Montagpena.ru

Строительство и Монтаж
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Схемы управления шаговыми двигателями

Схемы управления шаговыми двигателями

Современные шаговые двигатели, гибридые либо ШД на постоянных магнитах, как правило, производятся с двумя обмотками (4 вывода), с двумя обмоткми и центральными отводами (6 либо 5 выводов) и с четырьмя обмотками (8-ми выводные ШД). Биполярные двигатели имеют две обмотки и, соответственно, четыре вывода. Униполярные двигатели также имеют две по обмотки, но у каждой из них есть центральный отвод, что позволяет использовать для управления двигателем простой униполярный драйвер (т. е. переключать направление магнитного поля, создаваемого обмотками двигателя переполюсовкой половин обмоток двигателя). Иногда средние отводы могут быть объединены внутри двигателя, такой двигатель может иметь 6 или 5 выводов. В силу простоты униполярной схемы управления эти двигатели находят широкое применение в самых различнх областях промышленности.

Однако большинство драйверов предназначено для управления биполярными двигателями. При тех же габаритах биполярный шаговый двигатель обеспечивает больший момент по сравнению с униполярным. Поэтому наибольший практический интерес у новичков вызывает именно схема управления биполярным шаговым двигателем.

Постараемся разабраться, каким образом можно подключить 6-ти или 8-ми выводной мотор к биполярной схеме управления и как при этом изменяются электрические характеристики двигателя?

6-ти выводные шаговые двигатели

Для подключения 6-ти выводного шагового двигателя к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из двух способов — униполярное либо биполярное подключение обмоток двигателя.

Униполярное подключение

Если требуется вращать двигатель на средних и высоких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — использовать центральный отвод.

Электрические характеристики двигателя — ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. — в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

Биполярное подключение

Если требуется вращать двигатель на низких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — биполярное.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток — 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — Iуниполяр. 2 * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится Iбиполяр. 2 * 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр. 2 * R = Iбиполяр. 2 * 2* R, откуда

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

Читайте так же:
Определение передаточного числа зубчатой передачи

Итак, характеристики ШД будут такими:

ПараметрЗначение
Iбиполяр.= 0.707 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, ОмRбиполяр. = 2 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГнLбиполяр. = Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×смTбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

8-ми выводные шаговые двигатели

Для подключения 8-ми выводного шагового двигателя (то есть двигателя с четырьмя обмотками) к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из трех способов — униполярное, последовательное либо параллельное подключение обмоток двигателя.

Униполярное подключение шагового двигателя (схема электрическая)

Если требуется вращать двигатель на средних скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — использовать лишь две из четырех обмоток.

Электрические характеристики двигателя — ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. — в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

Биполярное последовательное подключение шагового двигателя (схема электрическая)

Наиболее эффективно для низкоскоростного диапазона рабочих скоростей двигателя.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток — 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — Iуниполяр. 2 * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится Iпослед. 2 * 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр. 2 * R = Iпослед. 2 * 2* R, откуда

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

Итак, характеристики ШД будут такими:

ПараметрЗначение
Iбиполяр.= 0.707 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, ОмRбиполяр. = 2 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГнLбиполяр. = Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×смTбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

Биполярное параллельное подключение шагового двигателя (схема электрическая)

Наиболее эффективно использование параллельного включения обмоток для высоких скоростей.

При таком типе подключения нужно увеличить ток, подаваемый на обмотки двигателя в √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при параллельном включении обмоток требуемый ток — 2.8 А, то есть в 1.4 раза больше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При параллельном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки уменьшаетсяв два раза (0.5 R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — Iуниполяр. 2 * R

При параллельнном включении обмоток потребляемая мощность становится 0.5 * Iбиполяр. 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр. 2 * R = 0.5 * Iбиполяр. 2 * R, откуда Iбиполяр..= Iуниполяр. /√2, т.е.

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением величины тока, пропускаемого через обмотки. Но так как ток увеличился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

Схема управления шагового двигателя

На рис. 4.8В показана схема управления шагового двигателя. Используется однополярный двигатель с шестью выводами. ИС U1 представляет собой управляемый напряжением таймер серии 555, который в режиме генерации выдает прямоугольные тактовые импульсы на вывод 3. ИС U2 типа UCN5804 является контроллером шагового двигателя. Тактовые импульсы, поступающие на вывод 11 ИС UCN5804, поворачивают ротор шагового двигателя, причем каждому импульсу соответствует один шаг поворота. Повышение частоты тактовых импульсов приводит к увеличению скорости вращения шагового двигателя.

Рис. 4.8В. Шаговый двигатель – схема управления

В данной несложной схеме тактовые импульсы производятся таймером серии 555. Такие импульсы можно генерировать с помощью микроконтроллера (см. гл. 6) или светочувствительного нейрона (см. гл. 5). Переключатель SW1 изменяет диапазон тактовых импульсов медленно/быстро. Переключателем SW2 можно изменить направление вращения ротора двигателя.

Шаговые двигатели можно использовать для создания робота-платформы (см. гл. 10).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

4.4.2. Электрическая схема таймера

4.4.2. Электрическая схема таймера При подключении ЭМТ к сети 220 В через ограничительный резистор R1 напряжение поступает на катушку К1 (имеющую сопротивление 3,9 кОм). С помощью системы шестеренок и приложенного к этой катушке напряжения (с помощью электромагнитной индукции)

Выхлоп двигателя дымный. В картер двигателя поступает повышенный объем газов

Выхлоп двигателя дымный. В картер двигателя поступает повышенный объем газов Диагностирование двигателя по цвету дыма из выхлопной трубы Сине-белый дым – неустойчивая работа двигателя. Рабочая фаска клапана подгорела. Оценить состояние газораспределительного

2.6. Схема чувствительного видеоусилителя

2.6. Схема чувствительного видеоусилителя Тем, кто занимается применением схем видеоконтроля на ограниченном участке, будет полезен этот материал. Касаясь возможных вариантов обеспечения охраны в замкнутых помещениях, еще раз хочу отметить, что не всегда рентабельно

Мостовая схема управления двигателем постоянного тока

Мостовая схема управления двигателем постоянного тока При конструировании робота желательно наличие простой схемы управления его включением и выключением. Кроме того, необходима схема реверса направления вращения двигателя. Таким требованиям удовлетворяет мостовая

Конструкция и работа шагового двигателя

Конструкция и работа шагового двигателя Шаговые двигатели сконструированы с использованием постоянных магнитов и электромагнитов. Постоянные магниты находятся на вращающемся валу, который называется ротором. Электромагниты или катушки обмоток находятся в

Начальная схема управления

Начальная схема управления На рис. 10.10 показан первый тестовый вариант схемы управления ШД. Для буферизации выходных сигналов с шин PIC 16F84 использованы шестнадцатеричные буферы типа 4050. Сигнал с выхода каждого буфера подается на транзистор NPN типа. В качестве таких

Электрическая схема

Электрическая схема Электрическая схема представляет собой электронный ключ, управляемый интенсивностью светового потока. Когда уровень средней окружающей освещенности мал (возможна подстройка порогового значения), то схема отключает питание двигателя редуктора.

«Фрегат Экоджет»: новая схема самолета и новая бизнес-схема

«Фрегат Экоджет»: новая схема самолета и новая бизнес-схема Авиасалон МАКС традиционно выступает смотровой площадкой новых идей в самолетостроении. ФПГ «Росавиаконсорциум» по собственной инициативе разрабатывает программу создания широкофюзеляжного

2.3. Структурная схема

2.3. Структурная схема Структурная схема импульсного блока питания персонального компьютера конструктива ATX приведена на рис. 2.1. Рис. 2.1. Структурная схема импульсного блока питания фирмы DTK конструктива ATXВходное переменное напряжение 220 В, 50 Гц поступает на входной

2.4. Принципиальная схема

2.4. Принципиальная схема Полная принципиальная схема бестрансформаторного источника питания с максимальной вторичной мощностью 200 Вт фирмы DTK представлена на рис. 2.2. Рис. 2.2. Принципиальная схема бестрансформаторного источника питания на 200 Вт фирмы DTKВсе элементы на

3.3. Структурная схема

3.3. Структурная схема Структурная схема импульсного блока питания для компьютеров типа AT/XT, содержащая типовой набор функциональных узлов, представлена на рис. 3.1. Модификации блоков питания могут иметь различия только в схемотехнической реализации узлов с сохранением

3.4. Принципиальная схема

3.4. Принципиальная схема Импульсные источники питания данного класса имеют несколько различных модификаций схемотехнической реализации отдельных вспомогательных узлов. Принципиальных различий в их рабочих характеристиках нет, а разнообразие объясняется множеством

Общая схема электрооборудования

Общая схема электрооборудования Электрооборудование автомобилей представляет собой сложную систему соединенных между собой электроприборово сигнализации, зажигания, предохранителей, контрольно – измерительных приборов, соединительных проводов. Рис.

5.5.4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И КОМПЛЕКСЫ ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ

5.5.4. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И КОМПЛЕКСЫ ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ Работы по созданию автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) электроэнергетических объектов были начаты с появлением

2.1. Реактивная система управления корабля Apollo. Общая характеристика системы управления

2.1. Реактивная система управления корабля Apollo. Общая характеристика системы управления Все 3 отсека корабля Apollo – командный отсек, служебный отсек и лунный корабль – имеют самостоятельные реактивные системы управления (рис. 21.1). Рис. 21.1. Корабль Apollo: 1 – лунный корабль; 2 –

Контроллер шагового двигателя схема

За какое-то время у меня скопилось много шаговых двигателей, но все не было времени ими заняться, а ведь шаговый двигатель вещь довольно интересная и полезная. Но у многих радиолюбителей возникают проблемы с запуском таких двигателей, вот я и решил собрать контроллер для проверки наиболее часто распространённых шаговых двигателей.

Блок управления шаговым двигателем

Шаговые двигатели достаточно распространены в устройствах, в которых необходимо добиться точного перемещения механизмов. Существует очень много типов шаговых двигателей, но самыми простыми в плане управления являются 2-х фазные униполярные двигатели. Этот тип двигателей имеет две независимые обмотки с выводами от середины (см. Рис.1). Их устанавливают в такие аппараты, как принтер, копир, дисковод и т.д.

Блок управления шаговым двигателем

Схема управления шаговым двигателем.

На рисунке 2 представлена схема управления шаговым двигателем.

Схема управления шаговым двигателем

Сперва хотел разработать схему на жесткой логике, но когда определился с функциями, которые она должна выполнять, пришло твердое решение использовать для этих целей микроконтроллер. И так, что можно определить с помощью данного блока управления.

  1. Можно определить количество шагов.
  2. Определить один из двух алгоритмов работы двигателя.
  3. Опробовать работу двигателя в полушаговом режиме.
  4. Можно опробовать работу в полношаговом режиме.
    Еще раз повторюсь, что разновидностей шаговых двигателей много и данный контроллер подойдет не для всех.

Программы управления шаговыми двигателями

Программа управления состоит из пяти подпрограмм, которые переключаются кнопкой BS3 – «Выбор программ». Номер выбранной подпрограммы отображается тремя светодиодами в двоичной системе счисления. При первом включении должен загореться светодиод HL1, индицирующий о том, что включена первая подпрограмма работы шагового двигателя в полушаговом режиме. Запуск двигателя осуществляется кнопками «Право» и «Лево». Право – двигатель должен крутиться по часовой стрелке, лево – против часовой, но направление вращения зависит еще и от того, как вы скоммутируете обмотки двигателя.

Возможно, придется экспериментировать. На скриншоте 1 (передняя панель виртуального осциллографа программы Proteus) можно наблюдать импульсную последовательность и коды полушагов работы двигателя. Некоторые из шаговиков по этому алгоритму у меня не работали.

Программы управления шаговыми двигателями

Полношаговый алгоритм работы шагового двигателя

Подпрограмма №2 – светится второй светодиод. В этой подпрограмме двигатель будет работать по полно шаговому алгоритму, показанному на скрине 2.

Полношаговый алгоритм работы шагового двигателя

Подпрограмма №3 – светятся первый и второй светодиоды. В этой подпрограмме двигатель будет работать по полношаговому алгоритму, показанному на скрине 3.

Полношаговый алгоритм работы шагового двигателя

Количество шагов шагового двигателя

Подпрограмма №4 – светится третий светодиод. Данная подпрограмма обеспечивает один шаг двигателя при каждом нажатии на кнопку «Право». Кнопка «Лево» в данном случае не задействована. Короче говоря, нажимая каждый раз на кнопку, можно сосчитать количество шагов за один оборот проверяемого двигателя. Алгоритм работы двигателя в данной подпрограмме соответствует алгоритму на скрине 2.

Подпрограмма №5 – светятся первый и третий светодиоды. В этой подпрограмме творится тоже самое, только алгоритм работы двигателя в данной подпрограмме соответствует алгоритму на скрине 3.

Общий вид платы — на фото.

Количество шагов шагового двигателя

Файл прошивки, схему и рисунок печатной платы можно скачать по ссылке ниже.

Системы и схемы управления шаговыми двигателями без обратной связи

Одной из наиболее важных проблем при использовании ШД является раз­работка систем управления без обратной и с обратной связью по положе­нию ротора. В этой главе рассмотрены системы управления без обратной связи.

5.1. Система управления

Простая система управления для ШД показана на схеме рис. 5.1.

Рис. 5.1. Схема системы управления ШД: 1 — логический блок; 2 — коммутатор; 3 — двигатель; 4 — входной контроллер.

Для удоб­ства объяснения она разделена на две части, ШД в примере четырехфазный на рис. 5.1, а представлена часть системы управления от логического бло­ка до двигателя.

Сигнал управления, приходящий на логический блок, обеспечивает подачу сигнала управления на коммутатор, тем самым способствуя пере­мещению ротора двигателя на один шаг. Направление вращения опреде­ляется логическим состоянием входа, т.е. Н-уровень для вращения по ча­совой стрелке и L-уровень против часовой стрелки. В некоторых случаях применяются логические блоки с не зависящим от направления выход­ным сигналом. Если один инкремент движения осуществляется за один шаг, то на схеме рис. 5.1, а представлена вся система управления. Но если шагов два или больше, то перед логическим блоком необходимо поставить еще одно устройство для создания соответствующей инкре­менту цепочки входных импульсов. Это устройство называется входным контроллером (рис. 5.1, б). В сложных случаях функцию входного конт­роллера выполняют такие электронные устройства, как микропроцессо­ры, которые генерируют цепочки импульсов для ускорения или замедле­ния движения оптимальным образом. В гл. 5 будут рассмотрены элемен­ты логических блоков, а затем устройств коммутаторов и входных конт­роллеров. В заключение приведен пример использования микропроцессо­ра в схеме управления без обратной связи.

5.2. Логические блоки системы управления

Логический блок — это логическая схема, которая управляет последова­тельностью возбуждения обмоток в соответствии с поступлением вход­ных импульсов. Обычно логический блок состоит из регистра сдвига и логических схем (функций) таких, как НЕ-И, НЕ-ИЛИ и т.д. В настоящее время в качестве регистра сдвига применяют универсальные схемы. Одна­ко для конкретных целей можно сконструировать необходимый логи­ческий блок подбором соответствующей интегральной микросхемы, реализующей триггер с логическим входом, срабатывающий по обратно­му фронту сигнала управления (триггеры JK-FF), и логических схем. Базисные функции схем и триггеров приведены на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Логические блоки и их функции

Триггер JK-FF реализует функцию, задаваемую таблицей и выполняемую тогда, когда на вход* поступает сигнал Н. Если на вход* поступает сигнал L, то на выходе О будет сигнал L, а на Q — Н. Поэтому вместо составления логического блока из набора соответствующих интегральных микросхем можно использовать универсальные логические блоки, разработанные для ШД.

Рассмотрим несколько типов логических блоков, состоящих из инте­гральных микросхем с транзисторно-транзисторной логической схемой (TTL), изготовленных по КМОП — технологии.

5.2.1. Двухфазное управление четырехфазным двигателем.

Для случая без указаний направления вращения ротора простой логический блок можно построить с помощью лишь двух триггеров JK-FF, как показано на рис. 5.3.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector