MK ovládání ovladače mikrokrokování LB1847 ze staré tiskárny. Sestavujeme CNC stroj z tiskárny vlastníma rukama Ovladač pro krokový motor z tiskárny epson

24.07.2024

Článek poskytuje schematická schémata možností pro jednoduchý, levný ovladač krokového motoru a rezidentní software (firmware) pro něj.

Obecný popis.

Regulátor krokového motoru je vyvinut na PIC regulátoru PIC12F629. Jedná se o 8pinový mikrokontrolér, který stojí pouze 0,5 $. Navzdory jednoduchému obvodu a nízkým nákladům na komponenty poskytuje regulátor poměrně vysoký výkon a širokou funkčnost.

Regulátor má možnosti obvodu pro ovládání unipolárních i bipolárních krokových motorů.
Umožňuje nastavení otáček motoru v širokém rozsahu.
Má dva režimy ovládání krokového motoru:
- úplný krok;
- poloviční krok.
Poskytuje rotaci vpřed a vzad.
Nastavení režimů, parametrů a ovládání regulátoru se provádí pomocí dvou tlačítek a signálu ON (zapnout).
Po vypnutí napájení se všechny režimy a parametry uloží do energeticky nezávislé paměti regulátoru a po zapnutí nevyžadují resetování.

Regulátor nemá ochranu proti zkratu vinutí motoru. Implementace této funkce však výrazně komplikuje obvod a zkratování vinutí je extrémně vzácný případ. S ničím takovým jsem se nesetkal. Navíc mechanické zastavení hřídele krokového motoru během otáčení nezpůsobuje nebezpečné proudy a nevyžaduje ochranu řidiče.

Můžete si přečíst o režimech a metodách ovládání krokového motoru, o potápěčích.

Obvod regulátoru pro unipolární krokový motor s bipolárním tranzistorovým budičem.

Na schématu není nic zvláštního k vysvětlování. Připojeno k PIC ovladači:

tlačítka „+“ a „–“ (přes analogový vstup komparátoru);
signál ON (zapnutí motoru);
budič (tranzistory VT1-Vt4, ochranné diody VD2-VD9).

PIC používá interní generátor hodin. Režimy a parametry jsou uloženy v interní EEPROM.

Budicí obvod na bázi bipolárních tranzistorů KT972 poskytuje spínací proud až 2 A, napětí vinutí až 24 V.

Ovladač jsem připájel na prkénko o rozměrech 45 x 20 mm.

Pokud spínací proud nepřesáhne 0,5 A, můžete použít tranzistory řady BC817 v pouzdrech SOT-23. Zařízení bude docela miniaturní.

Správa softwaru a kontroléru.

Rezidentní software je napsán v assembleru s cyklickým resetováním všech registrů. Program v zásadě nemůže zamrznout. Můžete si stáhnout software (firmware) pro PIC12F629.

Ovládání ovladače je celkem jednoduché.

Když je signál "ON" aktivní (uzemnění), motor se otáčí, když je neaktivní (odtržený od země), zastaví se.
Když motor běží (signál ON je aktivní), tlačítka „+“ a „–“ mění rychlost otáčení.
- Každé stisknutí tlačítka „+“ zvýší rychlost o minimální přírůstek.
- Stisknutím tlačítka „–“ rychlost snížíte.
- Podržením tlačítek „+“ nebo „–“ se rychlost otáčení plynule zvyšuje nebo snižuje o 15 přírůstků za sekundu.
Když je motor zastavený (signál ON není aktivní).
- Stisknutím tlačítka „+“ nastavíte režim otáčení v dopředném směru.
- Stisknutím tlačítka „–“ přepnete ovladač do režimu zpětného otáčení.
Chcete-li vybrat režim – plný nebo poloviční krok, musíte při zapnutí napájení podržet tlačítko „–“. Režim řízení motoru se změní na jiný (invertovaný). Stačí podržet tlačítko stisknuté po dobu 0,5 sekundy.

Obvod regulátoru pro unipolární krokový motor s budičem na bázi MOSFET tranzistorů.

Nízkoprahové tranzistory MOSFET umožňují vytvořit měnič s vyššími parametry. Použití tranzistorů MOSFET, například IRF7341, v ovladači poskytuje následující výhody.

Odpor tranzistoru v otevřeném stavu není větší než 0,05 Ohm. To znamená nízký úbytek napětí (0,1 V při proudu 2 A), tranzistory se nezahřívají a nevyžadují chlazení radiátory.
Tranzistorový proud až 4A.
Napětí do 55V.
Jedno 8pinové pouzdro SOIC-8 obsahuje 2 tranzistory. Tito. K implementaci ovladače budou zapotřebí 2 miniaturní pouzdra.

Takových parametrů nelze u bipolárních tranzistorů dosáhnout. Pro spínací proudy nad 1 A důrazně doporučuji možnost zařízení pomocí MOSFET tranzistorů.

Připojení k regulátoru unipolárních krokových motorů.

Motory s 5, 6 a 8 drátovými konfiguracemi vinutí mohou pracovat v unipolárním režimu.

Schéma zapojení pro unipolární krokový motor s 5 a 6 vodiči (svody).

U motorů FL20STH, FL28STH, FL35ST, FL39ST, FL42STH, FL57ST, FL57STH s 6vodičovou konfigurací vinutí jsou svorky označeny následujícími barvami.

Konfigurace s 5 vodiči je možnost, ve které jsou společné vodiče vinutí připojeny uvnitř motoru. Existují takové motory. Například PM35S-048.

Dokumentaci pro krokový motor PM35S-048 ve formátu PDF lze stáhnout.

Schéma zapojení pro unipolární krokový motor s 8 vodiči (svody).

Stejně jako u předchozí možnosti se pouze všechna spojení vinutí vyskytují mimo motor.

Jak vybrat napětí pro krokový motor.

Podle Ohmova zákona přes odpor vinutí a přípustný fázový proud.

U = Iphase * Rwinding

Odpor stejnosměrného vinutí lze měřit, ale proud je třeba hledat v referenčních datech.

Zdůrazňuji, že mluvíme o jednoduchých ovladačích, které neposkytují složitou formu proudu a napětí. Takové režimy se používají při vysokých rychlostech otáčení.

Jak určit vinutí krokových motorů, pokud neexistují žádné referenční údaje.

U unipolárních motorů s 5 a 6 svorkami lze střední svorku určit měřením odporu vinutí. Mezi fázemi bude odpor dvakrát větší než mezi střední svorkou a fází. Střední svorky jsou připojeny ke kladnému pólu napájecího zdroje.

Poté může být kterýkoli z fázových pinů přiřazen jako fáze A. K dispozici bude 8 možností pro přepínání pinů. Můžete je roztřídit. Pokud uvážíte, že vinutí fáze B má jiný střední vodič, možnosti se stanou ještě méně. Odpovídající fázová vinutí nevede k poruše budiče nebo motoru. Motor chrastí a nepřetáčí se.

Pamatujte, že příliš vysoká rychlost otáčení (mimo synchronizaci) vede ke stejnému efektu. Tito. Je nutné nastavit rychlost otáčení záměrně nízkou.

Schéma zapojení bipolárního ovladače krokového motoru s integrovaným driverem L298N.

Bipolární režim poskytuje dvě výhody:

lze použít motor s téměř jakoukoli konfigurací vinutí;
Točivý moment se zvýší přibližně o 40 %.

Vytvoření bipolárního obvodu ovladače pomocí diskrétních prvků je nevděčný úkol. Je jednodušší používat integrovaný ovladač L298N. Je tam popis v ruštině.

Obvod regulátoru s bipolárním budičem L298N vypadá takto.

Ovladač L298N je součástí standardního schématu. Tato varianta regulátoru poskytuje fázové proudy do 2 A, napětí do 30 V.

Připojení k bipolárnímu ovladači krokového motoru.

V tomto režimu lze připojit motor s libovolnou konfigurací vinutí 4, 6, 8 vodičů.

Schéma zapojení bipolárního krokového motoru se 4 vodiči (vývody).

U motorů FL20STH, FL28STH, FL35ST, FL39ST, FL42STH, FL57ST, FL57STH se 4vodičovou konfigurací vinutí jsou svorky označeny následujícími barvami.

Schéma zapojení pro bipolární krokový motor se 6 vodiči (svody).

U motorů FL20STH, FL28STH, FL35ST, FL39ST, FL42STH, FL57ST, FL57STH s touto konfigurací vinutí jsou svorky označeny následujícími barvami.

Takový obvod vyžaduje napájecí napětí dvakrát vyšší ve srovnání s unipolárním zapojením, protože Odpor vinutí je dvakrát vyšší. S největší pravděpodobností musí být ovladač připojen ke zdroji 24 V.

Schéma zapojení pro bipolární krokový motor s 8 vodiči (svody).

Mohou existovat dvě možnosti:

se sekvenčním připojením
s paralelním připojením.

Schéma sekvenčního zapojení vinutí.

Obvod s vinutími zapojenými do série vyžaduje dvojnásobné napětí vinutí. Ale fázový proud se nezvyšuje.

Schéma paralelního zapojení vinutí.

Obvod s paralelním zapojením vinutí zdvojnásobuje fázové proudy. Mezi výhody tohoto obvodu patří nízká indukčnost fázových vinutí. To je důležité při vysokých otáčkách.

Tito. Volba mezi sériovým a paralelním připojením 8pinového bipolárního krokového motoru je určena následujícími kritérii:

maximální proud řidiče;
maximální napětí ovladače;
otáčky motoru.

Software (firmware) pro PIC12F629 lze stáhnout.

Jednoduchý ovladač krokového motoru z počítačového odpadu v hodnotě ~ 150 rublů.

Moje stavba obráběcího stroje začala náhodným odkazem na německý stroj za 2000 DM, který podle mého názoru vypadal dětinsky, ale mohl plnit docela dost zajímavých funkcí. V tu chvíli mě zaujala možnost kreslit desky (to bylo ještě předtím, než se v mém životě objevilo LUT).

V důsledku rozsáhlého vyhledávání na internetu bylo nalezeno několik stránek věnovaných tomuto problému, ale ani jedna nebyla rusky mluvící (to bylo asi před 3 lety). Obecně jsem nakonec našel dvě tiskárny CM6337 (mimochodem, byly vyrobeny závodem Oryol UVM), odkud jsem vytrhl unipolární krokové motory (Dynasyn 4SHG-023F 39S, analog DSHI200-1- 1). Souběžně se získáváním tiskáren jsem objednal také mikroobvody ULN2803A (s písmenem A - balíček DIP). Všechno jsem posbíral a spustil. Co jsem dostal, dostal jsem divoce se zahřívající čipy klíčů a sotva se točící motor. Vzhledem k tomu, že podle schématu z Holandska jsou pro zvýšení proudu klíče zapojeny do párů, maximální výstupní proud nepřesáhl 1A, zatímco motor potřeboval 2A (kdo věděl, že najdu tak nenasytného, jak se mi zdálo pak motory J). Navíc jsou tyto spínače stavěny pomocí bipolární technologie, pro neznalé může být úbytek napětí až 2V (pokud je napájení od 5, tak vlastně poloviční poklesy na přechodovém odporu).

V zásadě pro experimenty s motory z 5“ diskových jednotek je to velmi dobrá volba, můžete si vyrobit například plotr, ale těžko vytáhnou něco těžšího než tužku (například Dremel).

Rozhodl jsem se sestavit si vlastní obvod z diskrétních prvků, naštěstí jedna z tiskáren měla nedotčenou elektroniku a odtud jsem vzal tranzistory KT829 (Proud do 8A, napětí do 100V)... Takový obvod byl sestaven...

Obr. 1 – Obvod budiče pro 4-fázový unipolární motor.

Nyní vysvětlím princip. Když je na jednu ze svorek přivedena logická „1“ (ostatní jsou „0“), například na D0, tranzistor se otevře a proud protéká jednou z cívek motoru, zatímco motor provede jeden krok. Dále je jednotka přivedena na další kolík D1 a na D0 je jednotka resetována na nulu. Motor provede další krok. Pokud je proud přiváděn do dvou sousedních cívek najednou, je implementován poloviční krokový režim (u mých motorů s úhlem natočení 1,8' se získá 400 kroků na otáčku).

Vývody ze středu cívek motoru jsou připojeny ke společné svorce (jsou dva, pokud je šest vodičů). Velmi dobře je zde popsána teorie krokových motorů - Krokové motory. Řízení krokového motoru, zde je schéma ovladače krokového motoru na mikrokontroléru Atmel AVR. Abych byl upřímný, připadalo mi to jako zatloukání hřebíků celé hodiny, ale má velmi dobrou funkci jako PWM regulace proudu vinutí.

Po pochopení principu je snadné napsat program, který ovládá motor přes port LPT. Proč jsou v tomto obvodu diody, ale protože zátěž je indukční, při vzniku samoindukčního emf se vybije přes diodu, což zabraňuje průrazu tranzistoru a tím jeho selhání. Další část obvodu - registr RG (použil jsem 555IR33), se používá jako ovladač sběrnice, protože proud dodávaný například portem LPT je malý - můžete jej jednoduše vypálit, a proto je možné vypálit celý počítač.

Obvod je primitivní a pokud máte všechny díly, můžete ho sestavit za 15-20 minut. Tento princip ovládání má však nevýhodu - protože tvorbu prodlev při nastavování rychlosti otáčení nastavuje program vzhledem k vnitřním hodinám počítače, nebude to fungovat v multitaskingovém systému (Win)! Kroky se jednoduše ztratí (možná je ve Windows časovač, ale nevím). Druhým nedostatkem je nestabilizovaný proud vinutí, který nelze z motoru vymáčknout. Z hlediska jednoduchosti a spolehlivosti mi však tato metoda vyhovuje, zejména proto, že abych neriskoval svůj 2GHz Athlone, poskládal jsem 486 tarantů z harampádí a kromě DOSu lze v zásadě nainstalovat jen málo normálního .

Výše popsané schéma fungovalo a v zásadě nebylo špatné, ale rozhodl jsem se, že schéma může být mírně pozměněno. Použijte MOSFETJ). tranzistory (field-effect), výhodou je, že můžete spínat obrovské proudy (až 75 - 100A), při napětích úctyhodných pro krokové motory (až 30V), a přitom obvodové části prakticky ne zahřát, no, až na ty limitní hodnoty (chtěl bych vidět tu, která bude spotřebovávat proud 100A

Jako vždy v Rusku vyvstala otázka, kde díly sehnat. Měl jsem nápad - vydolovat tranzistory ze spálených základních desek, naštěstí například Atlony žerou slušné množství a tranzistory tam stojí hodně. Inzeroval jsem ve FIDO a dostal jsem nabídku na vyzvednutí 3. mat. poplatky za 100 rublů. Usoudil, že za tyto peníze si v obchodě můžete koupit maximálně 3 tranzistory, vzal je, rozebral a hle, ačkoliv byly všechny mrtvé, nebyl poškozen ani jeden tranzistor v napájecím obvodu procesoru. Tak jsem dostal pár desítek tranzistorů s efektem pole za sto rublů. Výsledný diagram je uveden níže.

Rýže. 2 – Také u tranzistorů s efektem pole

Zejména v tomto obvodu je málo rozdílů, byl použit běžný vyrovnávací čip 75LS245 (připájený nad plynovým sporákem ze základní desky 286 J). Lze nainstalovat libovolné diody, hlavní věc je, že jejich maximální napětí není menší než maximální napájecí napětí a maximální proud není menší než napájecí proud jedné fáze. Osadil jsem diody KD213A, ty jsou 10A a 200V. Možná je to u mých 2ampérových motorů zbytečné, ale nemělo smysl kupovat díly a zdá se, že současná rezerva by nebyla zbytečná. Rezistory slouží k omezení dobíjecího proudu kapacity hradla.

Níže je deska s plošnými spoji regulátoru sestaveného podle tohoto schématu.

Rýže. 3 – Deska plošných spojů.

Deska plošných spojů je rozložena pro povrchovou montáž na jednostrannou DPS (jsem líný vrtat díry). Mikroobvody v pouzdrech DIP jsou připájeny zahnutými nohami, SMD odpory jsou ze stejných základních desek. Soubor s rozložením ve Sprint-Layout 4.0 je přiložen. Připájet konektory na desku by šlo, ale lenost je, jak se říká, motorem pokroku a při odlaďování hardwaru by bylo pohodlnější připájet delší dráty.

Ještě je třeba poznamenat, že obvod je vybaven třemi koncovými spínači, na desce vpravo dole je svisle šest kontaktů, vedle nich jsou sedla pro tři odpory, každý připojuje jeden pin spínačů na +5V. Schéma koncového spínače:

Rýže. 4 – Schéma koncových spínačů.

Takto to vypadalo během procesu nastavování systému:

V důsledku toho jsem za předložený řadič neutratil více než 150 rublů: 100 rublů za základní desky (můžete je získat zdarma, pokud chcete) + kus PCB, pájka a plechovka chloridu železitého v celkové výši ~ 50 rublů a ještě tam později zbude hodně chloridu železitého. Myslím, že nemá smysl počítat dráty a konektory. (Mimochodem, napájecí konektor byl odříznutý ze starého pevného disku.)

Vzhledem k tomu, že téměř všechny díly jsou vyráběny doma, pomocí vrtačky, pilníku, pilky, rukou a tak podobně, jsou mezery samozřejmě gigantické, ale upravovat jednotlivé komponenty za provozu a experimentovat je jednodušší, než zpočátku dělat vše přesně.

Kdyby nebylo tak drahé brousit jednotlivé díly v továrnách v Oryolu, pak by pro mě bylo samozřejmě jednodušší nakreslit všechny díly v CADu se vší kvalitou a hrubostí a dát je sežrat dělníkům. Neznám však žádné obraceče... A je zajímavější používat ruce, víš...

P.S. Rád bych vyjádřil svůj názor na negativní postoj autora stránek k sovětským a ruským motorům. Sovětské motory DSHI jsou docela dobré, dokonce i nízkovýkonový DSHI200-1-1. Pokud se vám tedy podařilo vykopat takovou dobrotu na „pivo“, nespěchejte je vyhodit, ještě poslouží... zkontrolováno... Ale pokud koupíte a rozdíl v ceně není velký, je lepší je vzít zahraniční, protože jejich přesnost bude samozřejmě vyšší.

P.P.S. E: Pokud jsem něco napsal špatně, napište to, opravíme to, ale... FUNGUJE TO...

Část 2. Obvod řídicích systémů

Nejdůležitější obecné otázky použití krokových motorů, které pomohou při jejich vývoji, byly diskutovány výše. Ale jak říká naše oblíbené ukrajinské přísloví: „Neuvěřím tomu, dokud si to neověřím“ („Neuvěřím tomu, dokud si to neověřím“). Přejděme proto k praktické stránce problému. Jak již bylo uvedeno, krokové motory nejsou levnou radostí. Ale jsou k dispozici ve starých tiskárnách, disketových a laserových čtečkách disků, například SPM-20 (krokový motor pro polohování hlavy v 5" 25 diskových jednotkách Mitsumi) nebo EM-483 (z tiskárny Epson Stylus C86), které umí být nalezen ve vašem starém koši nebo koupit za haléře na rádiovém trhu Příklady takových motorů jsou uvedeny na obrázku 8.

Nejjednodušší pro počáteční vývoj jsou unipolární motory. Důvod spočívá v jednoduchosti a nízké ceně jejich ovladače pro ovládání vinutí. Na obrázku 9 je praktické schéma ovladače použitého autorem článku pro unipolární krokový motor řady P542-M48.

Volba typu tranzistoru pro ovládací klávesy vinutí by samozřejmě měla zohledňovat maximální spínací proud a jeho zapojení zohledňovat nutnost nabíjení/vybíjení kapacity hradla. V některých případech nemusí být přímé připojení MOSFET k IC přepínače přijatelné. V branách jsou zpravidla instalovány sériově zapojené odpory malých hodnot. V některých případech je ale také nutné zajistit vhodný ovladač pro ovládání kláves, který zajistí nabití/vybití jejich vstupní kapacity. Některá řešení navrhují použití bipolárních tranzistorů jako spínačů. To je vhodné pouze pro motory s velmi nízkým výkonem a nízkým proudem vinutí. Pro uvažovaný motor s provozním proudem vinutí I = 230 mA by měl být řídicí proud v patě klíče minimálně 15 mA (ačkoli pro normální provoz klíče je nutné, aby byl proud báze roven 1 /10 provozního proudu, tj. 23 mA). Není však možné extrahovat takový proud z mikroobvodů řady 74HCxx, takže budou vyžadovány další ovladače. Jako dobrý kompromis můžete použít IGBT, které kombinují výhody tranzistorů s efektem pole a bipolárních tranzistorů.

Z pohledu autora článku je nejoptimálnějším způsobem řízení spínání vinutí motoru malého výkonu použití R DC(ON) MOSFETu, který je vhodný pro proudový a otevřený kanálový odpor, ale bere v úvahu zohledněte výše popsaná doporučení. Výkon rozptýlený na klávesách pro motor řady P542-M48 vybraný jako příklad, když je rotor zcela zastaven, nepřekročí

PVT = R DC(ON) × I2 = 0,25 × (0,230) 2 = 13,2 mW.

Dalším důležitým bodem je správná volba tzv. snubber diod, které shuntují vinutí motoru (VD1...VD4 na obrázku 9). Účelem těchto diod je potlačit samoindukované emf, ke kterému dochází při vypnutí ovládacích spínačů. Pokud jsou diody zvoleny nesprávně, je nevyhnutelné selhání tranzistorových spínačů a zařízení jako celku. Vezměte prosím na vědomí, že takové diody jsou již zpravidla zabudovány do výkonných MOSFETů.

Režim ovládání motoru se nastavuje přepínačem. Jak bylo uvedeno výše, nejpohodlnější a nejúčinnější je řízení s překrytím fází (obrázek 4b). Tento režim lze snadno implementovat pomocí spouštěčů. Praktické schéma univerzálního přepínače, který autor článku použil jak v řadě ladicích modulů (včetně toho s ovladačem výše), tak pro praktické aplikace je na obrázku 10.

Obvod na obrázku 10 je vhodný pro všechny typy motorů (unipolární i bipolární). Otáčky motoru se nastavují externím generátorem hodin (libovolný pracovní cyklus), jehož signál je přiváděn na vstup „STEPS“ a směr otáčení se nastavuje přes vstup „DIRECTION“. Oba signály mají logické úrovně a pokud jsou k jejich generování použity výstupy s otevřeným kolektorem, pak budou vyžadovány vhodné pull-up rezistory (nejsou znázorněny na obrázku 10). Časový diagram spínače je na obrázku 11.

Chtěl bych čtenáře upozornit: na internetu jste mohli narazit na podobný obvod, vyrobený nikoli na žabkách D, ale na žabkách JK. Buď opatrný! V řadě těchto schémat došlo k chybě při připojení IC. Pokud není potřeba zpětný chod, lze spínací obvod výrazně zjednodušit (viz obrázek 12), přičemž rychlost otáčení zůstane nezměněna a regulační diagram bude podobný tomu, který je znázorněn na obrázku 11 (oscilogramy před přepnutím pořadí fází ).

Protože na signál „STEPS“ nejsou žádné zvláštní požadavky, lze k jeho generování použít jakýkoli generátor vhodný pro úrovně výstupního signálu. Pro své ladicí moduly autor použil generátor na bázi IC (obrázek 13).

K napájení samotného motoru můžete použít obvod znázorněný na obrázku 14 a obvod spínače a generátoru lze napájet buď ze samostatného zdroje +5 V, nebo přes přídavný nízkopříkonový stabilizátor. V každém případě musí být pozemky výkonové a signální části odděleny.

Obvod na obrázku 14 poskytuje dvě stabilní napětí pro napájení vinutí motoru: 12 V v provozním režimu a 6 V v režimu přidržení. (Vzorce potřebné pro výpočet výstupního napětí jsou uvedeny v). Provozní režim se aktivuje přivedením vysoké logické úrovně na kontakt „BRZDA“ konektoru X1. Přípustnost snížení napájecího napětí je dána skutečností, že, jak již bylo uvedeno v první části článku, přídržný moment krokových motorů převyšuje rotační moment. Pro uvažovaný motor P542-M48 je tedy přídržný moment s převodovkou 25:6 19,8 Ncm a točivý moment pouze 6 Ncm. Tento přístup umožňuje snížit spotřebu energie z 5,52 W na 1,38 W při zastaveném motoru! Úplné vypnutí motoru se provádí přivedením vysoké logické úrovně na kontakt „ON/OFF“ konektoru X1.

Pokud má řídicí obvod výstup pomocí tranzistorů s otevřeným kolektorem, pak nejsou potřeba přepínače VT1, VT2 a výstupy lze připojit přímo místo zmíněných klíčů.

Poznámka: V tomto provedení je použití pull-up rezistorů nepřijatelné!

Jako tlumivku autor použil cívku SDR1006-331K (Bourns). Celkové napájení napěťového driveru pro vinutí motoru lze snížit na 16 - 18 V, což neovlivní jeho činnost. Ještě jednou upozorňuji: při provádění vlastních výpočtů nezapomeňte vzít v úvahu, že ovladač poskytuje režim s fázovým překrytím, to znamená, že je nutné spoléhat se na jmenovitý proud napájecího obvodu rovný dvojnásobek maximálního proudu vinutí při zvoleném napájecím napětí.

Úloha řízení bipolárních motorů je složitější. Hlavní problém je v ovladači. Tyto motory vyžadují ovladač můstkového typu a vyrobit jej, zvláště v moderních podmínkách, pomocí diskrétních prvků, je nevděčný úkol. Ano, není to nutné, protože existuje velký výběr specializovaných integrovaných obvodů. Všechny tyto integrované obvody lze zhruba zredukovat na dva typy. První je L293D IC, který je mezi nadšenci do robotiky velmi oblíbený, respektive jeho varianty od. Jsou relativně levné a vhodné pro řízení motorů s nízkým výkonem s proudy vinutími do 600 mA. Integrované obvody mají ochranu proti přehřátí; musí být instalován s chladičem, což je fólie plošného spoje. Druhý typ již čtenáři znají z publikace v IC LMD18245.

Autor použil budič L293DD v obvodu pro řízení nízkovýkonového bipolárního motoru typu 20M020D2B 12 V/0,1 A při studiu problematiky použití krokových motorů. Tento ovladač je vhodný, protože obsahuje čtyři přepínače polovičního můstku, takže k ovládání bipolárního krokového motoru je zapotřebí pouze jeden IC. Kompletní obvod zobrazený a mnohokrát opakovaný na internetových stránkách je vhodný pro použití jako testovací deska. Obrázek 15 ukazuje zahrnutí IC ovladače (propojeného s přepínačem z obrázku 10), protože to je část, která nás nyní zajímá, a obrázek 6 (Bipolární řízení krokového motoru) ze specifikace není zcela jasný. začínajícího uživatele. Je zavádějící například v tom, že ukazuje externí diody, které jsou ve skutečnosti zabudované v IC a dobře si poradí s vinutími motorů s nízkým výkonem. Ovladač L293D samozřejmě může pracovat s jakýmkoli přepínačem. Ovladač se vypne logickou nulou na vstupu R.

Poznámka: IC L293 v závislosti na výrobci a koncovkách označujících typ pouzdra mají rozdíly v číslování a počtu pinů!

Na rozdíl od L293DD je LMD18245 spíše dvoukanálový než čtyřkanálový ovladač, takže k implementaci řídicího obvodu jsou zapotřebí dva integrované obvody. Ovladač LMD18245 je vyroben technologií DMOS, obsahuje ochranné obvody proti přehřátí a zkratu a je umístěn v praktickém 15pinovém pouzdru TO-220, které usnadňuje odvod přebytečného tepla z jeho pouzdra. Obvod znázorněný dříve na obrázku 13 byl použit jako hlavní oscilátor, ale s odporem odporu R2 zvýšeným na 4,7 kOhm. Pro dodání jednotlivých pulzů použijte tlačítko BH1, které umožňuje posunout rotor motoru o jeden krok. Směr otáčení rotoru je určen polohou přepínače S1. Motor se zapíná a vypíná spínačem S2. V poloze „OFF“ je rotor motoru uvolněn a jeho otáčení řídicími impulsy je nemožné. Režim Hold snižuje maximální proud odebíraný vinutím motoru ze dvou ampérů na jeden ampér. Pokud nejsou přiváděny řídicí impulsy, zůstává rotor motoru ve fixní poloze se spotřebou energie sníženou na polovinu. Pokud jsou přiváděny impulsy, motor se v tomto režimu otáčí se sníženým točivým momentem při nízkých otáčkách. Je třeba poznamenat, že protože s plným ovládáním " dvoufázový"Obě vinutí jsou zapnuta, proud motoru se zdvojnásobí a obvod budiče musí být vypočten na základě požadavků na poskytování daného proudu dvěma vinutím (odpory R3, R8).

Obvod obsahuje dříve popsaný obousměrný dvoufázový budič založený na D-klopných obvodech (obrázek 10). Maximální proud budiče se nastavuje odporem připojeným k obvodu pinu 13 IC LMD18245 (rezistory R3, R8) a binárním kódem na kontaktech obvodu řízení proudu (piny 8, 7, 6, 4) . Vzorec pro výpočet maximálního proudu je uveden ve specifikaci ovladače. Omezení proudu se provádí pulzní metodou. Když je dosaženo maximální specifikované hodnoty proudu, dochází k „sekání“ („sekání“). Parametry tohoto „řezání“ se nastavují paralelním RC řetězem připojeným na pin 3 driveru. Výhodou IC LMD18245 je, že rezistor pro nastavení proudu, který není připojen přímo k obvodu motoru, má poměrně velký výkon a nízkou ztrátu energie. Pro uvažovaný obvod je maximální proud v ampérech podle vzorce uvedeného ve vzorci:

V DAC REF - referenční napětí DAC (5 V v uvažovaném obvodu);
D - zahrnuté bity DAC (v tomto režimu je použito všech 16 bitů);
R S - odpor omezovacího rezistoru (R3 = R8 = 10 kOhm).

V souladu s tím bude v režimu hold (protože je použito 8 bitů DAC) maximální proud 1 A.

Jak můžete vidět z navrhovaného článku, ačkoliv jsou krokové motory obtížněji ovladatelné než komutátorové motory, není tak těžké je opustit. Jak říkali staří Římané: „Kdo chodí, může zvládnout cestu. Přirozeně je v praxi pro mnoho aplikací vhodné řídit krokové motory na bázi mikrokontrolérů, které dokážou snadno generovat potřebné povely pro řidiče a fungovat jako spínače. Další informace a podrobnější úvahu o problémech spojených s používáním krokových motorů lze kromě výše uvedených odkazů [, ,] čerpat z dnes již klasické monografie Kenio Takashi a na specializovaných internetových stránkách, např. .

Je tu ještě jeden bod, na který by autor článku rád čtenáře upozornil. Krokové motory, stejně jako všechny stejnosměrné motory, jsou reverzibilní. co to znamená? Pokud použijete vnější rotační sílu na rotor, pak lze EMF odstranit z vinutí statoru, to znamená, že se motor stane generátorem, a to velmi, velmi účinným. Autor článku experimentoval s tímto případem použití pro krokové motory, když pracoval jako konzultant výkonové elektroniky pro společnost zabývající se větrnou energií. Bylo nutné vypracovat řadu praktických řešení pomocí jednoduchých maket. Podle autora článku byla účinnost krokového motoru v této aplikaci vyšší než u kartáčovaného stejnosměrného motoru podobných parametrů a rozměrů. Ale to je jiný příběh.

Rentyuk Vladimir „Ovládejte krokové motory v obou směrech“ EDN 18. března 2010

Kenyo Takashi. Krokové motory a jejich mikroprocesorové řídicí systémy: Per. z angličtiny, M.: Energoatomizdat, 1987 - 199 s.

Jakýkoli vývoj začíná výběrem komponentů. Na vývoj CNC stroje je velmi důležité vybrat ten správný krokový motor. Pokud máte peníze na nákup nových motorů, musíte určit provozní napětí a výkon motoru. Koupila jsem si ho na druhý CNC stroj Krokové motory jsou takto: Nema17 1,7 A.

Pokud nemáte dost peněz nebo se v této oblasti jen pokoušíte. Pak s největší pravděpodobností využijete motor tiskárny. Toto je nejlevnější varianta. Zde ale narazíte na řadu problémů. Motor může mít 4, 5, 6, 8 vodičů pro připojení. Jak je připojit k ovladačům L298n A .

Vezměme to popořadě. Jaké jsou tam krokové motory? Pokud vidíte sudý počet kolíků, je to tak bipolární krokový motor. Uspořádání vinutí pro tento motor je takové.

Pokud má motor 5 vodičů, je unipolární krokový motor. Takto vypadá jeho schéma.

Náš Budiče jsou určeny pro motory se 4 svorkami. Co bych měl dělat? Jak je propojit?

Bipolární krokové motory se 6 kolíky jsou k driveru připojeny dvěma způsoby:

V tomto případě má motor točivý moment 1,4krát větší. Točivý moment je stabilnější při nízkých frekvencích.

U tohoto typu zapojení je nutné snížit proud dodávaný do vinutí motoru √2krát. Pokud je například jmenovitý provozní proud motoru 2 A, pak při sériovém zapojení vinutí je požadovaný proud 1,4 A, tedy 1,4krát méně.

To lze snadno pochopit z následující úvahy.

Jmenovitý pracovní proud uvedený v katalogu je dimenzován na odpor jednoho vinutí (R - přesně to je uvedeno v katalogu). Když jsou vinutí zapojena do série, odpor kombinovaného vinutí se zdvojnásobí (2R).

Spotřeba SD - I*2 * R

Když jsou vinutí zapojena do série, spotřeba energie se změní na ISeries*2 * 2 * R

Příkon nezávisí na typu připojení, proto I*2 * R = Pořadí*2 * 2* R, odkud

Iseq.= I/ √2, tj.

Ilast = 0,707 *I.

Protože moment motoru je přímo úměrný velikosti magnetického pole vytvářeného statorovými vinutími, zvyšuje se s počtem závitů vinutí a snižuje se s poklesem proudu procházejícího vinutím. Ale protože proud klesl √2krát a počet závitů vinutí se zvýšil 2krát, točivý moment se zvýší √2krát.

Tlast = 1,4 * T.

Ve druhém případě je točivý moment stabilnější při vysokých frekvencích. Parametry SD s tímto zapojením odpovídají parametrům uvedeným v datasheet, (točivý moment, proud), točivý moment je stabilnější při vysokých frekvencích.

Unipolární krokový motor lze přestavět.

Chcete-li to provést, musíte rozebrat krokový motor a přeříznout drát spojující střed vinutí. A při zapojování není potřeba nikam připojovat společný vodič.

Výsledkem je bipolární motor se 4 přívody.

Krokové motory s 8 piny lze připojit třemi způsoby.

Zapojení A - stepper pracuje s charakteristikami uvedenými v popisu (moment, proud), točivý moment je stabilnější při vysokých frekvencích.

Zapojení B – kroutící moment 1,4 násobek, kroutící moment je stabilnější na nízkých frekvencích (vzhledem k A).

Připojení C – kroutící moment 1,96 násobek, kroutící moment je stabilnější při vysokých frekvencích (vzhledem k A).

Vyřešili jsme tedy problém připojení krokových motorů. Ale ne všechny naše motory budou fungovat. Dále je nutné určit provozní napětí motorů. Nejlepší způsob je najít datový list.A je tomožnostiTady je. Ale necolze nalézt všechny motory z tiskárnydatový list. V takových případech používám tuto tabulku .

Nevím, jak přesná je tato tabulka, ale vše odpovídá a funguje, jak má.

Motor volím tak, aby provozní napětí bylo menší nebo rovné napětí zdroje. U motorů určených pro nižší napětí je nutné nastavit nižší proud.

Naladit Budeme v příštím článku. NePřeskoč to!

Přihlaste se k odběru mého kanálu na Youtube a připojte se ke skupinám

Při navrhování dalšího CNC stroje, nebo prostě 3osé frézky a vrtačky pro plošné spoje a drobné frézovací práce, jsem měl neklidnou touhu vše utřídit „v regálech“.
Mnozí si řeknou, že téma není nové, existuje mnoho projektů, mnoho technických a softwarových řešení. Ale plaváním v tomto moři informací jsem se pokusil odstranit všechnu „vodu“ a získat „spodní čáru“.
To z toho vyšlo…

Úkol postavit stroj se obvykle skládá ze tří dílčích úkolů – mechanika, elektronika, software. Zřejmě také budu muset napsat tři články.
Protože náš časopis je stále o praktické elektronice, začnu elektronikou a trochu mechanikou!

Pohonná jednotka

Samotnou frézou je nutné pohybovat ve 3 směrech - XYZ, což znamená, že potřebujete 3 pohony - 3 motory s převodem otáčení hřídele motoru do lineárního pohybu.
O převodu...
U frézky, kde dochází k bočním silám řezání materiálu, je vhodné nepoužívat řemenové pohony, které jsou ve 3D tiskárnách velmi oblíbené. Použiji převod šroub-matice. Nejvýhodnějším převodem je běžný ocelový šroub a matice bez vůle, nejlépe bronzová. Správněji - šroub s lichoběžníkovým závitem a maticí z kaprolonu. Nejlepší (a bohužel nejdražší) kuličkový šroub nebo kuličkový šroub. Později vám o tom řeknu více...
Každé ozubené kolo má svůj koeficient, vlastní stoupání - tedy jak lineárně se fréza posune po ose za jednu otáčku motoru např. o 4 mm.

Motor (motor)

Jako motor pro pohon jsem identifikoval krokový motor (SM).
Proč stepper? Co to vůbec je?
Existují střídavé a stejnosměrné motory, kartáčované a bezkomutátorové a takzvané „krokové“ motory. V každém případě musíme zajistit určitou přesnost polohování, například 0,01 mm. Jak to udělat? Pokud má motor přímý pohon - hřídel motoru je spojena přímo s vrtulí, pak pro zajištění takové přesnosti je nutné ji otočit o určitý úhel. V tomto případě s roztečí ozubených kol 4 mm a požadovanou přesností pohybu 0,01 mm je to... pouze 1/400 otáčky, neboli 360/400 = 0,9 stupně! Nesmysl, vezmeme obyčejný motor...

U „běžného“ motoru to není možné bez zpětné vazby. Aniž bychom zacházeli do přílišných detailů, řídicí obvod motoru potřebuje „vědět“, jaký úhel se náprava otočila. Samozřejmě můžete nainstalovat převodovku - ztratíme rychlost a stále neexistuje žádná záruka, žádná zpětná vazba! Na nápravě je instalován snímač úhlu natočení. Toto řešení je spolehlivé, ale drahé.

Alternativou je krokový motor (přečtěte si sami, jak funguje). Dá se předpokládat, že při jednom „povelu“ otočí svou osu o určitý stupeň, obvykle o 1,8 nebo 0,9 stupně (přesnost nebývá horší než 5 %) – přesně to, co je potřeba. Nevýhodou tohoto řešení je, že při velkém zatížení motor vynechá povely – „kroky“ a může se úplně zastavit. Problém je vyřešen instalací zjevně výkonného motoru. Většina amatérských strojů se vyrábí pomocí krokových motorů.

Výběr krokového motoru

2 vinutí, s minimálním proudem, minimální indukčností a maximálním točivým momentem - tedy nejvýkonnější a nejhospodárnější motor.

Protichůdné požadavky. Nízký proud znamená vysoký odpor, což znamená mnoho závitů drátu vinutí motoru, což znamená vysokou indukčnost. A velký točivý moment znamená velký proud a mnoho otáček. Volíme ve prospěch vyššího proudu a nižší indukčnosti. A moment musí být vybrán na základě zatížení, ale o tom později.

Charakteristiky některých motorů jsou uvedeny v tabulce:

Pro malý stroj s pracovním prostorem o rozměrech 300x300x100mm a lehkou frézou se docela hodí motory s točivým momentem 0,3Nm a vyšším. Optimální proud je od 1,5 do 2,5 A, FL42STH38-1684 je docela vhodný

Ovladač krokového motoru

Je tam motor. Nyní potřebujeme ovladač, který určitým způsobem přepne napětí na vinutí motoru, aniž by překročil nastavený proud.

Nejjednodušším řešením je zdroj daného proudu a dva páry tranzistorových spínačů pro každé vinutí. A čtyři ochranné diody. A logický obvod pro změnu směru. A... Toto řešení se obvykle vyrábí na mikroobvodu ULN2003A pro motory s malým proudem, má mnoho nevýhod, nebudu se jimi zabývat.

Alternativou jsou specializované mikroobvody typu vše v jednom – s logikou, tranzistory a ochrannými diodami uvnitř (nebo vně). A takové mikroobvody řídí proud vinutí a regulují jej pomocí PWM a mohou také implementovat režim „půlkroku“ a některé režimy 1/4 kroku a 1/8 kroku atd. Tyto režimy mohou zlepšit přesnost polohování , zvýšit plynulost pohybu a snížit rezonanci. Obvykle postačí režim „half-step“, který zvýší teoretickou přesnost lineárního polohování (v mém příkladu až 0,005 mm).

Co je uvnitř IC ovladače krokového motoru? Logická a řídicí jednotka, napájecí zdroje, PWM s obvody pro generování momentu a doby sepnutí vinutí, výstupní spínače na tranzistorech s efektem pole, komparátory zpětné vazby - proud je řízen úbytkem napětí na rezistorech (Rs) v napájecím obvodu vinutí . Proud motoru je nastaven referenčním napětím.

Pro implementaci těchto funkcí existují další obvodová řešení, např. pomocí mikrokontrolérů PIC nebo ATMEGA (opět s externími tranzistory a ochrannými diodami). Podle mého názoru nemají výraznou výhodu oproti „hotovým“ mikroobvodům a v tomto projektu je nevyužiji.

Bohatství výběru

Dnes existuje poměrně hodně různých mikroobvodů a poměrně hodně hotových desek a modulů SD driverů. Můžete si koupit hotové, nebo můžete „vynalézt kolo“, zde se každý rozhodne po svém.

Z těch hotových jsou nejběžnější a nejlevnější ovladače založené na čipech Allegro A4988 (až 2A), Texas Instruments DRV8825 (až 2,5A).
Vzhledem k tomu, že moduly byly původně vyvinuty pro použití ve 3D tiskárnách, jako je projekt Rep-rap projektu Arduino, nejedná se o kompletní moduly (například potřebují také logické napájení (+5V), které je napájeno z tzv. rampy ).

Existují také řešení založená na DRV8811 (až 1,9 A), A3982 (až 2 A), A3977 (až 2,5 A), DRV8818 (až 2,5 A), DRV8825 (až 2,5 A), Toshiba TB6560 (až až 3 A) a další.

Jelikož mám zájem něco dělat sám a navíc možnost „ochutnat“ mikroobvody Allegro A3982 a A3977, rozhodl jsem se udělat pár ovladačů sám.

Nelíbila se mi hotová řešení na A4988, především kvůli miniaturizaci velikosti desky plošných spojů na úkor dobrého chlazení. Typický odpor otevřených tranzistorů v A4388 při proudu 1,5A je 0,32 + 0,43 Ohm plus „měřicí“ odpor 0,1-0,22 Ohm - ukazuje se, že je to asi 0,85 Ohm. A existují dva takové kanály, a přestože fungují pulzně, musí být rozptýleny 2-3 Watty tepla. No, nevěřím ve vícevrstvou desku a malý chladič - datový list ukazuje mnohem větší desku.

Vodiče motoru musí být krátké a ovladač musí být instalován vedle motoru. V audiotechnice existují 2 technická řešení: dlouhý signálový kabel k zesilovači + krátké vodiče k reproduktorovému systému, nebo krátký signálový kabel k zesilovači + dlouhé vodiče k reproduktorovému systému. Obě řešení mají svá pro a proti. Stejné je to s motory. Zvolil jsem dlouhé ovládací vodiče a krátké vodiče k motoru.

Řídící signály - „krok“ (krok), „směr“ (dir), „enable“ (enable), indikace stavu řídících signálů. Některé obvody nepoužívají signál „Enable“, ale to vede ke zbytečnému zahřívání čipu i motoru v klidovém režimu.

Jeden zdroj 12-24 voltů, logické napájení (+5V) - na desce. Rozměry desky jsou dostatečné pro dobré chlazení, oboustranný tisk s velkou „měděnou“ plochou, možnost nalepit na čip chladič (slouží k chlazení paměti grafických karet).

Ovladač SD na čipu Allegro A3982

Napájecí napětí: 8…35 V Logické napájecí napětí: 3,3…5 V Výstupní proud (maximální, závisí na režimu a chlazení): ±2 A Typický odpor otevřených tranzistorů (při proudu 1,5A): 0,33+0,37 Ohm

Ovladač SD na čipu Allegro A3977

Hlavní vlastnosti a blokové schéma:

Napájecí napětí: 8…35 V Logické napájecí napětí: 3,3…5 V Výstupní proud (maximální, závisí na režimu a chlazení): ±2,5 A Typický odpor otevřených tranzistorů (při proudu 2,5A): 0,33 +0,45 Ohm

Schéma a prototyp

Navrženo v prostředí DipTrace. Ovladač A3982 je přiložen podle schématu z dokumentace výrobce. Je povolen režim půlkroku. Dodatečně jsem pro spolehlivý provoz řídicích a indikačních signálů použil logický čip 74NS14 (se spouštěči Schmitt). Bylo možné provést galvanické oddělení pomocí optočlenů, ale u malého stroje jsem se rozhodl to nedělat. Obvod na A3977 se liší pouze dodatečnými propojkami krokového režimu a výkonnějším napájecím konektorem, ale zatím nebyl hardwarově implementován.