Când proiectam o altă mașină CNC, ci pur și simplu o mașină de frezat și găurit cu 3 axe pentru plăci de circuite imprimate și lucrări mici de frezare, am avut o dorință neliniștită de a rezolva totul.
Mulți vor spune că subiectul nu este nou, sunt multe proiecte, multe soluții tehnice și software. Dar, înotând în această mare de informații, am încercat să elimin toată „apa” și să obțin un „reziduu uscat”.
Asta a iesit din asta...

Sarcina de a construi o mașină se reduce de obicei la trei sarcini secundare - mecanică, electronică, software. Se pare că vor trebui scrise și trei articole.
Deoarece mai avem o revistă de electronică practică, voi începe cu electronică și puțin de la mecanică!

Unitatea de antrenare

Este necesar să mutați freza propriu-zisă în 3 direcții - XYZ, ceea ce înseamnă că aveți nevoie de 3 unități - 3 motoare cu transferul de rotație a arborelui motorului la mișcarea liniară.
Despre transmisie...
Pentru o mașină de frezat în care există forțe de tăiere laterale asupra materialului, este indicat să nu folosiți transmisii cu curea, care sunt foarte populare în imprimantele 3D. Voi folosi transmisia "șurub-piuliță". Cel mai mic angrenaj este un șurub obișnuit din oțel și o piuliță fără joc, de preferință din bronz. Mai corect - un șurub cu filet trapezoidal și o piuliță caprolon. Cel mai bun (și, din păcate, cel mai scump) șurub cu bile sau șurub cu bile. Voi vorbi mai multe despre asta mai târziu...
Fiecare viteză are propriul coeficient, propriul pas - adică cât de liniar se mișcă freza de-a lungul axei într-o rotație a motorului, de exemplu, cu 4 mm.

motor (motor)

Ca motor pentru unitate, am determinat un motor pas cu pas (SM)
De ce stepper? Despre ce e vorba?
Motoarele sunt AC și DC, colector și fără perii și așa-numitele „stepper”. În orice caz, trebuie să oferim o anumită precizie de poziționare, de exemplu 0,01 mm. Cum să o facă? Dacă motorul are o acționare directă - arborele motorului este conectat direct la șurub, atunci pentru a asigura o astfel de precizie, trebuie să îl întoarceți printr-un anumit unghi. În acest caz, cu un pas de transmisie de 4 mm și precizia de mișcare dorită de 0,01 mm, aceasta este... doar 1/400 de tură, sau 360/400 = 0,9 grade! Prostii, hai să luăm un motor obișnuit...

Cu un motor „normal” fără feedback, nu va funcționa. Fără a intra în detalii, circuitul de control al motorului trebuie să „știe” în ce unghi s-a întors axa. Desigur, puteți pune o cutie de viteze - vom pierde în viteză și tot fără garanție, fără feedback deloc! Un senzor pentru unghiul de virare este amplasat pe osie. Această soluție este fiabilă, dar costisitoare.

O alternativă este un motor pas cu pas (citiți singuri cum funcționează). Putem presupune că pentru o „comandă” își va întoarce axa cu un anumit grad, de obicei 1,8 sau 0,9 grade (precizia nu este de obicei mai slabă de 5%) - exact ceea ce aveți nevoie. Dezavantajul acestei soluții este că, sub sarcină mare, motorul va sări peste comenzi - „pași” și se poate opri complet. Problema este rezolvată prin instalarea unui motor puternic. Majoritatea mașinilor amatoare sunt fabricate pe motoare pas cu pas.

Alegerea unui motor pas cu pas

2 infasurari, cu curent minim, inductanta minima si cuplu maxim - adica cel mai puternic si economic motor.

revendicări contradictorii. Un curent mic înseamnă o rezistență mare, ceea ce înseamnă o mulțime de spire ale firului de înfășurare a motorului, ceea ce înseamnă o inductanță mare. Și un moment mare este un curent mare și o mulțime de întoarceri. Alegem în favoarea mai multor curent și mai puțină inductanță. Și momentul trebuie ales în funcție de sarcină, dar mai multe despre asta mai târziu.

Caracteristicile unor motoare sunt prezentate în tabel:

Pentru o mașină mică cu un spațiu de lucru de 300 × 300x100 mm și un router ușor, motoarele cu un cuplu de 0,3 Nm și mai mare se vor potrivi perfect. Curentul optim este de la 1,5 la 2,5 amperi, FL42STH38-1684 este destul de potrivit

Driver de motor pas cu pas

Există un motor. Acum avem nevoie de un driver - pentru a comuta tensiunea pe înfășurările motorului într-un anumit mod, fără a depăși curentul setat.

Cea mai simplă soluție este o sursă de curent dat și două perechi de comutatoare cu tranzistori pentru fiecare înfășurare. Și patru diode de protecție. Și un circuit logic pentru a schimba direcția. Și... O astfel de soluție se face de obicei pe cipul ULN2003A pentru motoare cu curent scăzut, are multe dezavantaje, nu mă voi opri asupra lor.

Alternativa sunt microcircuite specializate all-in-one - cu logica, tranzistori si diode de protectie in interior (sau in exterior). Mai mult, astfel de microcircuite controlează curentul înfășurărilor și îl reglează folosind PWM și pot implementa, de asemenea, modul „jumătate de pas”, iar unele moduri sunt 1/4 pas și 1/8 pas etc. Aceste moduri vă permit să crește precizia de poziționare, îmbunătățește netezimea mișcării și reduce rezonanța. De obicei, modul „în jumătate de pas” este suficient, ceea ce va crește precizia teoretică a poziționării liniare (în exemplul meu, până la 0,005 mm).

Ce se află în interiorul unui CI driver de motor pas cu pas? Unitate logică și de control, surse de alimentare, PWM cu circuite pentru formarea momentului și a timpului comutării înfășurărilor, comutatoare de ieșire pe tranzistoare cu efect de câmp, comparatoare de feedback - curentul este controlat de căderea de tensiune între rezistențele (Rs) din înfășurare circuitul de alimentare. Curentul motorului este dat de tensiunea de referință.

Pentru a implementa aceste funcții, există și alte soluții de circuit, de exemplu, folosind microcontrolere PIC sau ATMEGA (din nou cu tranzistoare externe și diode de protecție). După părerea mea, nu au un avantaj semnificativ față de microcircuite „gata făcute” și nu le voi folosi în acest proiect.

Bogăție de alegere

Până în prezent, există destul de multe microcircuite diferite și o mulțime de plăci gata făcute și module de driver pentru motorul pas cu pas. Puteți cumpăra gata făcute, sau puteți „reinventa roata”, aici fiecare decide în felul său.

Dintre cele gata făcute, cele mai comune și mai ieftine drivere se bazează pe cipuri Allegro A4988 (până la 2A), Texas Instruments DRV8825 (până la 2,5A).
Deoarece modulele au fost concepute inițial pentru a fi utilizate în imprimante 3D, cum ar fi proiectul Arduino Rep-rap, nu sunt module complete (de exemplu, au nevoie și de putere logică (+5V), care este alimentată de la așa-numita rampă (Ramp ).

Există și soluții bazate pe DRV8811 (până la 1,9 A), A3982 (până la 2 A), A3977 (până la 2,5 A), DRV8818 (până la 2,5 A), DRV8825 (până la 2,5 A), Toshiba TB6560 (până la 2,5 A), la 3 A) și altele.

Deoarece sunt interesat să fac ceva eu ​​însumi, plus că a existat o oportunitate de a „gusta” microcircuitele Allegro A3982 și A3977, am decis să fac eu însumi câțiva șoferi.

Nu ne-au plăcut soluțiile gata făcute bazate pe A4988, în primul rând din cauza miniaturizării dimensiunii PCB-ului în detrimentul unei răciri bune. Rezistența tipică a tranzistoarelor deschise din A4388 la un curent de 1,5 A este de 0,32 + 0,43 ohmi, plus un rezistor de „măsurare” de 0,1-0,22 ohmi - se dovedește aproximativ 0,85 ohmi. Și există două astfel de canale și, deși funcționează în impulsuri, trebuie să se disipeze 2-3 wați de căldură. Ei bine, nu cred într-o placă multistrat și un radiator de răcire minuscul - o placă mult mai mare este desenată în fișa de date.

Firele motorului trebuie scurtate, driverul trebuie instalat lângă motor. Există 2 soluții tehnice în ingineria sunetului: un cablu de semnal lung la amplificator + fire scurte la sistemul de difuzoare, sau un cablu de semnal scurt la amplificator + fire lungi la sistemul de difuzoare. Ambele soluții au avantajele și dezavantajele lor. La fel si cu motoarele. Am ales fire de control lungi și fire scurte la motor.

Semnale de control - „pas” (pas), „direcție” (dir), „activare” (activare), indicarea stării semnalelor de control. Unele circuite nu folosesc semnalul „Activare”, dar acest lucru duce la încălzirea inutilă atât a cipului, cât și a motorului în modul inactiv.

O sursă de alimentare 12-24 volți, alimentare logică (+5V) - pe placă. Dimensiunile plăcii sunt suficiente pentru o răcire bună, imprimare față-verso cu o zonă mare „cupru”, capacitatea de a lipi un radiator pe cip (folosit pentru răcirea memoriei plăcii video).

Driver SD pe cip Allegro A3982

Tensiune de alimentare: 8 ... 35 V Tensiune de alimentare logică: 3,3 ... 5 V Curent de ieșire (maxim, depinde de mod și de răcire): ± 2 A Rezistență tipică a tranzistoarelor deschise (la un curent de 1,5 A): 0,33 + 0,37 ohmi

Driver SD pe cip Allegro A3977

Caracteristici cheie și diagramă bloc:

Tensiune de alimentare: 8 ... 35 V Tensiune de alimentare logică: 3,3 ... 5 V Curent de ieșire (maxim, depinde de mod și de răcire): ± 2,5 A Rezistență tipică a tranzistoarelor deschise (la un curent de 2,5A): 0,33 +0,45 ohmi

Schemă și prototip

Proiectat în mediul DipTrace. Driverul A3982 este inclus conform schemei din documentația producătorului. Jumătate de pas activată. În plus, pentru funcționarea fiabilă a semnalelor de control și indicare, am folosit un cip logic 74HC14 (cu declanșatoare Schmitt). A fost posibil să se facă o izolare galvanică pe optocuple, dar pentru o mașină mică, am decis să nu o fac. Circuitul de pe A3977 diferă doar prin jumperi adiționali în modul pas și un conector de alimentare mai puternic, în timp ce nu este implementat în hardware.

Placă de circuit imprimat

Proces de fabricație - LUT, față-verso. Dimensiuni 37 × 37 mm, elemente de fixare - ca motoarele, 31 × 31 mm.

Pentru comparație - în stânga este munca mea, în dreapta este șoferul de pe A4988.

Articolul oferă diagrame schematice ale opțiunilor pentru un controler de motor pas cu pas simplu și ieftin și software rezident (firmware) pentru acesta.

Descriere generala.

Controlerul motorului pas cu pas se bazează pe controlerul PIC12F629. Acesta este un microcontroler cu 8 pini care costă doar 0,50 USD. În ciuda circuitului simplu și a costului scăzut al componentelor, controlerul oferă o performanță destul de ridicată și o funcționalitate largă.

• Controlerul are opțiuni de circuit pentru controlul motoarelor pas cu pas unipolare și bipolare.
• Oferă reglarea turației motorului pe o gamă largă.
• Are două moduri de control a motorului pas cu pas:
  • pas complet;
  • jumătate de pas.
• Oferă rotație înainte și înapoi.
• Sarcina modurilor, parametrilor, controlul controlerului este efectuată de două butoane și semnal ON (pornire).
• Când alimentarea este oprită, toate modurile și parametrii sunt stocați în memoria nevolatilă a controlerului și nu necesită resetare atunci când este pornit.

Controlerul nu are protecție împotriva scurtcircuitelor înfășurărilor motorului. Dar implementarea acestei funcții complică foarte mult circuitul, iar închiderea înfășurărilor este un caz extrem de rar. Nu am întâlnit asta. În plus, oprirea mecanică a arborelui motorului pas cu pas în timpul rotației nu provoacă curenți periculoși și nu necesită protecția șoferului.

Puteți citi despre modurile și metodele de control al unui motor pas cu pas, despre scafandri.

Schema schematică a unui controler de motor pas cu pas unipolar cu un driver bazat pe tranzistoare bipolare.

Nu este nimic special de explicat în diagramă. Conectat la controlerul PIC:

• butoanele „+” și „–” (prin intrarea analogică a comparatorului);
• semnal ON (pornire motor);
• driver (tranzistoare VT1-Vt4, diode de protecție VD2-VD9).

PIC-ul folosește un generator intern de ceas. Modurile și parametrii sunt stocați în EEPROM-ul intern.

Circuitul de driver bazat pe tranzistoare bipolare KT972 oferă curent de comutare de până la 2 A, tensiune de înfășurare de până la 24 V.

Am lipit controlerul pe o placă de 45 mm x 20 mm.

Dacă curentul de comutare nu depășește 0,5 A, puteți utiliza tranzistoarele din seria BC817 în pachete SOT-23. Dispozitivul se va dovedi a fi destul de miniatural.

Gestionarea software-ului și controlerului.

Software-ul rezident este scris în asamblator cu o resetare ciclică a tuturor registrelor. Programul nu se poate bloca în principiu. Puteți descărca software (firmware) pentru PIC12F629.

Controlul controlerului este destul de simplu.

• Când semnalul „ON” este activ (în scurtcircuitare la sol), motorul se rotește, când este inactiv (de pe sol), este oprit.
• Cu motorul pornit (semnal ON activ), butoanele „+” și „–” modifică viteza de rotație.
  • Fiecare apăsare a butonului „+” crește viteza cu discretitatea minimă.
  • Apăsând butonul „–” - scade viteza.
  • În timp ce țineți apăsat butoanele „+” sau „-”, viteza de rotație crește sau scade ușor, cu 15 valori discrete pe secundă.
• Cu motorul oprit (semnal ON nu este activ).
  • Apăsarea butonului „+” setează modul de rotație înainte.
  • Apăsarea butonului „–” pune controlerul în modul de rotație inversă.
• Pentru a selecta modul - pas complet sau jumătate, este necesar să țineți apăsat butonul „–” atunci când controlerul este alimentat. Modul de control al motorului va fi schimbat cu altul (inversat). Este suficient să țineți apăsat butonul - apăsat timp de 0,5 secunde.

Schema schematică a unui controler unipolar de motor pas cu pas cu un driver MOSFET.

Tranzistoarele MOSFET cu prag scăzut vă permit să creați un driver cu parametri mai mari. Utilizarea tranzistorilor în driverul MOSFET, de exemplu, IRF7341, oferă următoarele avantaje.

• Rezistența tranzistoarelor în stare deschisă nu este mai mare de 0,05 Ohm. Aceasta înseamnă o cădere mică de tensiune (0,1 V la un curent de 2 A), tranzistoarele nu se încălzesc, nu necesită radiatoare de răcire.
• Curentul tranzistorului de până la 4 A.
• Tensiune până la 55 V.
• Un pachet SOIC-8 cu 8 pini conține 2 tranzistori. Acestea. Pentru implementarea driverului sunt necesare 2 pachete miniaturale.

Astfel de parametri nu pot fi atinși pe tranzistoarele bipolare. Cu un curent de comutare mai mare de 1 A, recomand cu tărie opțiunea dispozitivului pe tranzistoarele MOSFET.

Conexiune la controlerul motoarelor pas cu pas unipolare.

În modul unipolar, pot fi operate motoare cu configurații de înfășurare de 5, 6 și 8 fire.

Schema de conexiuni pentru un motor pas cu pas unipolar cu 5 și 6 fire (pini).

Pentru motoarele FL20STH, FL28STH, FL35ST, FL39ST, FL42STH, FL57ST, FL57STH cu configurație de înfășurare cu 6 fire, bornele sunt marcate cu următoarele culori.

Configurația cu 5 fire este o variantă în care firele comune ale înfășurărilor sunt conectate în interiorul motorului. Astfel de motoare există. De exemplu, PM35S-048.

Documentația motorului pas cu pas PM35S-048 în format PDF poate fi descărcată.

Schema de conexiuni pentru un motor pas cu pas unipolar cu 8 fire (ieșiri).

La fel ca și pentru opțiunea anterioară, numai toate conexiunile înfășurării au loc în afara motorului.

Cum să alegi tensiunea pentru un motor pas cu pas.

Conform legii lui Ohm prin rezistența înfășurării și curentul de fază admisibil.

U = Iphase * Rwinding

Rezistența înfășurării la curent continuu poate fi măsurată, iar curentul trebuie căutat în datele de referință.

Subliniez că vorbim de drivere simple care nu oferă o formă complexă de curent și tensiune. Astfel de moduri sunt utilizate la viteze mari de rotație.

Cum se determină înfășurările motoarelor pas cu pas dacă nu există date de referință.

La motoarele unipolare cu 5 și 6 terminale, ieșirea medie poate fi determinată prin măsurarea rezistenței înfășurărilor. Între faze, rezistența va fi de două ori mai mare decât între terminalul din mijloc și fază. Terminalele din mijloc sunt conectate la partea pozitivă a sursei de alimentare.

În plus, oricare dintre ieșirile de fază poate fi atribuită ca fază A. Vor exista 8 opțiuni de comutare a ieșirilor. Le poți rezolva. Dacă luăm în considerare că înfășurarea fazei B are un fir de mijloc diferit, atunci opțiunile devin și mai mici. Înfășurarea fazelor nu duce la defecțiunea șoferului sau a motorului. Motorul zdrăngănește și nu se învârte.

Nu uitați că viteza de rotație prea mare (desincronizată) duce la același efect. Acestea. trebuie să setați viteza de rotație la una în mod deliberat scăzută.

Schema schematică a unui controler de motor pas cu pas bipolar cu un driver integrat L298N.

Modul bipolar oferă două avantaje:

• poate fi folosit un motor cu aproape orice configurație de înfășurare;
• cu aproximativ 40% mai mult cuplu.

Crearea unui circuit de driver bipolar pe elemente discrete este o sarcină ingrată. Este mai ușor să utilizați driverul integrat L298N. Există o descriere în rusă.

Circuitul controlerului cu un driver bipolar L298N arată astfel.

Driverul L298N este inclus ca standard. Această versiune a controlerului oferă curenți de fază de până la 2 A, tensiune de până la 30 V.

Conexiune la controlerul motoarelor pas cu pas bipolare.

În acest mod, poate fi conectat un motor cu orice configurație de înfășurări 4, 6, 8 fire.

Schema de conexiuni pentru un motor pas cu pas bipolar cu 4 fire (ieșiri).

Pentru motoarele FL20STH, FL28STH, FL35ST, FL39ST, FL42STH, FL57ST, FL57STH cu configurație de înfășurare 4 fire, bornele sunt marcate cu următoarele culori.

Schema de conexiuni pentru un motor pas cu pas bipolar cu 6 fire (pini).

Pentru motoarele FL20STH, FL28STH, FL35ST, FL39ST, FL42STH, FL57ST, FL57STH cu această configurație de înfășurare, bornele sunt marcate cu următoarele culori.

Un astfel de circuit necesită o tensiune de alimentare de două ori mai mare decât o conexiune unipolară, deoarece. rezistența înfășurării este dublată. Cel mai probabil, controlerul trebuie conectat la o sursă de 24 V.

Schema de conexiuni pentru un motor pas cu pas bipolar cu 8 fire (ieșiri).

Pot exista două opțiuni:

• cu conexiune serială
• cu conexiune paralelă.

Schema de conectare secvenţială a înfăşurărilor.

Circuitul conectat în serie necesită de două ori tensiunea înfășurărilor. Dar curentul de fază nu crește.

Schema de conectare în paralel a înfășurărilor.

Circuitul cu conexiune paralelă a înfășurărilor dublează curenții de fază. Avantajele acestui circuit includ inductanța scăzută a înfășurărilor de fază. Acest lucru este important la viteze mari de rotație.

Acestea. Alegerea între conexiunea în serie și paralelă a unui motor pas cu pas bipolar cu 8 pini este determinată de următoarele criterii:

• curent maxim al driverului;
• tensiune maximă a driverului;
• viteza de rotatie a motorului.

Software-ul (firmware) pentru PIC12F629 poate fi descărcat.

Pentru funcționarea aproape a tuturor aparatelor electrice, sunt necesare mecanisme speciale de antrenare. Ne propunem să luăm în considerare ce este un motor pas cu pas, designul său, principiul de funcționare și diagramele de conectare.

Ce este un motor pas cu pas?

Un motor pas cu pas este o mașină electrică concepută pentru a transforma energia electrică a rețelei în energie mecanică. Din punct de vedere structural, este format din înfășurări ale statorului și un rotor magnetic moale sau dur. O caracteristică distinctivă a unui motor pas cu pas este rotația discretă, în care un anumit număr de impulsuri corespunde unui anumit număr de pași. Astfel de dispozitive sunt cele mai utilizate pe scară largă în mașinile-unelte CNC, robotică, stocarea informațiilor și dispozitivele de citire.

Spre deosebire de alte tipuri de mașini, un motor pas cu pas nu se rotește continuu, ci în trepte, din care provine și numele dispozitivului. Fiecare astfel de pas este doar o parte din cifra sa de afaceri totală. Numărul de pași necesari pentru o rotație completă a arborelui va diferi în funcție de schema de conectare, marca motorului și metoda de control.

Avantajele și dezavantajele unui motor pas cu pas

Beneficiile folosirii unui motor pas cu pas includ:

• La motoarele pas cu pas, unghiul de rotație corespunde numărului de semnale electrice aplicate, în timp ce, după oprirea rotației, se menține cuplul complet și fixarea;
• Pozitionare precisa - asigura 3 - 5% din pasul stabilit, care nu se acumuleaza de la pas la pas;
• Oferă pornire, marșarier, oprire de mare viteză;
• Se distinge prin fiabilitate ridicată datorită absenței componentelor de frecare pentru colectarea curentului, spre deosebire de motoarele de colector;
• Motorul pas cu pas nu necesită feedback pentru poziționare;
• Poate furniza turații scăzute pentru sarcina aplicată direct, fără nicio treaptă de viteză;
• Cost relativ mai mic comparativ cu același;
• O gamă largă de control al vitezei arborelui este asigurată prin modificarea frecvenței impulsurilor electrice.

Dezavantajele utilizării unui motor pas cu pas includ:

• Poate apărea un efect de rezonanță și alunecare a unității pas cu pas;
• Există posibilitatea de a pierde controlul din cauza lipsei de feedback;
• Cantitatea de energie electrică consumată nu depinde de prezența sau absența unei sarcini;
• Dificultăți de control din cauza particularității circuitului

Dispozitiv și principiu de funcționare

Orez. 1. Principiul de funcționare al motorului pas cu pas

Figura 1 prezintă 4 înfășurări care aparțin statorului motorului, iar aranjamentul lor este aranjat astfel încât să fie la un unghi de 90º unul față de celălalt. Din care rezultă că o astfel de mașină se caracterizează printr-o dimensiune a pasului de 90º.

În momentul în care tensiunea U1 este aplicată la prima înfășurare, rotorul se mișcă cu aceeași 90º. În cazul aplicării alternativ a tensiunii U2, U3, U4 înfășurărilor corespunzătoare, arborele va continua să se rotească până la completarea unui cerc complet. Apoi ciclul se repetă din nou. Pentru a schimba sensul de rotație, este suficient să schimbați ordinea în care impulsurile sunt furnizate înfășurărilor corespunzătoare.

Tipuri de motoare pas cu pas

Pentru a asigura diverși parametri de funcționare, sunt importante atât dimensiunea treptei cu care se va deplasa arborele, cât și momentul aplicat pentru deplasare. Variațiile acestor parametri sunt obținute datorită designului rotorului în sine, metodei de conectare și proiectării înfășurărilor.

Conform designului rotorului

Elementul rotativ asigură interacțiunea magnetică cu câmpul electromagnetic al statorului. Prin urmare, designul și caracteristicile sale tehnice determină în mod direct modul de funcționare și parametrii de rotație ai unității în trepte. Pentru a determina tipul de motor pas cu pas în practică, cu o rețea dezactivată, este necesar să rotiți arborele, dacă simțiți rezistență, atunci aceasta indică prezența unui magnet, în caz contrar, acesta este un design fără rezistență magnetică. .

Reactiv

Un motor pas cu pas reactiv nu este echipat cu un magnet pe rotor, ci este fabricat din aliaje magnetice moi, de regulă, este asamblat din plăci pentru a reduce pierderile prin inducție. Designul în secțiune transversală seamănă cu o roată dințată cu dinți. Polii înfășurărilor statorului sunt alimentați de perechi opuse și creează o forță magnetică pentru a deplasa rotorul, care se deplasează din fluxul alternativ de curent electric în perechile de înfășurare.

Un avantaj semnificativ al acestui design al acționării pas cu pas este absența unui moment de blocare generat de câmp în raport cu armătura. De fapt, acesta este același în care rotația rotorului merge în conformitate cu câmpul statorului. Dezavantajul este reducerea cantității de cuplu. Pasul pentru un motor cu reacție variază de la 5 la 15 °.

Cu magneți permanenți

În acest caz, elementul mobil al motorului pas cu pas este asamblat dintr-un magnet permanent, care poate avea doi sau mai mulți poli. Rotația rotorului este asigurată de atracția sau respingerea polilor magnetici de către câmpul electric atunci când se aplică tensiune în înfășurările corespunzătoare. Pentru acest design, pasul unghiular este de 45-90°.

hibrid

A fost conceput pentru a combina cele mai bune calități ale celor două modele anterioare, datorită cărora unitatea are un unghi și un pas mai mic. Rotorul său este realizat sub forma unui magnet permanent cilindric, care este magnetizat de-a lungul axei longitudinale. Din punct de vedere structural, arată ca doi poli rotunzi, pe suprafața cărora se află dinți rotori din material magnetic moale. Această soluție a făcut posibilă asigurarea de menținere și cuplu excelentă.

Avantajele unui motor pas cu pas hibrid sunt precizia sa ridicată, netezimea și viteza de mișcare, în pași mici - de la 0,9 la 5 °. Sunt folosite pentru mașini CNC de ultimă generație, echipamente de computer și de birou și robotică modernă. Singurul dezavantaj este costul relativ ridicat.

De exemplu, să analizăm motorul pas cu pas hibrid pentru 200 de pași de poziționare a arborelui. În consecință, fiecare dintre cilindri va avea 50 de dinți, unul dintre ei este un pol pozitiv, al doilea este negativ. În acest caz, fiecare dinte pozitiv este situat vizavi de canelura din cilindrul negativ și invers. Din punct de vedere structural, arată astfel:

Din acest motiv, pe arborele motorului pas cu pas se obțin 100 de poli alternanți cu polaritate excelentă. Statorul are și dinți așa cum se arată în Figura 6 de mai jos, cu excepția golurilor dintre componentele sale.

Orez. 6. Principiul de funcționare al motorului pas cu pas hibrid

Datorită acestui design, este posibil să se realizeze o deplasare a aceluiași pol sud față de stator în 50 de poziții diferite. Datorită diferenței de poziție în semipoziția dintre polii nord și sud, se realizează posibilitatea deplasării în 100 de poziții, iar schimbarea de fază cu un sfert de diviziune face posibilă dublarea numărului de pași datorită excitației secvențiale , adică până la 200 de trepte ale arborelui unghiular la 1 rotație.

Fiți atenți la figura 6, principiul de funcționare a unui astfel de motor pas cu pas este că, atunci când curentul este furnizat în perechi la înfășurările opuse, polii opuși ai rotorului situat în spatele dinților statorului sunt trași în sus și cei cu același nume care intră în în fața lor în sensul de rotație sunt respinse.

După tipul de înfăşurări

În practică, un motor pas cu pas este un motor polifazat. Netezimea muncii în care depinde direct de numărul de înfășurări - cu cât sunt mai multe, cu atât se produce rotația mai lină, dar și costul mai mare. În acest caz, cuplul nu crește de la numărul de faze, deși pentru funcționarea normală numărul lor minim pe statorul motorului trebuie să fie de cel puțin două. Numărul de faze nu determină numărul de înfășurări, astfel încât un motor pas cu două faze poate avea patru sau mai multe înfășurări.

Unipolar

Un motor pas cu pas unipolar este diferit prin faptul că circuitul de conexiune a înfășurării are o ramură de la punctul mediu. Acest lucru facilitează schimbarea polilor magnetici. Dezavantajul acestui design este utilizarea doar a unei jumătăți din turațiile disponibile, datorită căreia se obține un cuplu mai mic. Prin urmare, au dimensiuni mari.

Pentru a utiliza întreaga putere a bobinei, terminalul din mijloc este lăsat neconectat. Luați în considerare designul unităților unipolare, acestea pot conține 5 și 6 pini. Numărul lor va depinde dacă firul din mijloc este scos separat de fiecare înfășurare a motorului sau dacă sunt conectați împreună.

Bipolar

Motorul pas cu pas bipolar este conectat la controler prin 4 pini. În acest caz, înfășurările pot fi conectate intern atât în ​​serie, cât și în paralel. Luați în considerare un exemplu al lucrării sale din figură.

În diagrama structurală a unui astfel de motor, vedeți cu o înfășurare de excitație în fiecare fază. Din această cauză, schimbarea direcției curentului necesită utilizarea unor drivere speciale în circuitul electronic (cipuri electronice concepute pentru a controla). Un efect similar poate fi obținut prin pornirea podului H. Comparativ cu cel precedent, dispozitivul bipolar oferă același cuplu într-un pachet mult mai mic.

Conectarea unui motor pas cu pas

Pentru a alimenta înfășurările, veți avea nevoie de un dispozitiv capabil să livreze un impuls de control sau o serie de impulsuri într-o anumită secvență. Astfel de blocuri sunt dispozitive semiconductoare pentru conectarea unui motor pas cu pas, drivere de microprocesor. În care există un set de terminale de ieșire, fiecare dintre ele determină metoda de alimentare și modul de funcționare.

În funcție de schema de conectare, trebuie utilizată una sau alta ieșire a unității pas cu pas. Cu diverse opțiuni de însumare a anumitor terminale la semnalul de ieșire DC, se obține o anumită viteză de rotație, pas sau micropas de mișcare liniară în plan. Deoarece unele sarcini necesită o frecvență joasă, în timp ce altele au nevoie de o frecvență înaltă, același motor poate seta parametrul în detrimentul șoferului.

Scheme tipice de conectare a motoarelor pas cu pas

În funcție de câți pini sunt prezentați pe un anumit motor pas cu pas: 4, 6 sau 8 pini, și posibilitatea de a utiliza una sau alta schemă de conectare va diferi. Uitați-vă la imagini, aici sunt opțiuni tipice pentru conectarea unui mecanism pas cu pas:

Scheme de cablare pentru diferite tipuri de motoare pas cu pas

Cu condiția ca polii principali ai mașinii pas cu pas să fie alimentați de la același driver, conform acestor scheme, pot fi remarcate următoarele caracteristici distinctive ale lucrării:

• Ieșirile sunt conectate în mod unic la bornele corespunzătoare ale dispozitivului. Când înfășurările sunt conectate în serie, crește inductanța înfășurărilor, dar reduce curentul.
• Oferă valoarea pașaportului a caracteristicilor electrice. Într-un circuit paralel, curentul crește și inductanța scade.
• Când este conectat într-o fază pe înfășurare, cuplul la viteze mici scade și magnitudinea curenților scade.
• Când este conectat, efectuează toate caracteristicile electrice și dinamice conform pașaportului, curenții nominali. Schema de control este mult simplificată.
• Oferă mult mai mult cuplu și este utilizat pentru viteze mari;
• La fel ca și precedentul, este conceput pentru a crește cuplul, dar este folosit pentru turații mici.

Controlul motorului pas cu pas

Funcționarea unei unități de trepte poate fi efectuată în mai multe moduri. Fiecare dintre acestea diferă prin modul în care semnalele sunt aplicate perechilor de poli. În total, se distinge o rază de tragere a metodei de activare a înfășurării.

Val- în acest mod, este excitată o singură înfășurare, spre care sunt atrași polii rotorului. În același timp, motorul pas cu pas nu este capabil să tragă o sarcină mare, deoarece produce doar jumătate din cuplu.

pas complet- în acest mod, are loc comutarea simultană a fazelor, adică ambele sunt excitate simultan. Din aceasta cauza se asigura cuplul maxim, in cazul unei conexiuni in paralel sau in serie a infasurarilor se va crea tensiunea sau curentul maxim.

jumătate de pas- este o combinație a celor două metode anterioare de comutare a înfășurărilor. În timpul implementării căreia, într-un motor pas cu pas, tensiunea este aplicată alternativ mai întâi la o bobină și apoi la două deodată. Acest lucru asigură o fixare mai bună la viteze maxime și mai multe trepte.

Pentru un control mai blând și depășirea inerției rotorului, se utilizează controlul micropas, atunci când sinusoidul semnalului este realizat prin impulsuri micropas. Datorită faptului că forțele de interacțiune a circuitelor magnetice într-un motor pas cu pas se schimbă mai lină și, ca urmare, mișcarea rotorului între poli. Vă permite să reduceți semnificativ smuciturile motorului pas cu pas.

Fără controler

Sistemul H-bridge este utilizat pentru a controla motoarele fără perii. Ceea ce vă permite să comutați polaritatea pentru a inversa motorul pas cu pas. Poate fi realizat pe tranzistoare sau microcircuite care creează un lanț logic pentru mutarea tastelor.

După cum puteți vedea, de la sursa de alimentare V, se aplică tensiune pe punte. Când contactele S1 - S4 sau S3 - S2 sunt conectate în perechi, curentul va curge prin înfășurările motorului. Ceea ce va provoca rotația într-un sens sau altul.

cu controler

Dispozitivul controler vă permite să controlați motorul pas cu pas în diferite moduri. Controlerul se bazează pe o unitate electronică care formează grupuri de semnale și secvența acestora trimisă la bobinele statorului. Pentru a preveni posibilitatea deteriorării în cazul unui scurtcircuit sau a unei alte situații de urgență asupra motorului în sine, fiecare ieșire este protejată de o diodă care nu pierde pulsul în sens opus.

Conexiune prin controler unipolar de motor pas cu pas

Scheme populare de control al motoarelor pas cu pas

Circuit de comandă de la un controler cu o ieșire diferențială

Este una dintre cele mai rezistente la zgomot moduri de lucru. În acest caz, semnalul direct și invers este conectat direct la polii corespunzători. Într-un astfel de circuit, trebuie aplicată ecranarea conductorului de semnal. Excelent pentru sarcini de putere redusă.

Circuit de control de la un controler cu o ieșire de colector deschis

În acest circuit, intrările pozitive ale controlerului sunt combinate, care sunt conectate la polul pozitiv. În cazul sursei de alimentare de peste 9V, un rezistor special trebuie inclus în circuit pentru a limita curentul. Vă permite să setați numărul necesar de pași cu o viteză strict setată, să determinați accelerația etc.

Cel mai simplu driver de motor pas cu pas

Pentru a asambla un circuit de driver acasă, unele articole de la imprimante vechi, computere și alte echipamente pot fi utile. Veți avea nevoie de tranzistori, diode, rezistențe (R) și un circuit integrat (RG).

Pentru a construi un program, ghidați-vă după următorul principiu: atunci când o unitate logică este aplicată la una dintre ieșirile D (semnalul de rest zero), tranzistorul se deschide și semnalul trece la bobina motorului. Astfel, un pas este finalizat.

Pe baza circuitului, este compilată o placă de circuit imprimat, pe care o puteți încerca să o faceți singur sau să o faceți la comandă. După aceea, piesele corespunzătoare sunt lipite pe placă. Dispozitivul este capabil să controleze stepper-ul de la un computer de acasă conectându-se la un port USB obișnuit.

Video util

Partea 2. Circuitul sistemelor de control

Cele mai importante probleme generale ale utilizării motoarelor pas cu pas au fost discutate mai sus, ceea ce va ajuta la dezvoltarea lor. Dar, așa cum spune proverbul nostru preferat ucrainean: „Nu voi crede până când verific” („Nu voi crede până când verific”). Prin urmare, să trecem la partea practică a problemei. După cum sa menționat deja, motoarele pas cu pas nu sunt o plăcere ieftină. Dar sunt disponibile în imprimante vechi, cititoare de dischete și laser, de exemplu, SPM-20 (motor pas cu pas pentru poziționarea capului în unitățile de discuri Mitsumi 5 "25) sau EM-483 (de la imprimanta Epson Stylus C86), care pot fi găsite. în vechiul dvs. gunoi sau cumpărați pentru un ban de la bazarul radio. Exemple de astfel de motoare sunt prezentate în Figura 8.

Cele mai simple pentru dezvoltarea inițială sunt motoarele unipolare. Motivul constă în simplitatea și ieftinitatea driverului lor de control al înfășurării. Figura 9 prezintă o diagramă practică a driverului utilizat de autorul articolului pentru un motor pas cu pas unipolar din seria P542-M48.

Desigur, alegerea tipului de tranzistor pentru cheile de control al înfășurării ar trebui să țină cont de curentul maxim de comutare, iar conexiunea acestuia ar trebui să țină cont de necesitatea încărcării/descărcării capacității porții. În unele cazuri, o conexiune directă a MOSFET la comutatorul IC poate fi invalidă. De regulă, în porți sunt instalate rezistențe conectate în serie de valori mici. Dar, în unele cazuri, este, de asemenea, necesar să se asigure un driver adecvat pentru controlul tastelor, care va asigura încărcarea/descărcarea capacității lor de intrare. În unele soluții, se propune utilizarea tranzistoarelor bipolare ca chei. Acest lucru este potrivit doar pentru motoare foarte mici cu curent de înfășurare scăzut. Pentru motorul considerat cu curentul de funcționare al înfășurărilor I = 230 mA, curentul de control pe baza cheii trebuie să fie de cel puțin 15 mA (deși pentru funcționarea normală a cheii este necesar ca curentul de bază să fie egal cu 1/10 din curentul de lucru, adică 23 mA). Dar este imposibil să luați un astfel de curent de la microcircuitele din seria 74HCxx, așa că vor fi necesare drivere suplimentare. Ca un bun compromis, puteți folosi IGBT-uri, care combină avantajele tranzistoarelor cu efect de câmp și bipolare.

Din punctul de vedere al autorului articolului, cea mai optimă modalitate de a controla comutarea înfășurărilor motorului de putere mică este utilizarea unui MOSFET cu canal deschis R DC (ON) care este potrivit pentru curent și rezistență, dar ținând cont de recomandările descrise mai sus. Puterea disipată pe cheile pentru motorul din seria P542-M48 selectat ca exemplu, cu rotorul complet oprit, nu va depăși

P VT \u003d R DC (ON) × I 2 \u003d 0,25 × (0,230) 2 \u003d 13,2 mW.

Un alt punct important este alegerea corectă a așa-numitelor diode amortizoare care manevrează înfășurarea motorului (VD1…VD4 în Figura 9). Scopul acestor diode este de a stinge EMF de auto-inducție care apare atunci când tastele de control sunt oprite. Dacă diodele sunt alese incorect, atunci defectarea comutatoarelor tranzistorului și a dispozitivului în ansamblu este inevitabil. Rețineți că MOSFET-urile de mare putere au de obicei aceste diode deja încorporate.

Modul de control al motorului este setat de comutator. După cum sa menționat mai sus, cel mai convenabil și eficient este controlul suprapunerii de fază (Figura 4b). Acest mod este ușor de implementat folosind declanșatoare. O diagramă practică a unui comutator universal, care a fost folosită de autorul articolului atât într-un număr de module de depanare (inclusiv cele cu driverul de mai sus), cât și pentru aplicații practice, este prezentată în Figura 10.

Circuitul din figura 10 este potrivit pentru toate tipurile de motoare (unipolare și bipolare). Viteza motorului este setată de un generator extern de ceas (orice ciclu de lucru), semnalul de la care este alimentat la intrarea „STEPS”, iar sensul de rotație este setat prin intrarea „DIRECTION”. Ambele semnale sunt niveluri logice și dacă sunt folosite ieșiri open-collector pentru a le genera, sunt necesare rezistențe de pull-up corespunzătoare (nu sunt prezentate în Figura 10). Diagrama de sincronizare a comutatorului este prezentată în Figura 11.

Vreau să atrag atenția cititorilor: pe internet ați putea întâlni un circuit asemănător, realizat nu pe flip-flops D, ci pe JK-flip-flops. Atenție! Într-un număr dintre aceste scheme, a fost făcută o eroare la conectarea IC. Dacă nu este nevoie de inversare, atunci circuitul comutatorului poate fi mult simplificat (vezi Figura 12), în timp ce viteza rămâne neschimbată, iar diagrama de control va fi similară cu cea prezentată în Figura 11 (oscilograme înainte de schimbarea ordinii fazelor).

Deoarece nu există cerințe speciale pentru semnalul „STEPS”, orice generator potrivit în ceea ce privește nivelurile semnalului de ieșire poate fi folosit pentru a-l forma. Pentru modulele sale de depanare, autorul a folosit un generator bazat pe IC (Figura 13).

Pentru a alimenta motorul în sine, puteți utiliza circuitul prezentat în Figura 14 și puteți alimenta comutatorul și circuitul generatorului fie de la o sursă de alimentare separată de +5 V, fie printr-un stabilizator suplimentar de putere redusă. Împământările părților de putere și semnal trebuie separate în orice caz.

Circuitul din Figura 14 oferă două tensiuni stabile pentru alimentarea înfășurărilor motorului: 12V în modul de funcționare și 6V în modul de reținere. (Formulele necesare pentru a calcula tensiunea de ieșire sunt date în). Modul de funcționare este activat prin aplicarea unui nivel logic ridicat la contactul „FRÂNĂ” al conectorului X1. Admisibilitatea reducerii tensiunii de alimentare este determinată de faptul că, așa cum sa menționat deja în prima parte a articolului, momentul de ținere a motoarelor pas cu pas depășește momentul de rotație. Deci, pentru motorul P542-M48 în cauză, cuplul de menținere cu o cutie de viteze 25:6 este de 19,8 Ncm, iar cuplul este de doar 6 Ncm. Această abordare vă permite să reduceți consumul de energie de la 5,52 W la 1,38 W atunci când motorul este oprit! Oprirea completă a motorului se realizează prin aplicarea unui nivel logic ridicat la contactul „ON / OFF” al conectorului X1.

Dacă circuitul de control are o ieșire pe tranzistoare cu un colector deschis, atunci nu este nevoie de comutatoare VT1, VT2, iar ieșirile pot fi conectate direct în locul comutatoarelor menționate.

Notă: În acest exemplu de realizare, utilizarea rezistențelor de tragere este inacceptabilă!

Autorul a folosit o bobină SDR1006-331K (Bourns) ca sufocare. Alimentarea totală a driverului de tensiune pentru înfășurările motorului poate fi redusă la 16 - 18 V, ceea ce nu va afecta funcționarea acestuia. Încă o dată, vă atrag atenția: atunci când faceți calcule independente, nu uitați să țineți cont de faptul că modelul oferă un mod cu suprapunere de fază, adică este necesar să țineți cont de curentul nominal al circuitului de putere, care este egal cu dublul curentului maxim al înfășurărilor la tensiunea de alimentare selectată.

Sarcina de a controla motoare bipolare este mai complexă. Problema principală este în șofer. Aceste motoare necesită un șofer de tip punte, iar realizarea lui, mai ales în condiții moderne, pe elemente discrete este o sarcină ingrată. Da, acest lucru nu este necesar, deoarece există o selecție foarte mare de circuite integrate specializate. Toate aceste circuite integrate pot fi reduse condiționat la două tipuri. Primul este L293D IC, care este foarte popular printre iubitorii de robotică, sau variantele sale de la. Sunt relativ ieftine și sunt potrivite pentru controlul motoarelor mici cu curenți de înfășurare de până la 600 mA. Circuitele integrate au protecție împotriva supraîncălzirii; trebuie instalat cu un radiator, care este folie de circuit imprimat. Al doilea tip este deja familiar cititorilor din publicația din LMD18245 IC.

Autorul a folosit driverul L293DD într-un circuit pentru a conduce un motor bipolar de putere mică tip 20M020D2B 12V/0.1A în timp ce a studiat problema utilizării motoarelor pas cu pas. Acest driver este convenabil prin faptul că conține patru comutatoare cu jumătate de punte, deci este necesar un singur IC pentru a conduce un motor pas cu pas bipolar. Circuitul complet prezentat și repetat de multe ori pe site-urile de internet este potrivit pentru utilizare ca placă de testare. Figura 15 arată includerea circuitului integrat al driverului (cu referire la comutatorul din Figura 10), deoarece aceasta este partea care ne interesează acum, iar Figura 6 (Controlul motorului pas cu pas bipolar) din specificație nu este complet clară. utilizatorului începător. Este înșelător, de exemplu, arătând diode externe care sunt de fapt încorporate în IC și fac o treabă grozavă cu înfășurările motoarelor de putere redusă. Desigur, driverul L293D poate funcționa cu orice comutator. Driverul este oprit de un zero logic la intrarea R.

Notă: Circuitele integrate L293, în funcție de producător și sufixele care indică tipul carcasei, au diferențe în numerotarea și numărul de pini!

Spre deosebire de L293DD, LMD18245 nu este un driver cu patru canale, ci un driver cu două canale, astfel încât sunt necesare două CI pentru a implementa circuitul de control. Driverul LMD18245 este realizat folosind tehnologia DMOS, conține circuite de protecție împotriva supraîncălzirii, scurtcircuitelor și este realizat într-un pachet convenabil TO-220 cu 15 pini, ceea ce facilitează eliminarea excesului de căldură din pachetul său. Circuitul prezentat mai devreme în Figura 13 a fost folosit ca oscilator principal, dar rezistența rezistenței R2 a crescut la 4,7 kOhm. Pentru a furniza impulsuri individuale, se folosește butonul BH1, care vă permite să mutați rotorul motorului cu un pas. Sensul de rotație al rotorului este determinat de poziția comutatorului S1. Motorul este pornit și oprit de comutatorul S2. În poziția „OPRIT”, rotorul motorului este eliberat, iar rotirea lui prin impulsuri de control devine imposibilă. Modul hold reduce curentul maxim absorbit de înfășurările motorului de la doi la un amperi. Dacă nu sunt aplicate impulsuri de control, atunci rotorul motorului rămâne într-o poziție fixă ​​cu un consum de putere redus la jumătate. Dacă se aplică impulsurile, atunci rotația motorului în acest mod se efectuează cu un cuplu redus la turații mici. Trebuie remarcat faptul că, deoarece cu control în pas complet " pornire în două faze» ambele înfășurări sunt pornite, curentul motorului este dublat, iar circuitul de comandă trebuie calculat pe baza cerințelor pentru furnizarea unui curent dat de două înfășurări (rezistoare R3, R8).

Circuitul conține driverul bidirecțional cu două faze descris anterior pe D-flip-flops (Figura 10). Curentul maxim al driverului este stabilit de un rezistor inclus în circuitul LMD18245 IC pin 13 (rezistoare R3, R8) și un cod binar pe pinii circuitului de control al curentului (pini 8, 7, 6, 4). Formula pentru calcularea curentului maxim este dată în specificația pentru driver. Curentul este limitat prin metoda pulsului. Când este atinsă valoarea maximă a curentului specificat, acesta este „tocat” („tocare”). Parametrii acestei „slicing” sunt stabiliți de un circuit RC paralel conectat la pinul 3 al driverului. Avantajul IC LMD18245 este că rezistența de setare a curentului, care nu este inclusă direct în circuitul motorului, are un rating destul de mare și o putere redusă de disipare. Pentru circuitul luat în considerare, curentul maxim în amperi, conform formulei date, este:

V DAC REF - tensiunea de referință a DAC (în circuitul considerat 5 V);
D - biți implicați ai DAC (în acest mod sunt utilizați toți cei 16 biți);
R S este rezistența rezistorului de limitare a curentului (R3 = R8 = 10 kOhm).

În consecință, în modul hold (deoarece sunt utilizați 8 biți DAC), curentul maxim va fi de 1 A.

După cum puteți vedea din articolul propus, deși motoarele pas cu pas sunt mai greu de controlat decât motoarele colectoare, dar nu atât de mult încât să le refuze. După cum spuneau vechii romani: „Cine umblă va stăpâni drumul”. Desigur, în practică, pentru multe aplicații, este recomandabil să controlezi motoarele pas cu pas pe baza de microcontrolere, care pot genera cu ușurință comenzile necesare pentru șoferi și acționează ca întrerupătoare. Informații suplimentare și o analiză mai detaliată a problemelor asociate cu utilizarea motoarelor pas cu pas, cu excepția legăturilor menționate mai sus [ , , ], pot fi adunate din monografia lui Kenyo Takashi, care a devenit deja un clasic, și pe internetul specializat. site-uri, de exemplu,.

Mai este un punct asupra căruia autorul articolului ar dori să atragă atenția cititorilor. Motoarele pas cu pas, ca toate motoarele de curent continuu, sunt reversibile. Ce înseamnă? Dacă aplicați o forță de rotație externă rotorului, atunci EMF poate fi îndepărtat din înfășurările statorului, adică motorul devine un generator și este foarte, foarte eficient. Autorul articolului a experimentat această utilizare a motoarelor pas cu pas în timp ce lucra ca consultant în electronică de putere pentru o companie de energie eoliană. A fost necesar să se elaboreze o serie de soluții practice pe machete simple. Conform observației autorului articolului, eficiența unui motor pas cu pas într-o astfel de aplicație a fost mai mare decât cea a unui motor de colector de curent continuu similar ca parametri și dimensiuni. Dar asta este o altă poveste.

Rentyuk Vladimir «Controlați motoarele pas cu pas în ambele direcții» EDN 18 martie 2010

Kenyo Takashi. Motoarele pas cu pas și sistemele lor de control cu ​​microprocesor: Per. din engleză, M.: Energoatomizdat, 1987 - 199 p.

07-05-2009

Instrumente:

• pistol de lipit
• tăietori de sârmă
• Foarfece
• Accesorii de lipit
• Colorant

Pentru controler:

• 1 conector DB-25 - fir
• 1 priză cilindrică pentru alimentare DC Pentru stand de testare
• 1 tija filetata
• 1 piuliță potrivită pentru tijă - diverse șaibe și șuruburi - bucăți de lemn

Pentru computerul de control:

• 1 computer vechi (sau laptop)
• 1 copie a TurboCNC (de aici)

Pasul 2

Luăm piese din vechiul scaner. Pentru a vă construi propriul controler CNC, mai întâi trebuie să îndepărtați motorul pas cu pas și placa de control din scaner. Nu sunt afișate fotografii aici, deoarece fiecare scaner arată diferit, dar de obicei trebuie doar să îndepărtați sticla și să îndepărtați câteva șuruburi. Pe lângă motor și placă, puteți lăsa și tije metalice care vor fi necesare pentru a testa motorul pas cu pas.

Pasul 3

Scoatem cipul de pe placa de control Acum trebuie să găsiți cipul ULN2003 pe placa de control a motorului pas cu pas. Dacă nu îl găsiți pe dispozitivul dvs., ULN2003 poate fi achiziționat separat. Dacă este, trebuie să fie lipit. Acest lucru va necesita o anumită abilitate, dar nu atât de dificil. În primul rând, folosiți aspirația pentru a îndepărta cât mai multă lipire posibil. După aceea, glisați cu grijă capătul șurubelniței sub cip. Atingeți ușor vârful fierului de lipit de fiecare știft în timp ce apăsați în continuare pe șurubelniță.

Pasul 4

Lipire Acum trebuie să lipim cipul pe placa. Lipiți toți pinii cipului pe placă. Placa prezentată aici are două șine de alimentare, astfel încât conductorul pozitiv al ULN2003 (vezi diagrama și figura de mai jos) este lipit la una dintre ele, iar conductorul negativ la cealaltă. Acum, trebuie să conectați pinul 2 al conectorului portului paralel la pinul 1 al ULN2003. Pinul 3 al conectorului paralel se conectează la pinul 2 al ULN2003, pinul 4 la pinul 3 al ULN2003 și pinul 5 la pinul 4 al ULN2003. Acum pinul 25 al portului paralel este lipit la șina negativă de alimentare. Apoi, motorul este lipit la dispozitivul de control. Acest lucru va trebui făcut prin încercare și eroare. Puteți doar să lipiți firele, astfel încât apoi să puteți agăța crocodili pe ele. Puteți folosi și borne cu șurub sau ceva similar. Pur și simplu lipiți firele la pinii 16, 15, 14 și 13 din ULN2003. Acum lipiți un fir (de preferință negru) pe șina de alimentare pozitivă. Dispozitivul de control este aproape gata. În cele din urmă, conectați mufa cilindrică de alimentare DC la șinele de alimentare de pe placa de breadboard. Pentru a preveni ruperea firelor, acestea sunt fixate cu lipici de la un pistol.

Pasul 5

Instalarea software-ului Acum pentru software. Singurul lucru care va funcționa cu siguranță cu noul tău dispozitiv este Turbo CNC. Descarca-l. Dezarhivați arhiva și inscripționați-o pe CD. Acum, pe computerul pe care urmează să-l utilizați pentru administrare, mergeți la unitatea C:// și creați folderul „tcnc” în rădăcină. Apoi, copiați fișierele de pe CD într-un folder nou. Închideți toate ferestrele. Tocmai ați instalat Turbo CNC.

Pasul 6

Configurare software Reporniți computerul pentru a începe să lucrați în MS-DOS. În linia de comandă, tastați „C:cncTURBOCNC”. Uneori este mai bine să utilizați un disc de boot, apoi o copie a TURBOCNC este plasată pe el și trebuie să tastați „A: cncTURBOCNC” în consecință. Un ecran similar cu cel prezentat în Fig. 3. Apăsați bara de spațiu. Acum vă aflați în meniul principal al programului. Apăsați F1 și utilizați tastele săgeți pentru a selecta meniul „Configurare”. Utilizați tastele săgeți pentru a selecta „numărul de axe”. Apasa Enter. Introduceți numărul de osii care vor fi utilizate. Deoarece avem un singur motor, alegeți „1”. Apăsați Enter pentru a continua. Apăsați din nou F1 și din meniul „Configurare” selectați „Configurare axe”, apoi apăsați Enter de două ori.

Va apărea următorul ecran. Apăsați pe Tab până ajungeți la celula „Tip de unitate”. Utilizați săgeata în jos pentru a selecta „Fază”. Tab din nou pentru a selecta celula „Scale”. Pentru a folosi calculatorul, trebuie să găsim numărul de pași pe care îi face motorul într-o rotație. Cunoscând numărul modelului motorului, puteți seta câte grade se rotește într-un singur pas. Pentru a găsi numărul de pași pe care îi face motorul într-o singură rotație, acum trebuie să împărțim 360 ​​la numărul de grade într-un singur pas. De exemplu, dacă motorul se rotește cu 7,5 grade într-un singur pas, 360 împărțit la 7,5 va fi 48. Numărul pe care îl obțineți este ciocănit în calculatorul de scară.

Lăsați restul setărilor așa cum sunt. Faceți clic pe OK și copiați numărul din celula Scalare în aceeași celulă pe alt computer. În celula Accelerație, setați valoarea la 20, deoarece 2000 implicit este prea mult pentru sistemul nostru. Setați viteza inițială la 20 și viteza maximă la 175. Apăsați Tab până ajungeți la „Ultima fază”. Setați-l la 4. Apăsați Tab până ajungeți la primul rând de x.

Copiați următoarele în primele patru celule:

1000XXXXXXXXX
0100XXXXXXXXX
0010XXXXXXXXX
0001XXXXXXXXX

Lăsați restul celulelor neschimbate. Selectați OK. Acum ați configurat software-ul.

Pasul 7

Construirea unui arbore de testare Următorul pas este asamblarea unui arbore simplu pentru sistemul de testare. Tăiați 3 bucăți de lemn și fixați-le împreună. Pentru a obține găuri uniforme, trageți o linie dreaptă pe suprafața copacului. Faceți două găuri pe linie. Faceți încă o gaură în mijloc, sub primele două. Deconectați barele. Prin două găuri care sunt pe aceeași linie, treceți tijele de oțel. Utilizați șuruburi mici pentru a fixa tijele. Treceți tijele prin a doua bară. Pe ultima bară, reparați motorul. Nu contează cum o faci, fii creativ.

Pentru a repara motorul disponibil, s-au folosit două bucăți de tijă cu filet de 1/8. O bară cu un motor atașat este pusă pe capătul liber al barelor de oțel. Fixați-le din nou cu șuruburi. Treceți tija filetată prin al treilea orificiu de pe prima bară. Înșurubați piulița pe tijă. Treceți tija prin orificiul din a doua bară. Rotiți tija până când trece prin toate găurile și ajunge la arborele motorului. Conectați arborele motorului și tija cu un furtun și cleme de sârmă. Pe a doua bară, piulița este ținută cu piulițe și șuruburi suplimentare. La final, tăiați un bloc de lemn pentru suport. Înșurubați-l cu șuruburi la a doua bară. Verificați dacă suportul este nivelat pe suprafață. Puteți regla poziția suportului pe suprafață folosind șuruburi și piulițe suplimentare. Așa este realizat arborele pentru sistemul de testare.

Pasul 8

Conectarea și testarea motorului Acum trebuie să conectăm motorul la controler. Mai întâi, conectați firul comun (consultați documentația motorului) la firul care a fost lipit la șina de alimentare pozitivă. Celelalte patru fire sunt conectate prin încercare și eroare. Conectați-le pe toate și apoi modificați ordinea conexiunii dacă motorul face doi pași înainte și unul înapoi sau ceva de genul ăsta. Pentru a testa, conectați o sursă de alimentare de 12V 350mA DC la mufa baril. Apoi conectați conectorul DB25 la computer. În TurboCNC, verificați cum este conectat motorul. După testarea și verificarea conexiunii corecte a motorului, ar trebui să aveți un arbore complet funcțional. Pentru a testa scalarea dispozitivului, atașați un marker la acesta și rulați programul de testare. Măsurați linia rezultată. Dacă lungimea liniei este de aproximativ 2-3 cm, dispozitivul funcționează corect. În caz contrar, verificați calculele de la pasul 6. Dacă ați reușit, felicitări, partea cea mai grea s-a terminat.

Pasul 9

Fabricarea carcasei

Partea 1

Aducerea cazului este etapa finală. Haideți să ne alăturăm conservatorilor și să o facem din materiale reciclate. Mai mult decât atât, controlerul nostru nu este, de asemenea, de pe rafturile magazinelor. În mostra arătată atenției dumneavoastră, placa măsoară 5 pe 7,5 cm, deci carcasa va avea 7,5 pe 10 pe 5 cm pentru a lăsa suficient spațiu pentru fire. Decupați pereții din cutia de carton. Decupam 2 dreptunghiuri de 7,5 pe 10 cm, inca 2 de 5 pe 10 cm si inca 2 de 7,5 pe 5 cm (vezi poze). Trebuie să facă găuri pentru conectori. Conturați conectorul portului paralel pe unul dintre pereții de 5 x 10. Pe același perete, încercuiți contururile prizei cilindrice pentru alimentare CC. Tăiați ambele găuri de-a lungul contururilor. Ceea ce faceți în continuare depinde dacă aveți conectori lipiți la firele motorului. Dacă da, fixați-le în afara celui de-al doilea perete încă gol de 5 x 10. Dacă nu, faceți 5 găuri în perete pentru fire. Folosind un pistol de lipici, conectați toți pereții împreună (cu excepția partea de sus, vezi imagini). Corpul poate fi vopsit.

Pasul 10

Fabricarea carcasei

Partea 2

Acum trebuie să lipiți toate componentele în interiorul carcasei. Asigurați-vă că aveți suficient adeziv pe conectori, deoarece aceștia vor fi supuși multor stres. Pentru a păstra cutia închisă, trebuie să faceți zăvoare. Tăiați câteva urechi din spumă. Apoi tăiați câteva dungi și patru pătrate mici. Lipiți două pătrate pe fiecare dintre benzi așa cum se arată. Lipiți urechile pe ambele părți ale corpului. Lipiți dungile deasupra cutiei. Aceasta completează fabricarea carcasei.

Pasul 11

Aplicații posibile și concluzie Acest controler poate fi folosit ca: - dispozitiv CNC - plotter - sau orice alt lucru care necesită un control precis al mișcării. - addendum - Iată o diagramă și instrucțiuni pentru realizarea unui controler cu trei axe. Pentru a configura software-ul, urmați pașii de mai sus, dar introduceți 3 în câmpul „număr de axe”.

Pentru a configura prima axă, faceți totul așa cum sa menționat mai sus, și pentru a doua axă, dar în liniile primelor patru faze, introduceți următoarele:

„XXXX1000XXXX
XXXX0100XXXX
XXXX0010XXXX
XXXX0001XXXX"

Pentru a treia axă, în liniile primelor patru faze, introduceți:

„XXXXXXXXX1000
XXXXXXXXX0100
XXXXXXXXX0010
XXXXXXXX0001"

Pentru a comenta materialele de pe site și pentru a obține acces deplin la forumul nostru, trebuie Inregistreaza-te .