par moćnih otpornika može koštati više od dva snažna tranzistora zajedno s radijatorima. Ali kao u prethodnom slučaju, trenutni generator će raspršiti dodatnu snagu, što ovaj program moći neučinkovito.

Postoji još jedno rješenje koje osigurava visoku stopu porasta struje i niske gubitke snage. Temelji se na korištenju dva izvora napajanja.

Sl. 21. Napajanje namota motora s koračnim naponom.

Na početku svakog koraka, kratkoročni namoti su povezani s višim naponskim izvorom koji osigurava brzu povećanje struje (slika 21). Zatim se opadni napon namota smanjuje (vrijeme t₁ na sl. 21). Nedostatak ove metode je potreba za dva prekidača, dva napajanja i složenija shema kontrole. U sustavima gdje takvi izvori već postoje, metoda može biti vrlo jeftina. Još jedna poteškoća je nemogućnost određivanja vremena t₁ za opći slučaj. Za motor s manjom induktivnošću namota, trenutna stopa porasta je veća i za fiksni t₁ prosječna struja može biti veća od nazivne struje, što može dovesti do pregrijavanja motora.

Druga metoda stabilizacije struje u namotima motora je ključ (regulacija širine impulsa). Moderni vozači motora na stepenicama koriste ovu metodu. Ključni stabilizator pruža visoku stopu trenutnog porasta namota, uz jednostavnost regulacije i vrlo niske gubitke. Još jedna prednost kruga s stabilizacijom ključne struje je da održava konstantnu vrijednost okretnog momenta motora, bez obzira na fluktuacije naponskog napona. To vam omogućuje upotrebu jednostavnih i jeftinih stabiliziranih napajanja.

Kako bi se osigurala velika brzina strujnog porasta, napon napajanja je nekoliko puta veći od nazivnog napona. Podešavanjem širine pulsa prosječni napon i struja održavaju se na nominalnoj razini za namatanje. Održavanje se vrši kao rezultat povratnih informacija. Otpornik strujnog senzora R (slika 22a) spojen je serijski s navojem. Pad napona preko ovog otpornika je proporcionalan struji u namotanju. Kada struja dosegne zadanu vrijednost, tipka se isključuje, što uzrokuje da se struja pada. Kada struja padne na niži prag, ključ se ponovno uključuje. Ovaj se postupak periodično ponavlja, održavajući prosječnu struju konstantnom.

Sl. 22. Različite sheme ključne stabilizacije trenutne.

Kontroliranjem vrijednosti Uref, moguće je regulirati struju faze, na primjer, kako bi se povećala tijekom ubrzavanja i usporavanja i da bi se smanjila pri konstantnoj brzini. Možete ga i odrediti pomoću DAC-a u obliku sinusnog vala, čime ćete provesti mikročinski način rada. Ovakav način upravljanja ključnim tranzistorom osigurava konstantnu količinu strujnog upada u namot, što je određeno pomoću histereze komparatora. Međutim, frekvencija uključivanja ovisit će o brzini promjene struje u namotanju, naročito o njegovoj induktivnosti i naponskom naponu. Osim toga, dva takva kruga koja opskrbljuju različite faze motora ne mogu se sinkronizirati što može uzrokovati dodatne smetnje.

Krug sa stalnom frekvencijom prebacivanja nema takvih nedostataka (sl. 22b). Ključni tranzistor kontrolira okidač koji je postavljen posebnim generatorom. Kada je okidač postavljen, ključni tranzistor se otvara i struja faza počinje rasti. Zajedno s njim povećava i pad napona na strujnom senzoru. Kad dosegne referentni napon, komparator se prebacuje, poništavajući okidač. Ključni tranzistor isključen je i struja faza počinje padati dok generator ne ponovo instalira okidač. Ovaj krug osigurava stalnu frekvenciju prebacivanja, ali trenutna vrijednost valovitosti neće biti konstantna. Frekvencija generatora obično je odabrana najmanje 20 kHz, tako da motor ne stvara zvučni zvuk. Istodobno previsoka frekvencija uklapanja može uzrokovati povećane gubitke u jezgri motora i gubitak prijelaznih tranzistora. Iako gubici u jezgri s povećanjem frekvencije ne rastu jednako brzo kao amplituda tekuće valovitosti smanjuje s povećanjem frekvencije. Pulsiranje reda od 10% prosječne struje obično ne uzrokuje probleme s gubitkom.

Takva shema se provodi unutar L297 čipa od SGS-Thomsona, čija upotreba smanjuje broj vanjskih komponenti. Ključna regulacija ostvaruju drugi specijalizirani mikrokriži.

Sl. 23. Oblik struje u namotima motora za različite načine hranjenja.

