kategorier: Elektriska motorer och deras tillämpning, Mikrokontrollkretsar
Antal visningar: 24464
Kommentarer till artikeln: 0

Arduino och stegmotor: fundament, scheman, anslutning och styrning

 

Stegmotorer används för att kontrollera positionen för något, eller för att rotera arbetsenheten från en given hastighet och vinkel. Sådana funktioner gjorde det möjligt att använda det i robotik, numeriskt styrda maskiner (CNC) och andra automationssystem. I den här artikeln kommer vi att överväga ett antal frågor relaterade till konstruktion av stegmotorer och hur man styr dem med Arduino-mikrostyrenhet.

Arduino och stegmotor

Stegmotor skiljer sig från vanligt

Alla elektriska motorer som används i praktiken fungerar på grund av elektrodynamiska fenomen och processer som uppträder i magnetfält för rotorer och statorer. Som vi redan har nämnt består alla motorer av minst två delar - mobil (rotor) och rörlig (stator). För dess rotation är det nödvändigt att magnetfältet också roterar. Rotorfältet roterar efter statorfältet.

I princip är sådan grundläggande information tillräcklig för att förstå den allmänna bilden av elektromotorns drift. Men i själva verket producerar industrin olika motoralternativbland vilka är:

1. Injektionsmotor för ekorre eller burrotor.

2. Synkronmotor med fältlindningar eller med permanentmagneter.

3. DC-motor.

4. Universell kollektormotor (den fungerar både på likström och växelström, eftersom själva rotorlindningarna är anslutna och kopplade från kontakterna på kraftkällan på grund av utformningen av lameller och ankare).

5. Brushless DC-motorer (BLDC).

6. Servos.

7. Stegmotorer.

De två sista arterna är av särskilt värde på grund av möjligheten att deras till viss del exakta positionering i rymden. Låt oss titta närmare på stegmotorns design.

Stegmotor

definition

En stegmotor kallas en borstlös synkronmotor. Ett visst antal lindningar är belägna på statorn, vars anslutning gör att rotorn roterar en viss vinkel, beroende på antalet steg. Med andra ord, strömmen i statorlindningen får axeln att rotera i en diskret vinkel.

Med en enhetlig och sekventiell förändring i spänningens polaritet över lindningarna och omkopplingen av de aktiverade lindningarna, roterar stegmotorn, liknande en konventionell elektrisk motor, även om faktiskt en regelbunden rotation i en fast vinkel helt enkelt äger rum.

Stegmotornhet

Stegmotorn kallas ibland motorn. med ett begränsat antal rotorpositioner. Det låter inte särskilt tydligt, låt oss räkna ut det. Föreställ dig en konventionell motor - rotorns position är inte fixerad på något sätt, det vill säga den roterar helt enkelt medan strömmen är ansluten, och när den stängs av stannar den efter en tid, beroende på dess tröghet. Rotorns positioner kan vara så många du vill, men de kan skilja sig åt med de minsta grad av fraktioner.

I en stegmotor får anslutning av en lindning eller flera lindningar rotorn att "magnetisera" med avseende på dessa lindningar. Utåt ser det ut som att vrida axeln i en viss vinkel (tonhöjd). Eftersom antalet steg är en av de viktiga egenskaperna för denna typ av elektrisk drivenhet är antalet rotorpositioner lika med antalet steg. Det är svårt för nybörjare att förstå hur detta kan vara och hur det roterar i detta fall - i själva verket är allt ganska enkelt, vi kommer att visa detta i illustrationerna och beskrivningarna nedan.

Arduino och stegmotor

utformning

Spänningslindningarna är fixerade på elmotorns stator. Rotorn är tillverkad av mjuka magnetiska eller hårda magnetiska material. Rotorns material beror på vridmomentet och fixeringen av axeln med avaktiverade lindningar. Dessa parametrar kan vara kritiska.

Stegmotorlindningar

Därför utmärks magnetiska solida rotorer (de är också med permanentmagneter) och magnetiskt mjuka (reaktiva) rotorer, utöver dem finns det hybridrotorer.

Hybridrotorn är gjord tandad, antalet tänder motsvarar antalet steg. Tänderna är belägna längs rotorns axel. Dessutom är en sådan rotor uppdelad i två delar tvärs över. En permanent magnet är installerad mellan dem, så var och en av rotorns halvor är en magnetpol. Det bör också sägas att hälften av rotorn roteras halva tändernas tonhöjd relativt varandra.

Motorrotor

Som redan nämnts är en sådan motor synkron, och processen för dess rotation består i att skapa ett roterande fält hos rotorn, som den magnetiska rotorn söker, och detta realiseras genom att byta lindningarna av styrenheten i tur och ordning.

Typer av stegmotorer för utformning av lindningar är indelade i tre huvudgrupper enligt lindningsanslutningsschemat:

1. Bipolär.

2. Unipolär.

3. Med fyra lindningar.

Typer av stegmotorer

De flesta bipolära elmotorer har fyra kontakter - detta är slutsatser från två lindningar. Inuti motorn är de i stort sett inte anslutna till varandra. Huvudproblemet är att det är nödvändigt att säkerställa omkopplingen av kraftpolariteten, vilket innebär att föraren och själva kontrollprocessen blir mer komplicerade.

Unipolär liknar anslutningen mellan lindningarna i enlighet med stjärnmönstret. Med andra ord har du 5 slutsatser - 4 av dem är ändarna på lindningarna och 1 är kopplingspunkten för alla lindningarna.

För att styra en sådan motor behöver du bara växelvis leverera ström till varje ände av lindningen (eller ett par av dem, beroende på det valda rotationsläget). På detta sätt kommer halva lindningen att drivas varje gång. Det kan fungera i bipolärt läge om du matar hela lindningen helt förbi kranen från mitten.

Motorer med fyra lindningar har fördelen att du kan ansluta lindningarna på vilket sätt som helst som är bekvämt för dig och få både en bipolär och en unipolär motor.



Kontrolllägen

Det finns fyra huvudlägen för stegmotormontroll:

1. Vågkontroll.

2. Fullständigt steg.

3. Halvsteg.

4. Mikrotappning


våg kontroll kallas kontroll av en lindning. dvs samtidigt flyter strömmen genom en av lindningarna, därmed två särdrag: låg energiförbrukning (detta är bra) och lågt vridmoment (detta är dåligt).

I detta fall tar denna motor fyra steg i en varv. Verkliga motorer tar dussintals steg i en varv, detta uppnås genom ett stort antal växlingar av magnetpoler.

Vågkontroll

Fullständig steghantering är den mest använda. Här matas spänningen inte till en lindning, utan till två samtidigt. Om lindningarna är parallella anslutna fördubblas strömmen, och i serie fördubblas matningsspänningen. Å ena sidan, i denna styrmetod, förbrukar motorn mer energi, å andra sidan 100% vridmoment, till skillnad från den föregående.

Fullständig steghantering

Halvstegs kontroll Det är intressant i att det blir möjligt att mer exakt placera motoraxeln, på grund av att halvor läggs till hela steg, detta uppnås genom att kombinera de tidigare två driftsätten, och lindningarna växelvis och sedan slås på par, sedan en i taget.

Det är värt att tänka på att momentet på axeln flyter från 50 till 100%, beroende på om 1 eller 2 två lindningar är involverade för tillfället.

Ännu mer exakt är det mikrosteg. Det liknar det föregående, men skiljer sig genom att kraften till lindningarna inte tillförs i full utsträckning utan gradvis förändras. Således förändras graden av påverkan på rotorn hos var och en av lindningarna och axelns rotationsvinkel i mellansteg varierar smidigt.

Var får man en stegmotor

Var får man en stegmotor

Du kommer alltid att ha tid att köpa en stegmotor, men riktiga radioamatörer, hemmagjorda människor och elektroniska ingenjörer är kända för att de kan göra något användbart ur sopor. Visst har du minst en stegmotor i ditt hem. Låt oss ta reda på var vi ska titta för att hitta en sådan motor.

1. Skrivaren.Stegmotorer kan stå på pappersmatningens axel (men det kan också finnas en likströmsmotor med en förskjutningssensor).

2. Skannrar och MFP: er. Skannrar installerar ofta en stegmotor och en mekanisk del längs vagnens styrningar, dessa delar kan också vara användbara för att utveckla en hemmagjord CNC-maskin.

3. CD- och DVD-enheter. Du kan också få stavar och skruvaxlar för hembakade produkter och olika CNC: er i dem.

Spiralaxel

4. Disketter. Disketterna har också stegmotorer, särskilt diskettfiler i 5,25 ”-format.

Diskett enhet

Stegmotorförare

För att styra stegmotorerna använder du specialiserade drivmikrokretsar. Oftast är detta en H-bro av transistorer. Tack vare denna inkludering blir det möjligt att slå på önskad polaritetsspänning till lindningen. Dessa chips är också lämpliga för styrning av likströmsmotorer med stöd för att ändra rotationsriktningen.

I princip kan mycket små motorer startas direkt från stiften på mikrokontrollern, men vanligtvis ger de upp till 20-40 mA, vilket i de flesta fall inte räcker. Därför är här några exempel på drivrutiner för stegmotorer:


1. Brädor baserade på L293D. Det finns många av dem, en av dem säljs under det inhemska varumärket Amperka under namnet Troyka Stepper, ett exempel på dess användning i ett riktigt projekt visas i videon nedan. Fördelen med detta speciella kort är att det har logikchips som kan minska antalet stift som används för att kontrollera det.

Själva chipet arbetar under en spänning på 4,5-36V och producerar en ström på upp till 600 mA-1A, beroende på IC-fallet.


2. A4988-baserad drivrutin. Den drivs med spänning upp till 35V, tål ström upp till 1A utan kylare och med en kylare upp till 2A. Den kan styra motorn, både i hela steg och i delar - från 1/16 steg till 1 steg, endast 5 alternativ. Innehåller två H-broar. Med hjälp av avstämningsmotståndet (sett på höger foto) kan du ställa in utströmmen.

Stegmotorförare

Stegstorleken ställs in av signalerna vid ingångarna MS1, MS2, MS3.

Stegstorleken ställs in av signalerna vid ingångarna MS1, MS2, MS3

Här är ett diagram över dess anslutning, varje puls vid STEP-ingången ställer in motorn att rotera ett steg eller en mikrostepp.

Kopplingsschema

3. Föraren baserad på ULN2003 arbetar med 5 och 12 V motorer och producerar en ström på upp till 500 mA. På de flesta kort finns det 4 lysdioder som indikerar funktionen för varje kanal.

ULN2003-baserad drivrutin

Även på brädet kan du se terminalblocket för anslutning av motorer, förresten, många av dem säljs med detta kontaktdon. Ett exempel på en sådan motor är en 5V-modell - 28BYJ-48.

Modell - 28BYJ-48

Och det här är inte alla föraralternativ för stegmotorer, det finns faktiskt ännu fler av dem.


Anslutning till Arduino-förare och stegmotor

I de flesta fall måste du använda en mikrokontroller ihopkopplad med en förare för en stegmotor. Låt oss titta på anslutningsdiagrammet och exempel på kod. Överväg en anslutning baserad på den senaste drivrutinen som listas - ULN2003 till Arduino-styrelsen. Och så har den fyra ingångar, de är signerade som IN1, IN2, etc. De måste anslutas till de digitala stiften på arduino-kortet, och motorn ska anslutas till föraren som visas i bilden nedan.

Anslutning till Arduino-förare och stegmotor

Beroende på styrmetod måste du dessutom leverera 1 eller 0 av dessa stift till ingångarna, inklusive 1 eller 2 lindningar i önskad sekvens. Koden för fullstegs kontrollprogram ser ut så här:

int in1 = 2;

int in2 = 3;

int in3 = 4;

int in4 = 5;

const int dl = 5;

ogiltig installation () {

pinMode (in1, OUTPUT);

pinMode (in2, OUTPUT);

pinMode (in3, OUTPUT);

pinMode (in4, OUTPUT);

}

void loop () {

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

fördröjning (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, LOW);

fördröjning (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, HIGH);

fördröjning (dl);

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, HIGH);

fördröjning (dl);

}

 

Det inkluderar lindningar i följande sekvens:

Lindningssekvens

Här är koden för halvstegsläget, som ni ser är det mycket mer omfattande eftersom det innebär ett större antal växlingslindningar.

int in1 = 2;

int in2 = 3;

int in3 = 4;

int in4 = 5;

const int dl = 5;

ogiltig installation () {

pinMode (in1, OUTPUT);

pinMode (in2, OUTPUT);

pinMode (in3, OUTPUT);

pinMode (in4, OUTPUT);

}

void loop () {

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

fördröjning (dl);

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

fördröjning (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, LOW);

fördröjning (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, HIGH);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, LOW);

fördröjning (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, LOW);

fördröjning (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, HIGH);

digitalWrite (in4, HIGH);

fördröjning (dl);

digitalWrite (in1, LOW);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, HIGH);

fördröjning (dl);

digitalWrite (in1, HIGH);

digitalWrite (in2, LOW);

digitalWrite (in3, LOW);

digitalWrite (in4, HIGH);

fördröjning (dl);

}

 

Detta program innehåller lindningar enligt följande:

Lindningssekvens

För att konsolidera den mottagna informationen, se den användbara videon:


slutsats

Stegmotorer är populära bland arduiner tillsammans med servos, eftersom de låter dig skapa robotar och CNC-maskiner. Det sistnämnda stöds av överflödet på sekundärmarknaden av super billiga begagnade optiska enheter.

Se även på elektrohomepro.com:

  • Hur man skiljer en induktionsmotor från en likströmsmotor
  • Stegmotorer
  • Typer av elmotorer och principerna för deras arbete
  • Arduino läs- och kontrollmetoder för I / O-portar
  • Ansluta och programmera Arduino för nybörjare

  •