אם אי פעם היה לך העונג לפרק מדפסת ישנה לחסוך אלקטרוני רכיבים, יתקלו במנועים מסתוריים גליליים רבים עם ארבעה חוטים או יותר הבולטים מהצדדים. האם שמעת באזז טיפוסי של מדפסת תלת-ממדית שולחנית או סימפוניה אלקטרומכנית מכושפת של דיסקים בכונן CD? אם כן, אתה עומד בפני מנוע צעד!
מנועי צעד גורמים לכך שהעולם האלקטרומכני מסתובב (עם מומנט גבוה יותר!), אך בשונה ממנוע DC רגיל, שליטה על מנוע צעד דורשת מעט יותר מהזרם דרך שני חוטים. מאמר זה ידבר על תורת העיצוב והתפעול של מנוע צעד. ברגע שנשקול את היסודות, מחבר מדריך זה יראה כיצד לבנות מעגלים פשוטים לשליטה במנועי צעד ואז כיצד להשתמש בשבבי נהגים מיוחדים.
שלב 1: מה הופך מנוע למנוע צעד?
מי עשוי להזדקק ליותר משני חוטים וגשר H? למה? ובכן, בניגוד למנועי מברשת DC רגילים שנבנו לסיבוב מקסימאלי (או kV עבור RC), מנועי צעד הם מנועים נטולי מברשות המיועדים למומנט גבוה (לאחר מכן מהירות נמוכה יותר) ולתנועה סיבובית מדויקת יותר. בעוד שמנוע DC טיפוסי נהדר לסיבוב המדחף במהירות גבוהה בכדי להשיג מתיחה מרבית, מנוע צעד עדיף לגלגל דף נייר מסונכרן עם מנגנון הזרקת דיו בתוך המדפסת או לסיבוב זהיר של מוט המעקה ליניארי במפעל CNC.
בפנים, מנועי צעד הם מורכבים יותר ממנוע DC פשוט, עם מספר סלילים סביב הליבה עם מגנטים קבועים, אך עם מורכבות נוספת זו ניתנת שליטה רבה יותר. בגלל הסידור הקפדני של הסלילים המובנים בתוך הסטטור, הרוטור של מנוע צעד יכול להסתובב בצעד נתון, לשנות את הקוטביות בין הסלילים ולהחליק את הקוטביות שלהם בהתאם לתכנית ההצתה שהוקמה. מנועי צעד אינם כולם זהים, ולביצועם הפנימי נדרשים תוכניות ייחודיות (אך בסיסיות). נדון בסוגים הנפוצים ביותר של מנועי צעד בשלב הבא.
שלב 2: סוגי מנועי צעד
ישנם כמה עיצובים שונים של מנועי צעד. אלה כוללים התנגדות חד קוטבית, דו קוטבית, אוניברסלית ומשתנה. נדון בתכנון ותפעול של מנועים דו קוטביים וחד קוטביים, מכיוון שזהו סוג המנוע הנפוץ ביותר.
מנוע חד קוטבי
מנועים חד-קוטביים כוללים בדרך כלל חוטים, שישה או שמונה חוטים המגיעים מהבסיס, וסליל אחד לשלב. במקרה של מנוע בן חוט תיל, החוט החמישי הוא הברזים המרכזיים המחוברים של זוגות הסלילים. במנוע בן שישה חוטים, לכל זוג סלילים יש ברז מרכזי משלו. במנוע בעל שמונה חוטים כל זוג סלילים נפרד לחלוטין מהאחרים, מה שמאפשר לחבר אותו בתצורות שונות. חוטים נוספים אלה מאפשרים לך לנהוג במנועים חד קוטביים ישירות מבקר חיצוני עם טרנזיסטורים פשוטים לשליטה על כל סליל בנפרד. מעגל הצתה בו מונע כל סליל קובע את כיוון הסיבוב של המנוע. לרוע המזל, בהתחשב בכך שרק סליל אחד מסופק בכל פעם, מומנט האחיזה של מנוע חד קוטבי תמיד יהיה פחות מזה של מנוע דו קוטבי באותו גודל. עקיפת הברזים המרכזיים של מנוע חד קוטבי, כעת היא יכולה לעבוד כמנוע דו קוטבי, אך הדבר ידרוש תוכנית בקרה מורכבת יותר. בשלב הרביעי של מאמר זה, נניע מנוע חד קוטבי, אשר אמור להבהיר כמה מהמושגים שהוצגו לעיל.
מנוע דו קוטבי
מנועים דו קוטביים בדרך כלל בעלי ארבעה חוטים והם עמידים יותר ממנוע חד קוטבי בגודל השוואתי, אך מכיוון שיש לנו רק סליל אחד לכל שלב, עלינו להפוך את הזרם דרך הסלילים כדי לעבור צעד אחד. הצורך שלנו לשנות את הזרם פירושו שלא נוכל עוד לשלוט על הסלילים ישירות באמצעות טרנזיסטור יחיד, במקום מעגל h-bridge מלא. בניית הגשר הימני היא מייגעת (שלא לדבר על שניים!), לכן נשתמש בנהג מנוע דו קוטבי ייעודי (ראה שלב 5).
שלב 3: הבנת מפרט מנוע צעד
בואו נדבר על איך לקבוע מפרט מנוע. אם נתקלתם במנוע מרובע עם מכלול ספציפי לשלושה חלקים (ראה איור שלישי), ככל הנראה מדובר במנוע NEMA. לאיגוד הלאומי של יצרני חשמל יש תקן ספציפי למפרטי מנוע המשתמש בקוד אותיות פשוט לקביעת קוטר לוחית המנוע, סוג ההרכבה, אורך, זרם פאזה, טמפרטורת פעולה, מתח פאזה, צעדים למהפכה וחיווט.
קרא את דרכון המנוע
לשלב הבא, ישמש מנוע חד קוטבי זה. למעלה טבלת נתונים. ולמרות שהיא תמציתית, היא מספקת לנו את כל מה שאנחנו צריכים להפעלה תקינה. בואו נראה מה ברשימה:
שלב: זהו מנוע חד-קוטבי בן ארבע פאזות. המנוע הפנימי יכול לכלול מספר סלילים אמיתי, אך במקרה זה הם מקובצים לארבעה שלבים, אותם ניתן לשלוט באופן עצמאי.
מדרגת זווית: ברזולוציה משוערת של 1.8 מעלות לכל שלב, אנו מקבלים 200 צעדים לכל מהפכה. למרות שמדובר ברזולוציה מכנית, בעזרת צומת המיקרו אנו יכולים להגדיל את הרזולוציה הזו ללא כל שינוי במנוע (עוד על כך בשלב 5).
מתח: המתח הנקוב של מנוע זה הוא 3 וולט. זו פונקציה של הזרם וההתנגדות הנומינלית של המנוע (חוק אוהם V = IR, לכן 3V = 2A * 1.5Ω)
זרם: כמה זרם צריך המנוע הזה? שני אמפר לשלב! נתון זה יהיה חשוב בבחירת טרנזיסטורי הכוח שלנו למעגל הבקרה הבסיסי.
התנגדות: 1.5 אוהם לכל שלב יגבילו את הזרם שנוכל לספק לכל שלב.
השראות: 2.5 מ"ש. אופיו האינדוקטיבי של סלילי המנוע מגביל את מהירות הטעינה של הסלילים.
רגע החזקה: זה כמה כוח בפועל אנו יכולים ליצור כאשר מתח מופעל על מנוע צעד.
רגע החזקה: זה איזה רגע ההחזקה שאנו יכולים לצפות מהמנוע כאשר הוא אינו מופעל.
כיתת בידוד: דרגה B היא חלק מתקן NEMA ונותן לנו דירוג של 130 מעלות צלזיוס. מנועי צעד אינם יעילים במיוחד, והצריכה המתמדת של זרם מקסימלי פירושה שהם יתחממו מאוד במהלך פעולה רגילה.
אינדיקטורים מפותלים: קוטר תיל 0.644 מ"מ. מספר פניות בקוטר 15.5, חתך רוחב 0.326 מ"מ
גילוי זוג סליל
למרות שההתנגדות של פיתולי הסליל יכולה להשתנות ממנוע למנוע, אם יש לך מולטימטר, אתה יכול למדוד את ההתנגדות בכל שני חוטים, אם ההתנגדות היא <10 אוהם, כנראה מצאת זוג! זהו למעשה שגיאת ניסוי, אך הוא אמור לעבוד עבור רוב המנועים אלא אם כן יש לך מספר / מפרט.
שלב 4: שליטה ישירה במנועי צעד
עקב מיקום החוטים במנוע חד קוטבי, אנו יכולים להפעיל את הסלילים ברצף בעזרת MOSFETs כוח פשוטים בלבד. בתמונה למעלה נראה מעגל פשוט עם טרנזיסטור MOS. הסדר זה מאפשר לך פשוט לשלוט ברמת ההיגיון באמצעות מיקרו-בקר חיצוני. במקרה זה, הדרך הקלה ביותר היא להשתמש בלוח אינטל אדיסון עם לוח תיקון מבוסס סגנון. ארדואינוכדי לקבל גישה נוחה ל- GPIO (עם זאת, כל מיקרו עם ארבעה GPIOs יעשה). MOSFET בעל עוצמה גבוהה NF ערוץ N משמש למעגל זה. ל- IRF510, המסוגל לצרוך עד 5.6 אמפר, יהיה מספיק כוח פנוי כדי לענות על צרכי המנוע במהירות של 2 אמפר. אין צורך בנורות LED, אך הם יתנו לך אישור חזותי טוב על רצף העבודה. חשוב לציין כי IRF510 חייב להיות בעל רמת הגיון של לפחות 5 וולט כדי שיוכל לצרוך מספיק זרם למנוע. הספק המנוע במעגל זה יהיה 3 וולט.
רצף עבודה
שליטה מלאה במנוע חד קוטבי בהגדרה זו היא פשוטה מאוד. על מנת לסובב את המנוע, עלינו להפעיל את השלבים במצב הנתון כך שהוא יסתובב נכון. לסיבוב המנוע עם כיוון השעון, אנו נשלט על השלבים באופן הבא: A1, B1, A2, B2. כדי לסובב נגד כיוון השעון, אנו פשוט משנים את כיוון הרצף ל- B2, A2, B1, A1. זה טוב לבקרה בסיסית, אבל מה אם אתה רוצה יותר דיוק ופחות עבודה? בוא נדבר על שימוש במנהל התקן ייעודי כדי להקל על הדברים!
שלב 5: לוחות נהגי מנוע צעד
אם ברצונך להתחיל לשלוט במנועים דו קוטביים (או מנועים חד קוטביים בתצורה דו קוטבית), עליך לקחת לוח בקרת נהגים מיוחד. בתמונה למעלה נראה הנהג הגדול הקל ובלוח המוביל עבור נהג המנוע צעד A4988. שני הלוחות הללו הם מעגלים מודפסים עבור נהג המנוע צעד Allegro A4988 בעל שני מוטות מיקרוסקופ, שהוא ללא ספק אחד השבבים הנפוצים ביותר לנהיגת מנועי צעד קטנים. בנוסף לבעלות על גשרים ה- H הכפולים הנדרשים לשליטה במנוע דו קוטבי, לוחות אלה מציעים אפשרויות רבות לאריזה זעירה וזולה.
התקנה
ללוחות אוניברסליים אלה יש חיבור נמוך להפליא. אתה יכול להתחיל לשלוט במנוע באמצעות שלושה חיבורים בלבד (שני GPIO בלבד) עם הבקר הראשי שלך: קרקע משותפת, המגרש והכיוון. שלב הצעד והכיוון שלו נשארים צפים, לכן עליכם לאגד אותם למתח ההתייחסות עם נגן עומס. הדופק שנשלח לסיכת ה- STEP יעביר את המנוע שלב אחד ברזולוציה בהתאם לסיכות ההתייחסות של המיקרוסקופ. רמת ההיגיון בפין DIR קובעת אם המנוע יסתובב עם כיוון השעון או נגד כיוון השעון.
מנוע מיקרוספ
תלוי כיצד להתקין את הסיכות M1, M2 ו- M3, אתה יכול להשיג רזולוציית מנוע מוגברת על ידי מיקרו-שליטה. המיקרוסקופ כולל שליחת פולסים שונים למשיכת המנוע בין הרזולוציה האלקטרומגנטית של המגנטים הפיזיים ברוטור, ומספק שליטה מדויקת מאוד. A4988 יכול לעבור מהצעד המלא לרזולוציה של הצעד השש עשרה. עם מנוע 1.8 התואר שלנו זה יספק עד 3200 צעדים למהפכה. דברו על הפרטים הקטנים!
קודים / ספריות
חיבור מנועים יכול להיות קל, אבל מה עם לשלוט בהם? עיין בספריות הקוד המוכנות לבקרת מנוע צעד:
צעד - הקלאסי המובנה ב- IDE של Arduino מאפשר לבצע צעד בסיסי ולשלוט במהירות הסיבוב.
צעד אקסל - ספרייה בהרבה יותר מלאים המאפשרת לשלוט טוב יותר על מספר מנועים ומספק את האצה וההאטה הנכונים של המנוע.
צעד של אינטל C ++ MRAA - ספרייה ברמה נמוכה יותר למי שרוצה להתעמק בניהול מנוע צעד C ++ גלם באמצעות אינטל אדיסון.
ידע זה אמור להספיק כדי להבין כיצד לעבוד עם מנועי צעד בעולם האלקטרומכני, אך זו רק ההתחלה.