Na sl. Slika 23 prikazuje oblik struje u namotima motora za tri načina napajanja. Najbolja metoda u smislu trenutka je ključna metoda. Osim toga, pruža visoku učinkovitost i omogućuje jednostavnu prilagodbu količine struje.

Brzo i sporo propadanje struje

Na sl. 19, ključne konfiguracije na H-mostu pokazale su da sadrže različite trenutne smjerove u namotanju. Da biste isključili struju, možete isključiti sve H-bridge tipke ili ostaviti jednu tipku (Slika 24). Ove se dvije situacije razlikuju u stupnju propadanja struje u navoju. Nakon što je induktor isključen iz napajanja, trenutno se ne može zaustaviti odmah. Postoji EMF samoindukcije, koji ima suprotan smjer od izvora napajanja. Kada koristite transistors kao ključeve, potrebno je koristiti shunt diode kako bi se osigurala provodljivost u oba smjera. Stopa promjene struje u induktoru je proporcionalna primijenjenom naponu. To vrijedi i za trenutni rast i za propadanje. Samo u prvom slučaju izvor energije je izvor energije, au drugoj sama induktivitet daje pohranjenu energiju. Taj se proces može dogoditi pod različitim uvjetima.

Sl. 24. Polagano i brzo propadanje struje.

Na sl. Slika 24a prikazuje status H-mostovih ključeva kada je namotavanje uključeno. Tipke A i D su uključene, smjer struje označen je strelicom. Na sl. 24b namotavanje je isključeno, ali ključ A je uključen. EMF samoinduktivnosti je kratko spojen preko ovog ključa i diode VD3. U ovom trenutku terminali namota imaju mali napon jednak izravnom padu na diodu plus pad na ključ (saturacija napona tranzistora). Budući da je napon na terminalima namota mali, brzina promjene struje bit će manja. Sukladno tome, brzina smanjenja magnetskog polja bit će također mala. A to znači da će statičem motora već neko vrijeme stvoriti magnetsko polje koje u ovom trenutku ne bi smjelo biti. Na rotirajućem rotoru, ovo polje će imati usporavanje. Kod visokih brzina motora ovaj efekt može ozbiljno ometati normalan rad motora. Brza brzina struje pri zaustavljanju vrlo je važna za kontrolere velikih brzina koji rade u polusmjernom načinu rada.

Drugi način isključivanja struje namotaja je također moguć, kada se otvore sve tipke H-mosta (slika 24c). U isto vrijeme, samoinduktivna EMF se kratko spaja preko diode VD2, VD3 na napajanje. To znači da će tijekom trenutnog pada na namotanju biti napona jednaka zbroju napona izvora napajanja i izravnog pada na dvije diode. U usporedbi s prvim slučajem, to je mnogo veći napon. Sukladno tome, propadanje strujnog i magnetskog polja bit će brže. Ovo rješenje, pomoću napona napajanja za ubrzavanje trenutnog propadanja, najjednostavnije je, ali ne i jedino. Treba napomenuti da u nekim slučajevima izvor energije može imati emisije, za čije će suzbijanje trebati posebni lanci za zatvaranje. Nije bitno koliko se visoki napon održava na navoju tijekom trenutnog propadanja. Da biste to učinili, možete koristiti zener diode ili varistore. Međutim, ovi će elementi rasipati dodatnu snagu koja je u prvom slučaju vraćena na izvor napajanja.

Za unipolarni motor, situacija je složenija. Činjenica je da su polovice namota, ili dva odvojena namota jedne faze, snažno međusobno povezana. Kao rezultat ove veze, emisija visoke amplitude će se pojaviti pri zatvaranju tranzistora. Stoga, tranzistori moraju biti zaštićeni posebnim lancima. Ti lanci kako bi se osiguralo brzi pad struje trebali bi osigurati prilično visoku naponsku ograničenost. Najčešće se diode koriste zajedno s zener diodama ili varistorima. Jedan od načina provedbe kruga prikazan je na sl. 25.

Sl. 25. Primjer provedbe brzog pada struje za unipolarni motor.

Kontrolom ključa magnituda trenutne valovitosti ovisi o brzini propadanja. Ovdje su moguće različite inačice.

Ako je namotavanje kratko spojeno s diodom, usporiti će se polagano strujanje. To dovodi do smanjenja amplitude strujnog valovlja, što je vrlo poželjno, pogotovo kada motor radi u mikrostep modu. Za određenu razinu valovitosti, sporost struje omogućuje rad na nižim PWM frekvencijama, što smanjuje zagrijavanje motora. Iz tih razloga, usporavanje struje je naširoko koristi. Međutim, postoji nekoliko razloga zbog kojih je spor trenutni rast nije uvijek optimalno: prvo, zbog negativnog leđa EMF, zbog malog napona namota tijekom tekuće propadanja, pravi prosječna struja namota može biti napuhan; Drugo, kada je potrebno da oštro smanji faznu struju (na primjer, u načinu rada u pola koraka), spor pad neće omogućiti brzo izvršavanje; Treće, kada je potrebno postaviti vrlo nisku faznu vrijednost struje, regulacija može biti poremećena zbog postojanja ograničenja minimalnog stanja ključeva.

Visoka stopa propadanja struje, koja se ostvaruje zatvaranjem navoja na izvor energije, dovodi do povećanja pulsiranja. Istodobno se uklanjaju nedostaci koji su svojstveni polaganom propadanju struje. Ipak, točnost održavanja prosječne struje je manja i veća je za gubitak.

Najnapredniji upravljački čipovi imaju mogućnost prilagoditi brzinu propadanja.

Praktična implementacija vozača

Vozač pokretača mora riješiti dva glavna zadatka: formiranje potrebnih vremenskih sekvenci signala i osiguravanje potrebne struje u namotima. U integriranim implementacijama, ponekad se ti poslovi izvode različitim mikrokriževima. Primjer je čipset L297 i L298 tvrtke SGS-Thomson. L297 čip sadrži logiku stvaranja vremenskog slijeda, a L298 je snažan dvostruki H-most. Nažalost, postoji određena zbrka u terminologiji o sličnim čipovima. Pojam "vozač" često se primjenjuje na mnoge čipove, čak i ako su njihove funkcije vrlo različite. Novi čip logike zove se "prevoditelji". U ovom će se članku upotrijebiti sljedeća terminologija: "kontroler" - čip koji je odgovoran za formiranje vremenskih sekvenci; "Vozač" je snažan krug za napajanje namota motora. Međutim, pojmovi "vozač" i "regulator" također mogu značiti kompletan upravljački uređaj motora na pasmini. Treba napomenuti da se u novije vrijeme kontrolor i vozač sve više kombiniraju u jednom čipu.

U praksi, možete raditi bez specijaliziranih mikročipova. Na primjer, sve funkcije regulatora mogu se implementirati programski, i kao vozač primijeniti skup diskretnih tranzistora. Međutim, mikrokontroler će biti teško učitan, a krug vozača može biti nezgrapan. Unatoč tome, u nekim će slučajevima takva odluka biti ekonomski održiva.
Najjednostavniji vozač potreban je za upravljanje unipolarnim namotima motora. U tu svrhu, prikladni su najjednostavniji ključevi, kod kojih se mogu koristiti bipolarni ili tranzistorni polje efekt. Snažni MOS tranzistori kontrolirani logičkom razinom, kao što su IRLZ34, IRLZ44, IRL540, vrlo su učinkoviti. Oni imaju otvoreni otpor manji od 0,1 ohma i dopuštena struja reda od 30A. Ovi tranzistori imaju domaće analoge KP723G, KP727V i KP746G. Tu su i posebni ICs koji sadrže nekoliko snažnih tranzistor tipke unutra. Primjer je čvrsto čip ULN2003 Allegro (naš analog K1109KT23) koji sadrži 7 ključeva s maksimalnom strujom 0,5 A. Shematski dijagram jedne stanice čipa je prikazan na slici. 26.

Sl. 26. Shematski dijagram jedne stanice čipa ULN2003.

Slične čipove proizvode mnoge tvrtke. Treba napomenuti da su ti mikrokriži prikladni ne samo za opskrbu namota motora, već i za hranjenje bilo koje druge opterećenja. Uz jednostavne upravljačke čipove, postoje sofisticiraniji čipovi koji imaju ugrađeni kontroler, PWM kontrolu struje, pa čak i DAC za microstepping.

Kao što je ranije navedeno, složenije krugove, kao što su H-mostovi, zahtijevaju kontrolu bipolarnih motora. Takvi krugovi mogu se provesti i na diskretnim elementima, iako se nedavno sve više primjenjuju na integriranim krugovima. Primjer diskretne implementacije prikazan je na sl. 27.

Sl. 27. Provedba pogonskog sklopa na diskretnim komponentama.

Ovaj H-most kontrolira se s dva signala, tako da ne dopušta pružanje svih mogućih kombinacija. Krivulja se aktivira kada su razine na ulazima različite i kratke kada su razine jednake. To vam omogućuje da dobijete tek spor pad struje (dinamičko kočenje). Vozači niza u integriranoj verziji proizvode mnoge tvrtke. Primjer je L293 (KR1128TT3A) i L298 iz SGS-Thomsona.

Sve do nedavno, Ericsson je proizveo veliki broj mikrokrijeva za kontrolu stepper motora. Međutim, 11. lipnja 1999. godine prenijela je proizvodnju svojih industrijskih mikročipova u New Japan Radio Company (New JRC). U ovom slučaju, oznake mikrocirkulacija spominju se s PBLxxxx na NJMxxxx.

Oba jednostavna ključa i H-mostovi mogu biti dio ključnog trenutnog stabilizatora. Ključna shema upravljanja može se izvesti na diskretnim komponentama ili u obliku specijaliziranog mikrokruga. Prilično popularan čip koji implementira PWM trenutnu stabilizaciju je L297 tvrtke SGS-Thomson. Zajedno s čipom upravljača mostova L293 ili L298, oni čine kompletan upravljački sustav motora (slika 28).

Sl. 28. Tipična shema za uključivanje L297 i L298N čipova.

Mikrosklop L297 uvelike izbacuje upravljačke mikrokontrolera jer je potrebna samo frekvencija takta CLOCK (frekvencija korak ponavljanja) i nekoliko statičnih signala: smjer - smjer (signala interno uskladiti da se prebaci u bilo koje vrijeme), pola / puno radno - polushagovy / ukupno korak način, RESET - postavlja fazu u početno stanje (ABCD = 0101), omogući - dozvolu rada krug, V - ref referentni napon koji postavlja maksimum trenutnu vrijednost kada upravljački PWM. Osim toga, postoji nekoliko dodatnih signala. Signal CONTROL postavlja način rada PWM regulatora. Na niskoj razini, PWM regulacija se događa na izlazima INH1, INH2 i na visokim - na izlazima ABCD. SYNC je izlaz unutarnjeg PWM sata. Služi za usklađivanje rada nekoliko mikrokrižica. Također se može upotrijebiti kao ulazni ulaz prilikom izlaza vanjskog generatora. HOME - početni signal položaja (ABCD = 0101). Koristi se za sinkronizaciju prebacivanja HALF / FULL modova. Ovisno o trenutnom prijelazu u način rada u punom koraku, čip može raditi u načinu rada s jednom uključenom fazom ili s uključenim dvije faze.

Ključni se regulator ostvaruje mnogim drugim mikročipovima. Neki čipovi imaju ove ili druge značajke, primjerice National Semiconductor tvrtka LMD18T245 vozač ne zahtijeva primjenu vanjskog trenutne senzor, budući da se provodi unutar jedne tipke na temelju MOSFET stanice.

Neki mikrokriževi su dizajnirani posebno za mikrostep rad. Primjer je A3955 čip od Allegro. Ima ugrađeni 3-bitni nelinearni DAC za određivanje struje faze koja varira prema sinusoidalnom zakonu.

Sl. 29. Vektor tekućine i rotor pomaka.

Pomicanje rotora ovisno o faznim strujama koje se generira ovim 3-bitnim DAC-om prikazano je na Sl. 29. A3972 ima ugrađeni 6-bitni linearni DAC.

Odaberite vrstu upravljačkog programa

Maksimalni okretni moment i snaga, koja može pružiti koračni osovinu motora, ovisno o veličini motora, uvjetima hlađenja, režim rada (odnos rad / pauza), parametrima zavojnica motora i o vrsti vozača. Vrsta pogonskog vozača uvelike utječe na napajanje osovine motora. S istom raspršenom snagom, vozač sa stabilizacijom pulsirane struje osigurava dobitak zakretnog momenta pri nekim brzinama do 5 do 6 puta, u usporedbi s opskrbom namota s nazivnim naponom. Ovo također proširuje raspon dopuštenih brzina.

Tehnologija pogona utemeljenih na motorima za stezanje stalno se razvija. Razvoj je usmjeren na postizanje najvećeg trenutka na osovini s minimalnim dimenzijama motora, širokim brzinama, visokom učinkovitošću i poboljšanom točnošću. Važna veza u ovoj tehnologiji je uporaba mikroteking moda.

U praksi je također važno razvojno vrijeme pogona na temelju stepper motora. Razvoj specijaliziranog dizajna za svaki pojedini slučaj traži dosta vremena. S ove točke gledišta, poželjno je primijeniti sheme univerzalne kontrole temeljene na PWM stabilizaciji struje, unatoč njihovim višim troškovima.

Praktični primjer regulatora pokretača motora na temelju AVR obiteljskog mikrokontrolera

Unatoč činjenici da trenutačno postoji veliki broj specijaliziranih mikročipova za kontrolu stepper motora, u nekim slučajevima možete to učiniti bez njih. Kada se ne nameću previše strogi zahtjevi, regulator se može provesti u potpunosti programski. Istovremeno, trošak takvog regulatora je vrlo nizak.

Predloženi kontroler je dizajniran za upravljanje unipolarnim motorom za uskočenje s prosječnom strujom svakog namotavanja do 2,5A. Upravljač se može koristiti s uobičajenim stepenastim motorima kao što su DShI-200-1, -2, -3. Također se može koristiti za upravljanje manje snažnim motorima, kao što su oni koji se koriste za postavljanje glava u 5-inčnim pogonima. U tom slučaju, krug se može pojednostaviti izbjegavanjem paralelnog uključivanja ključnih tranzistora i ključne stabilizacije struje, budući da je kod motora male snage dovoljan jednostavan L / R napajanje.

Sl. 30. Shematski dijagram regulatora pokretača motora.

Temelj uređaja (slika 30) je mikrokontroler U1 tip AT90S2313 iz Atmel-a. Kontrolni signali namota motora oblikovani su na PB4-PB7 priključcima programski. Za komutaciju namota koriste se dva tranzistora komutacijskog polja KP505A, samo 8 tranzistora (VT1 - VT8). Ti tranzistor ima kućište TO-92 i može prebaciti struju na 1.4A, otpor kanala je oko 0,3 ohm. Ostati tranzistora u „Reset” mikro akciji signala zatvoren (porta u ovom trenutku su u visokom impedancija države) između vrata i izvor uključuje otpornika R11 - R14. Kako bi ograničili struju punjenja kapaciteta vrata, ugrađeni su otpornici R6 do R9. Ovaj kontroler ne vrijedi za visoke karakteristika brzine, tako da je dovoljno velik spor pad fazna struja koju daje manevarski zavojnice motora diodama VD2 - VD5. Spojiti motor s više brzina ima konektor XP3 8 kontakata, koji omogućuje povezivanje ima motor koji ima dva odvojena izlaz svakog namota (kao što je DSHI-200). Kod motora s unutarnjom zavojnicom, jedan ili dva uobičajena igla konektora ostaju slobodna.

Treba napomenuti da se kontroler može koristiti za upravljanje motorom s velikom prosječnom faznom strujom. Da biste to učinili, samo trebate zamijeniti tranzistora VT1 - VT8 i diode VD2 - VD5 snažnije. A u ovom slučaju paralelno uključivanje tranzistora ne može se koristiti. Najprikladniji su MOSFET-ovi kontrolirani logičkom razinom. Na primjer, ovo je KP723G, KP727V i drugi.

Struja se stabilizira pomoću PWM, koji se također provodi programski. Za to se koriste dva trenutna senzora R15 i R16. Signali snimljeni strujnim senzorima se dovode na ulaze komparatora U3A i U3B preko niskopropusnih filtera R17C8 i R18C9. Filteri s niskim prolazima sprječavaju lažni rad komparatora uslijed smetnji. Referentni ulazni napon mora se primijeniti na drugi ulaz svakog komparatora, koji određuje struju vrha u namotima motora. Ovaj napon generira mikrokontroler s ugrađenim timerom koji radi u 8-bitnom PWM modu. Za filtriranje PWM signala koristi se LPF R19C10R22C11 s dvije veze. Istovremeno, otpornici R19, R22 i R23 tvore razdjeljivač koji postavlja mjerilo za podešavanje faznih struja. U ovom slučaju, odabrana je maksimalna vršna struja koja odgovara 255 kodu 5.11A, što odgovara naponu od 0,511V na trenutnim senzorima. S obzirom na činjenicu da konstantna komponenta kod PWM izlaza varira od 0 do 5V, potreban faktor fisije je približno 9,7. Izlazi komparatora su spojeni na prekidne ulaze mikrokontrolera INT0 i INT1.

Za upravljanje radom motora, postoje dva logička ulaza: FWD (naprijed) i REW (stražnji) spojeni na XP1 konektor. Kada se na jedan od ovih ulaza primjeni LOW logička razina, motor se počinje zakretati pri određenoj minimalnoj brzini, postupno ubrzavanjem uz određeno ubrzanje. Ubrzanje se dovršava kada motor dosegne zadanu radnu brzinu. Ako se daje naredba za promjenu smjera vrtnje, motor s istim ubrzanjem se usporava, zatim se okreće i ponovno ubrzava.

Uz zapovjedne ulaze, postoje dva ulaza za granične sklopke spojene na XP2 konektor. Smatra se da se granična sklopka pokreće ako je na odgovarajućem ulazu prisutna razina LOW logike. U ovom slučaju zabranjeno je zakretanje u tom smjeru. Kada se okretanje motora aktivira krajnjim prekidačem, on ide do kočenja s unaprijed određenim ubrzanjem, a zatim se zaustavlja.

Naredba ulazi i Krajnje sklopke ulazi su zaštićeni od prenapona R1VD6 lanca, R2VD7, R3VD8 i R4VD9, koji se sastoji od otpornika i Zener Diode.

Mikrokontroler pokreće čip stabilizatora 78LR05, koji istodobno djeluje kao monitor snage. Kad napon napajanja padne ispod podešenog praga, ovaj mikro-struja stvara signal "reset" za mikrokontroler. Opskrba regulatoru se dovodi kroz diodu VD1 koja zajedno s kondenzatorom C6 smanjuje pulsiranje uzrokovane komutacijama s obzirom na snažno opterećenje, što je motor u stepperu. Ploča se napaja preko 4-pinski priključak XP4, čiji kontakti su udvostručeni.

Demo verzija programa omogućuje ubrzavanje i usporavanje motora konstantnim ubrzanjem, kao i rotirajući pri konstantnoj brzini u načinu rada u punom koraku ili polu-korak. Ovaj program sadrži sve potrebne funkcije i može se koristiti kao baza za pisanje specijaliziranih programa. Stoga, ima smisla detaljnije razmotriti njegovu strukturu.

Glavni zadatak programa je stvaranje pulsnih sekvenci za 4 namota motora. Budući da su za te sekvence vremenski odnosi kritični, oblikovanje se izvodi u prekidaču rukovatelja vremenskog broja 0. Možete reći da program čini većinu posla u ovom rukovatelju. Blok dijagram rukovatelja prikazan je na sl. 31.

Sl. 31. Shema blokiranja upravljača za prekidanje timera 0.

Naravno, bilo bi praktičnije upotrebljavati timer 1, budući da je 16-bitni i može uzrokovati da se periodični prekid podudara s automatskim nullom. Međutim, to je zauzet oblikovanje PWM referentnog napona za komparatore. Stoga je nužno resetirati timer 0 u prekidu, što zahtijeva određeno podešavanje učitane vrijednosti i uzrokuje neki podrhtavanje, što međutim ne utječe na praksu. Interval od 25 μs odabran je kao osnovna vremenska baza, koja je formirana pomoću timera. S takvom diskretnošću mogu se formirati vremenske sekvence faza, a PWM trenutne stabilizacije u fazama motora ima isto razdoblje.

Da biste stvorili razdoblje ponavljanja koraka, koristite programski 16-bitni timer STCNT. Za razliku od Timera 0, njegova vrijednost dizanja nije konstanta, jer određuje brzinu motora. Stoga fazno prebacivanje događa samo kada je programski timer pun.

Sekvenca faza navedena je u tabličnom obliku. U programskoj memoriji mikrokontrolera postoje tri različite tablice: za način rada s punim korakom bez faze preklapanja, puni korak s preklapanjem i na pola koraka. Sve tablice imaju istu duljinu od 8 bajta. Potrebna tablica se učitava u RAM na početku rada, što vam omogućuje da se lako prebacite između različitih načina rada motora. Uzorkovanje vrijednosti iz tablice obavlja se pomoću pokazivača FAZA, tako da je prebacivanje smjera vrtnje motora također vrlo jednostavno: za rotaciju naprijed potrebno je povećati pokazivač, a za rotaciju unatrag potrebno je smanjiti.

Većina "glavna" varijabla u programu je 24-bitna potpisana VC varijabla koja sadrži vrijednost trenutačne brzine. Znak ove varijable određuje smjer rotacije, a vrijednost - učestalost praćenja koraka. Nula vrijednost ove varijable označava da je motor zaustavljen. Program u ovom slučaju isključuje struju svih faza, iako je u mnogim aplikacijama u ovoj situaciji potrebno napustiti tekuće faze uključene i samo malo smanjiti njihovu struju, čime se osigurava zadržavanje položaja motora. Ako je potrebno, ova promjena u logici programa je vrlo jednostavna.

Dakle, u slučaju softvera STCNT preljeva brojač javlja analizira vrijednost VC varijable, u slučaju pozitivnog vrijednosti pokazivača poraste fazi, a ako ne - je smanjivati. Zatim se sljedeća faza kombinacija odabire iz tablice, koja se izlazi na priključak. U slučaju nula VC, pokazivač PHASE se ne mijenja, a sve vrijednosti nula se odašilju na priključak.

Vrijednost T na koju se treba staviti STCNT timer jedinstveno je povezana s vrijednošću varijable VC. Međutim, prevođenje frekvencije u razdoblje traje dosta vremena, pa se ovi izračuni izvode u glavnom programu, a ne na svakom koraku, ali mnogo rjeđe. Općenito, ovi izračuni moraju biti redovito izrađeni samo tijekom ubrzavanja ili kočenja. U drugim slučajevima, brzina i, prema tome, razdoblje ponavljanja koraka, ne mijenjaju se.

Za izvođenje PWM-stabilizacije struje, moraju se periodički uključiti faze, a zatim, kada struja dosegne unaprijed određenu razinu, isključite. Periodična aktivacija se provodi u prekidu timera 0, za koji čak i ako nema predoziranja programskog timera STCNT, trenutna kombinacija faza se izlazi na priključak. To se događa s vremenom od 25 mikrosekundi (što odgovara PWM frekvenciji od 40 kHz). Faze se isključuju pomoću komparatora čiji su izlazi povezani s prekidnim ulazima INT0 i INT1. Prekidovi su omogućeni nakon što je uključena struja faze i onemogućena je odmah nakon prekapčanja komparatora. Ovo isključuje njihovu ponovnu obradu. U rukovateljima s prekidima isključene su samo odgovarajuće faze (slika 32).

Sl. 32. Shema blokiranja prekidača INT0 i INT1.

Procesi koji se javljaju tijekom PWM stabilizacije struje prikazani su na sl. 33. Treba posebno napomenuti da je struja u strujnom senzoru povremena čak i ako struja namotaja nije prekinuta. To je zbog činjenice da tijekom trenutnog propadanja njezin put ne prolazi kroz trenutni senzor (ali prolazi kroz diodu).

Sl. 33. PWM trenutni proces stabilizacije.

Mora se reći da je analogni dio PWM sustava stabiliziranja struje motornih faza prilično "kapriciozan". Činjenica je da signal preuzet od trenutnog senzora sadrži veliku količinu smetnji. Mehanizam dolazi uglavnom u trenucima komutacije namota motora, kako kao "vlastiti", tako i "izvanzemaljski". Za pravilno funkcioniranje kruga, potreban je pravilan raspored tiskane pločice, posebno za zemljane vodove. Možda je potrebno odabrati vrijednosti LPF-a na ulazu komparatora ili čak unijeti malu histerezu u komparator. Kao što je već napomenuto, kod upravljanja motorima niske snage iz PWM stabilizacije struje, u potpunosti se možete isključiti primjenom uobičajene L / R sheme za napajanje namotaja. Da bi se isključila stabilizacija PWM-a, dovoljno je jednostavno da ne spojite INT0 i INT1 ulaze mikrokontrolera, naravno, u isto vrijeme, ne možete instalirati komparator i trenutne senzore.

U ovom programu, učestalost izračuna novih vrijednosti brzine i razdoblja je odabrana na 15.625 ms. Ova vrijednost nije odabrana slučajno. Ovaj interval je 1 / 64s, i što je najvažnije, sadrži cijeli broj razdoblja prekapčanja timera 0 (25μs). Prikladno je ako su vrijednosti brzine i ubrzanja dane u prirodnim jedinicama, tj. u koracima u sekundi i u koracima podijeljenom sekundom u kutiji. Da bismo mogli izračunati trenutačnu brzinu u aritmetičkom broju 64 puta u sekundi, moramo ići na unutarnju reprezentaciju brzine koja je povećana za 64 puta. Množenje i podjela prema 64 smanjuje se na redovne smjene i stoga zahtijeva vrlo malo vremena. Navedena periodičnost izračuna daje drugi programski timer URCNT koji se smanjuje u prekidu timera 0 (svakih 25 μs). Ovaj timer uvijek se učitava s konstantnom vrijednošću, što osigurava nepromijenjeno razdoblje preljeva, jednako 15.625 ms. Kada ovaj timer prelijeće, postavljena je oznaka UPD bita koja signalizira glavnom programu da je "vrijeme ažuriranja brzine i vrijednosti razdoblja".

Glavni program (slika 34) izračunava trenutačne vrijednosti brzine i perioda ponavljanja koraka, pružajući potrebnu krivulju ubrzavanja. U tom slučaju ubrzanje i usporavanje provode se konstantnim ubrzanjem, stoga brzina varira linearno. Razdoblje se tada mijenja prema hiperboličkom zakonu, a njegov izračun je glavni posao programa.

Sl. 34. Blok shema glavnog ciklusa programa.

Ažuriranje brzine i vremenskih vrijednosti koraka koje glavni program periodično vrši, periodičnost postavlja UPD oznaka. Program ažuriranja temelji se na usporedbi vrijednosti dviju varijabli: trenutnoj VC brzini i potrebnoj VR brzini.

Potrebna brzina se također određuje u glavnom programu. To se postiže analizom kontrolnih signala i signala iz krajnjih prekidača. Ovisno o tim signalima, glavni program opterećuje varijablu VR s potrebnom brzinom. U ovom programu, to je V za naprijed kretanje, -V za unatrag i 0 za zaustavljanje. U općem slučaju, skup brzina (kao i ubrzanja i fazne struje) može biti proizvoljno velika, ovisno o zahtjevima.

Ako su brzine VC i VR jednake, tada motor za koračenje radi u stacionarnom načinu rada i nema ažuriranja. Ako brzine nisu jednake, tada vrijednost VC s određenim ubrzanjem pristupa VR, tj. Motor se ubrzava (ili usporava) sve dok se ne postigne nazivna brzina. U slučaju da su i znakovi VR i VC različiti, motor se usporava, preokreće i postiže potrebnu brzinu. To se događa kao sama po sebi, zahvaljujući strukturi programa.

Ako na sljedeći pregled otkriva da je VR i VC brzina nije jednaka vrijednosti VC dodan (ili oduzeti) ubrzavanje vrijednost A. Ako je rezultat ove operacije, željena brzina prekorači, onda se dobivena vrijednost se ispravlja zamjenom trenutnu vrijednost na željenu brzinu.

Zatim se izračunava razdoblje T (slika 35).

Sl. 35. Dijagram blokiranja subroutine izračuna razdoblja.

Prvo se izračunava trenutni modul brzine. Tada je minimalna brzina ograničena. Ovo ograničenje je nužno iz dva razloga. Prvo, beskonačno mala brzina odgovara beskonačno velikom razdoblju, što će uzrokovati pogrešku u izračunima. Drugo, motori sa stezaljkama imaju prilično dugu početnu zonu, tako da nema potrebe za početkom vrlo male brzine, pogotovo jer rotacija pri malim brzinama uzrokuje povećanu buku i vibracije. Minimalna VMIN brzina mora se odabrati na temelju specifičnog zadatka i tipa motora. Nakon ograničenja minimalne brzine, razdoblje se izračunava pomoću formule T = 2560000 / | VC |. Na prvi pogled, formula nije očigledna, ali ako uzmete u obzir da se razdoblje treba dobiti u intervalima od 25 μs, a unutarnja reprezentacija VC 64 puta je njegova stvarna vrijednost, onda sve pada na svoje mjesto. Prilikom izračuna T, potrebna je operacija nepotpisane podjele oblika 24/24, što AVR na satnoj frekvenciji od 10 MHz čini oko 70 μs. S obzirom da se izračun razdoblja ne javlja češće nego jednom na 15.625 ms, opterećenje procesora je vrlo nisko. Glavno opterećenje prekida timer 0, i to je u osnovi izvršeno na kratkoj grani (bez STCNT preljeva) od oko 3μs trajanja, što odgovara 12% CPU opterećenja. To znači da postoje značajne rezerve računalnih resursa.

Tiskana pločica upravljačkog sklopa motora prikazana je na Sl. 36.

Sl. 36. PC ploča regulatora motora usporenog motora.

Gore navedeni demonstracijski program ne sadrži mnoge funkcije koje moraju biti prisutne u završenom stepper kontroleru. Provedba ovih funkcija jako ovisi o posebnoj primjeni određenog stroja za uskočenje i teško se može unificirati. Istodobno, navedeni program može poslužiti kao osnova za pisanje posebnih programa koji imaju ovaj ili onaj skup mogućnosti. Na primjer, na temelju ove ploče, stvoreni su brojni specijalizirani kontroleri za pasivno motora. Jedan od modela takvog kontrolera ima sljedeće značajke:

• maksimalna fazna frekvencija 3 kHz
• ubrzanje s konstantnim ubrzanjem
• programabilni smjer vrtnje
• programabilno ubrzanje
• programabilna prosječna struja namotaja
• programabilno držanje struje
• N korak u pokretu
• polu-korak način
• generator impulsa za odgađanje spojke
• pohranu glavnih parametara u neizbrisivoj memoriji
• jedan vanjski izvor napajanja
• preko RS-232C sučelja ili lokalnog
• adresiranje do 7 uređaja na jednom RS-232C

• step.asm (10 Kb) - izvorni kod demo verzije programa
• step.hex (2 Kb) - firmware datoteka mikrokontrolera AT90S2313
• drive.pdf (90 Kb) - tablice specijaliziranih čipseta SD vozača

Puna verzija ovog članka može se naći u časopisu "Circuitry" (www.dian.ru).

I na kraju, savjetujemo vam da gledate ovaj videozapis s eksperimentima na motoru s usporenom snagom: