Obwód sterownika silnika krokowego

Technicznie rzecz biorąc , obwód sterownika silnika krokowego jest obwodem licznika binarnego dekady. Zaletą tego układu jest to, że można nim sterować silnikami krokowymi o 2-10 krokach. Zanim przejdziemy dalej, omówmy więcej podstaw silnika krokowego.

Nazwa tego silnika została podana tak, ponieważ obrót wału ma postać skokową, która różni się od silnika prądu stałego lub dowolnego innego silnika. W innych silnikach prędkość obrotowa i kąt zatrzymania nie są w pełni kontrolowane, chyba że zostanie podłączony niezbędny obwód. Ten brak kontroli występuje z powodu momentu bezwładności, który jest po prostu znakiem uruchamiającym i zatrzymującym się na polecenie bez opóźnienia. Rozważmy silnik prądu stałego, gdy zostanie zasilony, prędkość silnika rośnie powoli, aż osiągnie prędkość znamionową. Teraz, jeśli silnik jest obciążony, prędkość spada powyżej wartości znamionowej, a jeśli obciążenie jest dalej zwiększane, prędkość dalej maleje. Teraz, jeśli zasilanie jest wyłączone, silnik nie zatrzymuje się natychmiast, ponieważ będzie miał moment bezwładności, zatrzymuje się powoli. Rozważmy teraz, że w przypadku drukarki wypływ papieru nie zatrzymuje się w czasie,tracimy papier za każdym razem, gdy zaczynamy i kończymy. Musimy poczekać, aż silnik osiągnie prędkość i w odpowiednim czasie zgubić papier. Jest to niedopuszczalne dla większości układów sterowania, dlatego do rozwiązywania tego typu problemów stosujemy silniki krokowe.

Silnik krokowy nie pracuje na stałym zasilaniu. Może pracować tylko na kontrolowanych i zamówionych impulsach mocy. Zanim przejdziemy dalej, musimy porozmawiać o silnikach krokowych UNIPOLAR i BIPOLAR. Jak pokazano na rysunku w silniku krokowym UNIPOLAR, możemy wziąć środkowe odczepy obu uzwojeń fazowych dla wspólnej masy lub wspólnej mocy. W pierwszym przypadku możemy wziąć czerń i biel jako wspólną masę lub moc. W przypadku, gdy 2 czarne są brane za zwykłe. W przypadku 3 pomarańczowy czarny czerwony żółty wszystkie razem tworzą wspólną masę lub moc.

W silniku krokowym BIPOLAR mamy końcówki fazowe i brak odczepów środkowych, więc będziemy mieli tylko cztery zaciski. Napęd tego typu silnika krokowego jest inny i złożony, a także bez mikrokontrolera nie da się łatwo zaprojektować obwodu sterującego.

Zaprojektowany przez nas obwód może być zastosowany tylko do silników krokowych typu UNIPOLAR.

Pulsowanie mocy silnika krokowego UNIPOLAR zostanie omówione w objaśnieniu obwodu.

Elementy obwodu

• Napięcie zasilania od +9 do +12
• 555 IC
• Rezystory 1KΩ, 2K2Ω
• Potencjometr lub rezystor zmienny 220 kΩ
• Kondensator 1 µF, kondensator 100 µF (nieobowiązkowy, podłączony równolegle do zasilania)
• 2N3904 lub 2N2222 (ilość sztuk zależy od typu steppera jeśli jest to 2-stopniowy potrzebujemy 2, jeśli jest czterostopniowy, potrzebujemy czterech)
• 1N4007 (liczba diod jest równa liczbie tranzystorów)
• CD4017 IC,.

Schemat i objaśnienie obwodu sterownika silnika krokowego

Rysunek przedstawia schemat obwodu dwustopniowego sterownika silnika krokowego. Teraz, jak pokazano na schemacie obwodu, obwód 555 ma generować zegar lub falę prostokątną. Częstotliwość generowania zegara w tym przypadku nie może być utrzymywana na stałym poziomie, dlatego musimy uzyskać zmienną prędkość dla silnika krokowego. Aby uzyskać tę zmienną prędkości lub naczynie jest wstępnie tempie szeregowo z rezystorem 1K w gałęzi między 6 ^TH i 7 ^-tego kołka. Wraz ze zmianą puli zmienia się rezystancja w gałęzi, a więc częstotliwość zegara generowanego przez 555.

Na rysunku ważna jest tylko trzecia formuła. Widać, że częstotliwość jest odwrotnie proporcjonalna do R2 (czyli 1K + 220k POT w obwodzie). Więc jeśli R2 wzrośnie, częstotliwość maleje. I tak, jeśli potencjometr jest nastawiony na zwiększenie oporu w gałęzi, częstotliwość zegara spada.

Zegar generowany przez timer 555 podawany jest do licznika DECADE BINARY. Teraz dziesięcioletni licznik binarny zlicza liczbę impulsów podawanych do zegara i pozwala na zwiększenie odpowiedniego sygnału wyjściowego. Na przykład, jeśli liczba zdarzeń wynosi 2, pin Q1 licznika będzie wysoki, a jeśli zliczono 6, pin Q5 będzie wysoki. Jest to podobne do licznika binarnego, jednak zliczanie będzie dziesiętne (tj. 1 2 3 4 __ 9), więc jeśli liczba wynosi siedem, tylko pin Q6 będzie wysoki. W liczniku binarnym Q0, Q1 i Q2 (1 + 2 + 4) piny będą w stanie wysokim. Wyjścia te są podawane na tranzystor w celu uporządkowanego sterowania silnikiem krokowym.

Na rysunku widzimy czterostopniowy obwód sterownika silnika krokowego bardzo podobny do dwustopniowego. W tym obwodzie można zauważyć, że RESET podłączony wcześniej do Q2 jest teraz przenoszony do Q4, a otwarte piny Q2 i Q3 są podłączone do kolejnych dwóch tranzystorów, aby uzyskać czteropulsowy zestaw sterujący do uruchomienia czterostopniowego silnika krokowego. Jest więc jasne, że możemy napędzać nawet dziesięciostopniowy silnik krokowy. Należy jednak przesunąć pin RESET do góry, żeby zmieścić tranzystory sterujące na miejscu.

Umieszczone tutaj diody mają chronić tranzystory przed impulsami indukcyjnymi uzwojenia silnika krokowego. W przeciwnym razie grozi to przepaleniem tranzystorów. Większa częstotliwość impulsów, większa szansa na wybuch bez diod.

Działanie sterownika silnika krokowego

Aby lepiej zrozumieć rotację krokową silnika krokowego, rozważamy czterostopniowy silnik krokowy, jak pokazano na rysunku.

Rozważmy teraz na przykład, że wszystkie cewki są namagnesowane na raz. Wirnik doświadcza sił o jednakowej wielkości ze wszystkich stron, więc się nie porusza. Ponieważ wszystkie są tej samej wielkości i wyrażają przeciwny kierunek. Teraz, jeśli cewka D jest tylko namagnesowana, zęby 1 na wirniku doświadczają siły przyciągania w kierunku + D, a zęby 5 wirnika doświadczają siły odpychającej przeciwstawnej –D, te dwie siły reprezentują siłę addytywną zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Więc wirnik porusza się, aby wykonać krok. Następnie zatrzymuje się, aby następna cewka została pobudzona, aby zakończyć następny krok. Trwa to do zakończenia czterech kroków. Aby wirnik mógł się obracać, musi trwać ten cykl pulsowania.

Jak wyjaśniono wcześniej, ustawienie wstępne jest ustawione na wartość dla określonej częstotliwości impulsów. Ten zegar jest podawany do licznika dekad, aby uzyskać z niego regularne dane wyjściowe. Sygnały wyjściowe z licznika dekad są przekazywane do tranzystorów w celu sterowania cewkami dużej mocy silnika krokowego w kolejności sekwencyjnej. Trudna część polega na tym, że po zakończeniu sekwencji, powiedzmy 1, 2, 3, 4 silnik krokowy wykonuje cztery kroki i jest gotowy do ponownego uruchomienia, jednak licznik ma zdolność do pracy na 10, więc działa bez przerwy. W takim przypadku silnik krokowy musi poczekać, aż licznik zakończy swój cykl 10, co jest niedopuszczalne. Jest to regulowane przez podłączenie RESET do Q4, więc gdy licznik idzie na pięć zliczeń, resetuje się i zaczyna od jednego, co uruchamia sekwencję krokową.

Tak więc stepper kontynuuje swoje kroki i tak się dzieje. Dla dwustopniowego pin RESET musi być podłączony do Q2, aby licznik resetował się w trzecim impulsie. W ten sposób można dostosować obwód do sterowania dziesięciostopniowym silnikiem krokowym.