Kontrol motor stepper manual sendiri. Kontrol motor stepper. Driver TI untuk BLDC

Motor stepper ditemukan di mobil, printer, komputer, mesin cuci, alat cukur listrik dan banyak perangkat lain dari kehidupan sehari-hari. Namun, banyak amatir radio yang masih belum tahu cara membuat motor seperti itu bekerja dan tentang apa itu. Jadi mari kita belajar bagaimana menggunakan motor stepper.

Motor stepper adalah bagian dari kelas motor yang dikenal sebagai motor tanpa sikat. Gulungan motor stepper adalah bagian dari stator. Magnet permanen terletak di rotor atau, untuk kasing dengan resistansi magnet variabel, balok bergigi yang terbuat dari bahan magnet lunak. Semua pergantian dibuat oleh sirkuit eksternal. Biasanya, sistem pengontrol motor dirancang sedemikian rupa sehingga memungkinkan untuk membawa rotor ke posisi tetap apa pun, yaitu sistem dikontrol posisi. Posisi siklik rotor bergantung pada geometrinya.

Jenis motor stepper

Ada tiga jenis utama motor stepper: motor induktansi variabel, motor magnet permanen, dan motor hybrid.

Motor induktansi variabel gunakan hanya medan magnet yang dihasilkan pada poros pusat, menyebabkannya berputar dan sejalan dengan tegangan elektromagnet.

Motor magnet permanen mirip dengan mereka, kecuali poros pusat terpolarisasi di kutub magnet utara dan selatan, yang akan memutarnya sesuai dengan elektromagnet mana yang dihidupkan.

motor hibrida merupakan kombinasi dari dua sebelumnya. Poros pusat magnetnya memiliki dua set gigi untuk dua kutub magnet, yang kemudian sejajar dengan gigi di sepanjang elektromagnet. Karena set gigi ganda pada poros tengah, mesin hibrida memiliki ukuran langkah terkecil yang tersedia dan karenanya merupakan salah satu jenis motor stepper yang paling populer.

Ada juga dua jenis motor stepper: unipolar Dan bipolar. Pada tingkat dasar, kedua jenis ini bekerja persis sama; elektromagnet dihubungkan secara seri, menyebabkan poros tengah motor berputar.

Tetapi motor stepper unipolar hanya bekerja dengan tegangan positif, sedangkan motor stepper bipolar memiliki dua kutub - positif dan negatif.

Artinya, perbedaan sebenarnya antara kedua jenis ini adalah bahwa unipolar membutuhkan kabel ekstra di tengah setiap kumparan, yang akan memungkinkan arus mengalir ke salah satu ujung kumparan atau ujung lainnya. Dua arah yang berlawanan ini menghasilkan dua polaritas medan magnet, yang secara efektif mensimulasikan tegangan positif dan negatif.

Meskipun keduanya memiliki level tegangan suplai umum 5V, motor stepper bipolar akan memiliki torsi lebih karena arus mengalir melalui seluruh kumparan, menghasilkan medan magnet yang lebih kuat. Di sisi lain, motor stepper unipolar hanya menggunakan setengah panjang kumparan karena kabel ekstra di tengah kumparan, yang berarti lebih sedikit torsi yang tersedia untuk menahan poros pada tempatnya.

Motor stepper yang berbeda mungkin memiliki jumlah kabel yang berbeda, biasanya 4, 5, 6, atau 8. Saluran 4 kabel hanya dapat mendukung motor stepper bipolar karena tidak memiliki kabel tengah.

Mekanisme 5-kawat dan 6-kawat dapat digunakan untuk motor stepper unipolar dan bipolar, tergantung pada apakah kabel pusat digunakan pada masing-masing kumparan atau tidak. Konfigurasi 5 kabel berarti kabel tengah untuk dua set kumparan terhubung secara internal.

Ada beberapa berbagai cara kontrol motor stepper - langkah penuh, setengah langkah, dan microstepping. Masing-masing gaya ini menawarkan torsi, langkah, dan ukuran yang berbeda.

Langkah penuh- drive seperti itu selalu memiliki dua elektromagnet. Untuk memutar poros, salah satu elektromagnet dimatikan kemudian elektromagnet dihidupkan sehingga menyebabkan poros berputar 1/4 gigi (minimal untuk motor stepper hybrid). Gaya ini memiliki torsi terkuat tetapi juga ukuran langkah terbesar.

setengah langkah. Untuk memutar poros pusat, elektromagnet pertama diberi energi sebagai langkah pertama, kemudian yang kedua juga diberi energi, dan yang pertama masih bekerja pada langkah kedua. Langkah ketiga mematikan elektromagnet pertama dan langkah keempat menyalakan elektromagnet ketiga, sedangkan elektromagnet kedua masih bekerja. Metode ini menggunakan langkah dua kali lebih banyak daripada langkah penuh, tetapi juga memiliki torsi yang lebih kecil.

langkah mikro memiliki ukuran langkah terkecil dari semua gaya ini. Torsi yang terkait dengan gaya ini bergantung pada seberapa banyak arus yang mengalir melalui kumparan pada waktu tertentu, tetapi akan selalu kurang dari satu langkah penuh.

Diagram Kabel Motor Stepper

Untuk mengelola motor stepper diperlukan pengontrol. Pengontrol adalah sirkuit yang memasok tegangan ke salah satu dari empat kumparan stator. Sirkuit kontrol cukup kompleks dibandingkan dengan motor listrik konvensional, dan memiliki banyak fitur. Kami tidak akan mempertimbangkannya secara rinci di sini, tetapi cukup memberikan penggalan dari pengontrol populer di ULN2003A.

Secara umum, motor stepper adalah cara yang bagus untuk mengubah sesuatu menjadi sudut yang presisi dengan banyak torsi. Keuntungan lain dari mereka adalah bahwa kecepatan putaran dapat dicapai hampir secara instan ketika arah putaran dibalik.

Saat mendesain mesin CNC lain, tetapi hanya mesin milling dan bor 3 sumbu untuk papan sirkuit tercetak dan pekerjaan milling kecil, saya memiliki keinginan yang tidak henti-hentinya untuk menyelesaikan semuanya.
Banyak yang akan mengatakan bahwa topiknya tidak baru, ada banyak proyek, banyak solusi teknis dan perangkat lunak. Tapi, berenang di lautan informasi ini, saya mencoba membuang semua "air" dan mendapatkan "sisa kering".
Itulah yang keluar darinya…

Tugas membangun mesin biasanya terdiri dari tiga subtugas - mekanik, elektronik, perangkat lunak. Ternyata, tiga artikel juga harus ditulis.
Karena kami masih memiliki majalah elektronik praktis, saya akan mulai dengan elektronik dan sedikit dari mekanik!

Unit penggerak

Mesin (motor)

Dengan motor "normal" tanpa masukan tidak akan bekerja sama sekali. Tanpa merinci, sirkuit kontrol motor harus "tahu" dari sudut mana poros telah berputar. Tentu saja, Anda dapat memasang gearbox - kami akan kehilangan kecepatan, dan masih tanpa jaminan, tanpa umpan balik sama sekali! Sensor sudut kemudi ditempatkan pada poros. Solusi ini dapat diandalkan, tetapi mahal.

Alternatifnya adalah motor stepper (baca sendiri cara kerjanya). Kita dapat berasumsi bahwa untuk satu "perintah" itu akan memutar porosnya dengan derajat tertentu, biasanya 1,8 atau 0,9 derajat (akurasi biasanya tidak lebih buruk dari 5%) - hanya yang Anda butuhkan. Kerugian dari solusi ini adalah bahwa di bawah beban berat, mesin akan melewati perintah - "langkah" dan mungkin berhenti sama sekali. Masalahnya diselesaikan dengan menginstal mesin yang kuat. Sebagian besar mesin amatir dibuat dengan motor stepper.

Memilih motor stepper

klaim yang bertentangan. Arus kecil berarti resistansi besar, yang berarti banyak belitan kabel belitan motor, yang berarti induktansi besar. Dan momen besar adalah arus besar dan banyak belokan. Kami memilih lebih banyak arus dan lebih sedikit induktansi. Dan momennya harus dipilih berdasarkan bebannya, tapi lebih dari itu nanti.

Karakteristik beberapa mesin ditunjukkan pada tabel:

Pengemudi motor stepper

Solusi paling sederhana adalah sumber arus tertentu dan dua pasang sakelar transistor untuk setiap belitan. Dan empat dioda pelindung. Dan sirkuit logika untuk mengubah arah. Dan... Solusi seperti itu biasanya dibuat pada chip ULN2003A untuk motor arus rendah, ini memiliki banyak kekurangan, saya tidak akan memikirkannya.

Alternatifnya adalah sirkuit mikro all-in-one khusus - dengan logika, transistor, dan dioda perlindungan di dalam (atau di luar). Selain itu, rangkaian mikro tersebut mengontrol arus belitan dan mengaturnya menggunakan PWM, dan mereka juga dapat menerapkan mode "setengah langkah", dan beberapa mode adalah 1/4 langkah, dan 1/8 langkah, dll. Mode ini memungkinkan Anda untuk meningkatkan akurasi pemosisian, meningkatkan kehalusan gerakan, dan mengurangi resonansi. Biasanya, mode "setengah langkah" sudah cukup, yang akan meningkatkan akurasi teoretis dari pemosisian linier (dalam contoh saya, hingga 0,005 mm).

Apa yang ada di dalam IC driver motor stepper? Unit logika dan kontrol, catu daya, PWM dengan sirkuit untuk membentuk momen dan waktu pergantian belitan, sakelar keluaran pada transistor efek medan, pembanding umpan balik - arus dikendalikan oleh penurunan tegangan melintasi resistor (Rs) di belitan sirkuit listrik. Arus motor diberikan oleh tegangan referensi.

Untuk mengimplementasikan fungsi tersebut, ada solusi rangkaian lain, misalnya menggunakan mikrokontroler PIC atau ATMEGA (sekali lagi dengan transistor eksternal dan dioda pelindung). Menurut pendapat saya, mereka tidak memiliki keunggulan signifikan dibandingkan sirkuit mikro "siap pakai", dan saya tidak akan menggunakannya dalam proyek ini.

Kekayaan pilihan

Dari yang sudah jadi, driver yang paling umum dan murah didasarkan pada chip Allegro A4988 (hingga 2A), Texas Instruments DRV8825 (hingga 2,5A).
Karena modul awalnya dirancang untuk digunakan dalam printer 3D seperti proyek Arduino Rep-rap, mereka bukan modul lengkap (misalnya, mereka membutuhkan lebih banyak daya logika (+5V), yang disuplai dari apa yang disebut ramp (Ramp ).

Ada juga solusi berdasarkan DRV8811 (hingga 1,9 A), A3982 (hingga 2 A), A3977 (hingga 2,5 A), DRV8818 (hingga 2,5 A), DRV8825 (hingga 2,5 A), Toshiba TB6560 (hingga sampai 3 A) dan lain-lain.

Karena saya tertarik untuk melakukan sesuatu sendiri, ditambah ada kesempatan untuk "mencicipi" sirkuit mikro Allegro A3982 dan A3977, saya memutuskan untuk membuat sendiri beberapa driver.

Kami tidak menyukai solusi siap pakai berdasarkan A4988, terutama karena miniaturisasi ukuran PCB sehingga merugikan pendinginan yang baik. Resistensi tipikal transistor terbuka di A4388 pada arus 1,5A adalah 0,32 + 0,43 Ohm, ditambah resistor "pengukur" 0,1-0,22 Ohm - ternyata sekitar 0,85 Ohm. Dan ada dua saluran seperti itu, dan meskipun bekerja dalam impuls, panas 2-3 watt harus dihamburkan. Yah, saya tidak percaya pada papan multilayer dan radiator pendingin kecil - papan yang jauh lebih besar tergambar di lembar data.

Kabel motor harus dibuat pendek, driver harus dipasang di sebelah motor. Ada 2 solusi teknis dalam rekayasa suara: kabel sinyal panjang ke amplifier + kabel pendek ke sistem speaker, atau kabel sinyal pendek ke amplifier + kabel panjang ke sistem speaker. Kedua solusi memiliki pro dan kontra. Sama dengan motor. Saya memilih kabel kontrol panjang dan kabel pendek ke motor.

Sinyal kontrol - "langkah" (langkah), "arah" (dir), "aktifkan" (aktifkan), indikasi status sinyal kontrol. Beberapa sirkuit tidak menggunakan sinyal "Aktifkan", tetapi hal ini menyebabkan pemanasan chip dan motor yang tidak perlu dalam mode siaga.

Satu catu daya 12-24 volt, catu daya logika (+5V) - di papan tulis. Dimensi papan cukup untuk pendinginan yang baik, pencetakan dua sisi dengan area "tembaga" yang besar, kemampuan untuk merekatkan heatsink pada chip (digunakan untuk mendinginkan memori kartu video).

Sopir SD pada chip Allegro A3982

Sopir SD pada chip Allegro A3977

Skema dan prototipe

Papan sirkuit tercetak

Skema penggerak motor stepper unipolar dijelaskan dalam artikel ini mengimplementasikan tugas-tugas berikut:
kontrol motor stepper unipolar 4 fasa.
memberikan penyesuaian halus kecepatan rotasi dan perubahan arah rotasi.
melakukan fungsi menghentikan mesin.

Dibawah ini adalah diagram sirkuit pengemudi motor stepper. Driver dibuat menggunakan tiga chip seri 4000 dan empat MOSFET daya.

Sirkuit di-clock oleh generator pulsa persegi panjang yang dibangun di atas elemen logika 2I-NOT dengan pemicu Schmitt pada keluarannya. Frekuensi operasi generator ditentukan oleh resistansi total PR1 + R2 dan kapasitansi kapasitor C1, dan dapat diubah dalam rentang yang luas menggunakan PR1.

Fragmen sirkuit pada elemen EXOR dan flip-flop J-K membuat penghitung modulo 4, dengan siklus level tinggi. Sakelar SB1 (JP1) dirancang untuk mengubah arah penghitung, dan akibatnya, untuk mengubah arah putaran motor stepper. Sakelar SB2 (JP2) dapat digunakan untuk menghidupkan dan mematikan mesin.

Kumparan motor stepper 4 fase dikendalikan oleh empat transistor MOSFET (VT1…VT4). Penggunaan transistor daya tinggi tipe BUZ11 di sirkuit ini adalah solusi yang menjamin pengoperasian motor daya tinggi yang tepat.

Di bawah ini adalah bentuk gelombang pada konektor X2, yang dihubungkan dengan belitan motor stepper.

Pengemudi dipasang pada papan sirkuit tercetak, yang gambarnya ditunjukkan di bawah ini. Pemasangan harus dimulai dengan pemasangan resistor, soket untuk rangkaian mikro dan diakhiri dengan konektor dan transistor daya.

Konektor JP1 dan JP2 memiliki fungsi yang sama dengan tombol SB1 dan SB2, sehingga Anda dapat menyambungkan tombol ke konektor tersebut dan melepaskannya dari papan.
Papan sirkuit tercetak dirancang sedemikian rupa sehingga Anda dapat memasang transistor pada heatsink umum, setelah mengisolasinya dengan gasket mika atau silikon.

Setelah perakitan, periksa papan dengan hati-hati arus pendek trek. Pengemudi yang dirakit dari suku cadang yang dapat diservis tidak memerlukan konfigurasi dan segera mulai bekerja.

Harus disebutkan bagaimana daya dan belitan motor dihubungkan ke papan driver. Jika rangkaian kontrol dan motor ditenagai oleh tegangan yang sama, yaitu berkisar antara 5 ... 15 V, dan konsumsi arus tidak melebihi 1 A, maka perlu memasang jumper JP3 dan menyuplai daya ke konektor VDD.

Jika parameter catu daya motor stepper tidak berada dalam tegangan suplai rangkaian driver, maka jumper JP3 perlu dilepas, dan sambungkan tegangan suplai dari 5 ... 15 V ke konektor VDD, dan catu daya ke konektor X2 sesuai dengan parameter motor stepper.

(8.5 Kb, diunduh: 1 486)

Bekerja untuk hampir semua orang peralatan listrik, diperlukan mekanisme penggerak khusus. Kami mengusulkan untuk mempertimbangkan apa itu motor stepper, desainnya, prinsip operasinya, dan diagram koneksinya.

Apa itu motor stepper?

Motor stepper adalah mesin listrik yang dirancang untuk mengubah energi listrik jaringan menjadi energi mekanik. Secara struktural, ini terdiri dari belitan stator dan rotor magnet lunak atau keras. Ciri khas motor stepper adalah rotasi diskrit, di mana sejumlah pulsa tertentu sesuai dengan sejumlah langkah. Perangkat semacam itu paling banyak digunakan dalam peralatan mesin CNC, robotika, penyimpanan informasi, dan perangkat membaca.

Tidak seperti jenis mesin lainnya, motor stepper tidak berputar terus menerus, tetapi secara bertahap, dari situlah nama perangkat tersebut berasal. Setiap langkah tersebut hanyalah sebagian dari omset penuhnya. Jumlah langkah yang diperlukan untuk putaran penuh poros akan berbeda tergantung pada skema sambungan, merek motor, dan metode kontrol.

Kelebihan dan kekurangan motor stepper

Keuntungan menggunakan motor stepper antara lain:

• Pada motor stepper, sudut putaran sesuai dengan jumlah sinyal listrik yang diterapkan, sementara, setelah menghentikan putaran, torsi dan fiksasi penuh dipertahankan;
• Posisi yang tepat - memberikan 3 - 5% dari langkah yang ditetapkan, yang tidak terakumulasi dari langkah ke langkah;
• Memberikan kecepatan tinggi mulai, mundur, berhenti;
• Ini dibedakan dengan keandalan yang tinggi karena tidak adanya komponen gosok untuk pengumpulan saat ini, tidak seperti motor pengumpul;
• Motor stepper tidak memerlukan umpan balik untuk pemosisian;
• Dapat menghasilkan rpm rendah untuk beban yang diterapkan langsung tanpa roda gigi apa pun;
• Biaya relatif lebih rendah relatif sama;
• Berbagai macam kontrol kecepatan poros disediakan dengan mengubah frekuensi impuls listrik.

Kerugian menggunakan motor stepper antara lain:

• Efek resonansi dan selip unit stepper dapat terjadi;
• Ada kemungkinan kehilangan kendali karena kurangnya umpan balik;
• Jumlah listrik yang dikonsumsi tidak tergantung pada ada tidaknya beban;
• Kesulitan dalam kontrol karena kekhasan sirkuit

Perangkat dan prinsip operasi

Gambar 1 menunjukkan 4 belitan milik stator motor, dan susunannya diatur sedemikian rupa sehingga berada pada sudut 90º relatif satu sama lain. Oleh karena itu, mesin seperti itu dicirikan oleh ukuran langkah 90º.

Pada saat tegangan U1 diterapkan ke belitan pertama, rotor bergerak 90º yang sama. Dalam kasus penerapan tegangan U2, U3, U4 secara bergantian ke belitan yang sesuai, poros akan terus berputar hingga menyelesaikan lingkaran penuh. Kemudian siklus berulang lagi. Untuk mengubah arah putaran, cukup mengubah urutan pemberian pulsa ke belitan yang sesuai.

Jenis motor stepper

Untuk memastikan berbagai parameter operasi, ukuran langkah dimana poros akan bergerak dan momen yang diterapkan untuk bergerak adalah penting. Variasi parameter ini dicapai karena desain rotor itu sendiri, metode sambungan, dan desain belitan.

Menurut desain rotor

Elemen berputar menyediakan interaksi magnetik dengan medan elektromagnetik stator. Oleh karena itu, desain dan fitur Teknik langsung menentukan mode operasi dan parameter rotasi dari unit stepping. Untuk menentukan jenis motor stepper dalam praktiknya, dengan jaringan yang tidak diberi energi, perlu memutar poros, jika Anda merasakan hambatan, maka ini menunjukkan adanya magnet, jika tidak, ini adalah desain tanpa hambatan magnet. .

Reaktif

Motor stepper reaktif tidak dilengkapi dengan magnet pada rotornya, tetapi terbuat dari paduan magnet lunak, biasanya dirakit dari pelat untuk mengurangi kerugian induksi. Desain penampangnya menyerupai roda gigi bergigi. Kutub belitan stator ditenagai oleh pasangan yang berlawanan dan menciptakan gaya magnet untuk menggerakkan rotor, yang bergerak dari aliran arus listrik bolak-balik pada pasangan belitan.

Keuntungan signifikan dari desain penggerak stepper ini adalah tidak adanya momen penguncian yang dihasilkan oleh medan dalam kaitannya dengan angker. Padahal, ini sama di mana putaran rotor berjalan sesuai dengan medan stator. Kerugiannya adalah pengurangan jumlah torsi. Langkah untuk mesin jet berkisar antara 5 hingga 15 °.

Dengan magnet permanen

Dalam hal ini, elemen bergerak dari motor stepper dirakit magnet permanen, yang dapat memiliki dua kutub atau lebih. Rotasi rotor disediakan oleh tarikan atau tolakan kutub magnet oleh medan listrik ketika tegangan diterapkan ke belitan yang sesuai. Untuk desain ini, pitch sudutnya adalah 45-90°.

hibrida

Itu dirancang untuk menggabungkan kualitas terbaik dari dua model sebelumnya, karena unit ini memiliki sudut dan nada yang lebih kecil. Rotornya dibuat dalam bentuk magnet permanen berbentuk silinder, yang dimagnetisasi sepanjang sumbu longitudinal. Secara struktural terlihat seperti dua kutub bulat yang permukaannya terdapat gigi rotor yang terbuat dari bahan magnet lunak. Solusi ini memungkinkan untuk memberikan pegangan dan torsi yang sangat baik.

Keunggulan motor stepper hybrid adalah akurasi, kehalusan, dan kecepatan gerakannya yang tinggi, dalam langkah kecil - dari 0,9 hingga 5 °. Mereka digunakan untuk mesin CNC kelas atas, peralatan komputer dan kantor, serta robotika modern. Satu-satunya kelemahan adalah biaya yang relatif tinggi.

Sebagai contoh, mari kita analisis motor stepper hybrid untuk 200 langkah pemosisian poros. Dengan demikian, masing-masing silinder akan memiliki 50 gigi, salah satunya adalah tiang positif, yang kedua adalah kutub negatif. Dalam hal ini, setiap gigi positif terletak berlawanan dengan alur pada silinder negatif dan sebaliknya. Secara struktural, tampilannya seperti ini:

Karena itu, 100 kutub bolak-balik dengan polaritas yang sangat baik diperoleh pada poros motor stepper. Stator juga memiliki gigi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6 di bawah ini, kecuali celah antar komponennya.

Karena desain ini, dimungkinkan untuk mencapai perpindahan kutub selatan yang sama relatif terhadap stator di 50 posisi berbeda. Karena perbedaan posisi setengah posisi antara kutub utara dan selatan, kemungkinan untuk bergerak dalam 100 posisi tercapai, dan pergeseran fasa seperempat divisi memungkinkan untuk meningkatkan jumlah langkah karena eksitasi berurutan dua kali lebih banyak, yaitu hingga 200 langkah poros sudut per 1 putaran.

Perhatikan Gambar 6, prinsip pengoperasian motor stepper seperti itu adalah ketika arus disuplai secara berpasangan ke belitan yang berlawanan, kutub berlawanan dari rotor yang terletak di belakang gigi stator ditarik ke atas dan kutub dengan nama yang sama ditolak masuk depan mereka ke arah rotasi.

Menurut jenis belitan

Dalam praktiknya, motor stepper adalah motor polifase. Kelancaran pekerjaan yang secara langsung bergantung pada jumlah belitan - semakin banyak, semakin halus putarannya, tetapi juga semakin tinggi biayanya. Dalam hal ini, torsi tidak bertambah dari jumlah fase, meskipun untuk operasi normal jumlah minimumnya pada stator motor harus minimal dua. Jumlah fasa tidak menentukan jumlah belitan, sehingga motor stepper dua fasa dapat memiliki empat belitan atau lebih.

Unipolar

Motor stepper unipolar berbeda karena rangkaian sambungan belitan memiliki cabang dari titik tengah. Ini membuatnya mudah untuk mengubah kutub magnet. Kerugian dari desain ini adalah penggunaan hanya setengah dari belokan yang tersedia, karena torsi yang dicapai lebih sedikit. Karena itu, ukurannya besar.

Untuk menggunakan daya penuh koil, terminal tengah dibiarkan tidak terhubung. Pertimbangkan desain unit unipolar, mereka dapat berisi 5 dan 6 pin. Jumlah mereka akan tergantung pada apakah kabel tengah dikeluarkan secara terpisah dari masing-masing belitan motor atau dihubungkan bersama.

Bipolar

Motor stepper bipolar terhubung ke pengontrol melalui 4 pin. Dalam hal ini, belitan dapat dihubungkan secara internal baik secara seri maupun paralel. Perhatikan contoh karyanya pada gambar.

Dalam diagram struktural motor seperti itu, Anda melihat dengan satu belitan eksitasi di setiap fase. Karena itu, mengubah arah arus memerlukan penggunaan sirkuit elektronik driver khusus (chip elektronik yang dirancang untuk kontrol). Efek serupa dapat dicapai dengan menyalakan jembatan-H. Dibandingkan dengan yang sebelumnya, perangkat bipolar memberikan torsi yang sama dalam paket yang jauh lebih kecil.

Menghubungkan motor stepper

Untuk menyalakan belitan, Anda memerlukan perangkat yang mampu mengirimkan pulsa kontrol atau rangkaian pulsa dalam urutan tertentu. Blok semacam itu adalah perangkat semikonduktor untuk menghubungkan motor stepper, driver mikroprosesor. Di mana ada satu set terminal keluaran, masing-masing menentukan metode catu daya dan mode operasi.

Bergantung pada skema koneksi, satu atau beberapa output dari unit stepper harus digunakan. Pada berbagai pilihan menghubungkan terminal tertentu ke sinyal keluaran DC, diperoleh kecepatan rotasi tertentu, langkah atau langkah mikro dari gerakan linier di bidang. Karena beberapa tugas memerlukan frekuensi rendah, sementara yang lain membutuhkan frekuensi tinggi, motor yang sama dapat menyetel parameter dengan mengorbankan pengemudi.

Diagram koneksi motor stepper tipikal

Bergantung pada berapa banyak pin yang disajikan pada motor stepper tertentu: 4, 6 atau 8 pin, kemungkinan menggunakan skema koneksi ini atau itu juga akan berbeda Lihat gambarnya, berikut adalah opsi tipikal untuk menghubungkan mekanisme stepper:

Asalkan kutub utama mesin stepper diberi daya dari driver yang sama, menurut skema ini, berikut ini dapat dicatat fitur khas bekerja:

• Output terhubung secara unik ke terminal perangkat yang sesuai. Ketika belitan dihubungkan secara seri, ini meningkatkan induktansi belitan, tetapi mengurangi arus.
• Memberikan nilai paspor karakteristik listrik. Dalam rangkaian paralel, arus bertambah dan induktansi berkurang.
• Saat terhubung dalam satu fase per belitan, torsi pada kecepatan rendah berkurang dan besarnya arus berkurang.
• Saat terhubung, lakukan semua kelistrikan dan karakteristik dinamis sesuai paspor arus pengenal. Skema kontrol sangat disederhanakan.
• Memberikan lebih banyak torsi dan digunakan untuk kecepatan tinggi;
• Seperti yang sebelumnya, ini dirancang untuk meningkatkan torsi, tetapi digunakan untuk kecepatan rendah.

Kontrol motor stepper

Pengoperasian unit stepping dapat dilakukan dengan beberapa cara. Masing-masing berbeda dalam cara sinyal diterapkan pada pasangan kutub. Secara total, jarak tembak dari metode aktivasi belitan dibedakan.

Melambai- dalam mode ini, hanya satu belitan yang tertarik, yang menarik kutub rotor. Pada saat yang sama, motor stepper tidak mampu menarik beban yang besar, karena hanya menghasilkan setengah torsi.

langkah penuh- dalam mode ini, terjadi peralihan fase secara bersamaan, yaitu keduanya bersemangat sekaligus. Karena itu, torsi maksimum disediakan, dalam kasus sambungan paralel atau sambungan seri belitan, tegangan atau arus maksimum akan dibuat.

setengah langkah- adalah kombinasi dari dua metode sebelumnya untuk mengganti belitan. Selama penerapannya, pada motor stepper, tegangan diterapkan secara bergantian pertama ke satu kumparan, dan kemudian ke dua kumparan sekaligus. Ini menghasilkan fiksasi yang lebih baik kecepatan maksimum dan lebih banyak langkah.

Untuk kontrol yang lebih lembut dan mengatasi inersia rotor, kontrol microstepping digunakan, ketika sinyal sinusoid dilakukan oleh pulsa microstepping. Karena gaya interaksi sirkuit magnetik di motor stepper mendapatkan perubahan yang lebih halus dan, sebagai hasilnya, pergerakan rotor di antara kutub. Memungkinkan Anda mengurangi sentakan motor stepper secara signifikan.

Tanpa pengontrol

Untuk mengemudi motor tanpa sikat Sistem H-bridge digunakan. Yang memungkinkan Anda mengganti polaritas untuk membalikkan motor stepper. Ini dapat dilakukan pada transistor atau sirkuit mikro yang membuat rantai logis untuk memindahkan kunci.

Seperti yang Anda lihat, dari catu daya V, tegangan diterapkan ke jembatan. Ketika kontak S1 - S4 atau S3 - S2 dihubungkan berpasangan, arus akan mengalir melalui belitan motor. Yang akan menyebabkan rotasi ke satu arah atau lainnya.

dengan pengontrol

Perangkat pengontrol memungkinkan Anda untuk mengontrol motor stepper dalam berbagai mode. Pengontrol didasarkan pada satuan elektronik, yang membentuk kelompok sinyal dan urutannya dikirim ke kumparan stator. Untuk mencegah kemungkinan kerusakan jika terjadi korsleting atau keadaan darurat lainnya pada motor itu sendiri, setiap keluaran dilindungi oleh dioda yang tidak melewatkan pulsa ke arah yang berlawanan.

Skema kontrol motor stepper yang populer

Ini adalah salah satu cara kerja yang paling kedap suara. Dalam hal ini, sinyal langsung dan terbalik terhubung langsung ke kutub yang sesuai. Di sirkuit seperti itu, pelindung konduktor sinyal harus diterapkan. Bagus untuk beban daya rendah.

Di sirkuit ini, input positif pengontrol digabungkan, yang dihubungkan ke kutub positif. Dalam kasus catu daya di atas 9V, resistor khusus harus disertakan dalam rangkaian untuk membatasi arus. Memungkinkan Anda mengatur jumlah langkah yang diperlukan dengan kecepatan yang diatur secara ketat, menentukan akselerasi, dll.

Pengemudi motor stepper do-it-yourself yang paling sederhana

Untuk merakit rangkaian driver di rumah, beberapa item dari printer lama, komputer, dan peralatan lain mungkin berguna. Anda membutuhkan transistor, dioda, resistor (R) dan IC (RG).

Untuk membangun program, dipandu oleh prinsip berikut: ketika unit logis diterapkan ke salah satu keluaran D (sinyal sisanya nol), transistor terbuka dan sinyal diteruskan ke koil motor. Dengan demikian, satu langkah selesai.

Berdasarkan sirkuit, papan sirkuit tercetak disusun, yang dapat Anda coba buat sendiri atau buat sesuai pesanan. Setelah itu, bagian yang sesuai disolder di papan tulis. Perangkat ini dapat mengontrol stepper dari komputer rumah dengan menghubungkan ke port USB biasa.

Video yang bermanfaat

Pada artikel ini, saya akan menjelaskan seluruh siklus pembuatan driver motor stepper untuk percobaan. Ini bukan versi final, ini dirancang untuk mengendalikan satu motor listrik dan hanya diperlukan untuk pekerjaan penelitian, rangkaian driver motor stepper terakhir akan disajikan dalam artikel terpisah.

Untuk membuat pengontrol motor stepper, perlu dipahami prinsip pengoperasian mesin listrik stepper itu sendiri dan perbedaannya dengan jenis motor listrik lainnya. Dan ada berbagai macam mesin listrik: arus searah, arus bolak-balik. Motor AC dibagi menjadi sinkron dan asinkron. Saya tidak akan menjelaskan setiap jenis motor listrik karena berada di luar cakupan artikel ini, saya hanya akan mengatakan bahwa setiap jenis motor memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Apa itu motor stepper dan bagaimana cara mengendalikannya?

Motor stepper adalah motor sinkron tanpa sikat dengan banyak belitan (biasanya empat) di mana arus yang diterapkan ke salah satu belitan stator menyebabkan rotor terkunci. Aktivasi berurutan dari belitan motor menyebabkan gerakan sudut (langkah) diskrit dari rotor. Diagram rangkaian motor stepper memberikan gambaran tentang strukturnya.

Sebagai tombol daya saya terapkanTransistor IRF634B tegangan sumber-drain maksimum 250V, arus drain 8.1A, ini lebih dari cukup untuk kasus saya.Dengan sirkuit yang kurang lebih diketahui, kami akan menggambar papan sirkuit tercetak. Saya menggambar di editor Paint bawaan di Windows, saya akan mengatakan ini bukan ide terbaik, lain kali saya akan menggunakan beberapa editor PCB khusus dan sederhana. Di bawah ini adalah gambar PCB yang sudah jadi.

Selanjutnya, kami mencetak gambar ini dalam gambar cermin di atas kertas menggunakan printer laser. Yang terbaik adalah membuat kecerahan cetak setinggi mungkin, dan Anda perlu menggunakan kertas glossy, bukan kertas kantor biasa, majalah glossy biasa sudah cukup. Kami mengambil selembar dan mencetak di atas gambar yang ada. Selanjutnya, kami menerapkan gambar yang dihasilkan ke selembar fiberglass foil yang telah disiapkan sebelumnya dan menyetrikanya secara menyeluruh selama 20 menit. Setrika harus dipanaskan hingga suhu maksimum.
Bagaimana cara menyiapkan textolite? Pertama, harus dipotong sesuai ukuran gambar papan sirkuit tercetak (menggunakan gunting logam atau gergaji besi), dan kedua, ampelas ujungnya dengan amplas halus agar tidak ada gerinda yang tersisa. Anda juga perlu melapisi permukaan foil dengan amplas, menghilangkan oksida, foil akan mendapatkan warna kemerahan yang rata. Selanjutnya, permukaan yang dirawat dengan amplas harus dibersihkan dengan kapas yang dicelupkan ke dalam pelarut (gunakan pelarut 646, baunya berkurang).
Setelah dipanaskan dengan setrika, toner dari kertas dipanggang ke permukaan foil fiberglass dalam bentuk gambar jalur kontak. Setelah operasi ini, papan dengan kertas harus didinginkan hingga suhu kamar dan dimasukkan ke dalam bak air selama sekitar 30 menit. Selama waktu ini, kertas akan menjadi asam dan harus digulung dengan hati-hati dengan ujung jari dari permukaan textolite. Bahkan jejak hitam berupa jalur kontak akan tetap ada di permukaan. Jika Anda gagal mentransfer gambar dari kertas dan Anda memiliki kekurangan, maka Anda harus membersihkan toner dari permukaan textolite dengan pelarut dan mengulanginya lagi. Saya melakukannya dengan benar pertama kali.
Setelah mendapatkan gambar trek berkualitas tinggi, perlu untuk mengetsa kelebihan tembaga, untuk ini kami memerlukan solusi etsa yang akan kami siapkan sendiri. Sebelumnya, untuk mengetsa papan sirkuit tercetak, saya menggunakan tembaga sulfat dan garam meja biasa dengan perbandingan 0,5 liter air panas dengan 2 sendok makan dengan seluncuran tembaga sulfat dan garam meja. Semua ini tercampur rata dalam air dan solusinya siap. Tapi kali ini saya mencoba resep yang berbeda, sangat murah dan terjangkau.
Metode yang disarankan untuk menyiapkan larutan pengawet:
30 g dilarutkan dalam 100 ml farmasi 3% hidrogen peroksida asam sitrat dan 2 sendok teh garam meja. Solusi ini harus cukup untuk mengetsa area seluas 100 cm2. Garam dalam persiapan larutan tidak bisa dihindarkan. Karena berperan sebagai katalis dan praktis tidak dikonsumsi dalam proses etsa.
Setelah menyiapkan solusinya, papan sirkuit tercetak harus diturunkan ke dalam wadah berisi larutan dan mengamati proses etsa, hal utama di sini adalah jangan berlebihan. Solusinya akan memakan permukaan tembaga yang tidak dilapisi toner, segera setelah ini terjadi, papan harus dilepas dan dicuci dengan air dingin, kemudian harus dikeringkan dan toner dikeluarkan dari permukaan trek dengan kapas dan pelarut . Jika papan Anda memiliki lubang untuk memasang komponen radio atau pengencang, saatnya untuk mengebornya. Saya menghilangkan operasi ini karena ini hanyalah driver motor stepper papan tempat memotong roti, yang dirancang untuk menguasai teknologi baru bagi saya.
Mari kita mulai membuka jalan. Ini harus dilakukan untuk memudahkan pekerjaan Anda saat menyolder. Saya dulu menggunakan timah dengan solder dan damar, tetapi menurut saya ini adalah cara yang "kotor". Ada banyak asap dan terak dari damar di papan, yang perlu dicuci dengan pelarut. Saya menerapkan metode lain, melapisi dengan gliserin. Gliserin dijual di apotek dengan harga satu sen. Permukaan papan harus dibersihkan dengan kapas yang dicelupkan ke dalam gliserin dan solder harus diaplikasikan dengan besi solder dengan sapuan yang tepat. Permukaan trek ditutupi dengan lapisan tipis solder dan tetap bersih, kelebihan gliserin dapat dihilangkan dengan kapas atau dicuci dengan sabun dan air. Sayangnya, saya tidak memiliki foto hasil yang didapat setelah tinning, namun kualitas yang dihasilkan sangat mengesankan.
Selanjutnya, Anda perlu menyolder semua komponen radio ke papan, saya menggunakan pinset untuk menyolder komponen SMD. Gliserin digunakan sebagai fluks. Ternyata sangat rapi.
Hasilnya jelas. Tentu saja, setelah pembuatan, papan terlihat lebih baik, di foto sudah setelah banyak percobaan (inilah tujuan pembuatannya).

Program kontrol ini membuat satu putaran penuh dari poros motor stepper, setelah jeda satu detik, berulang tanpa batas. Anda bisa bereksperimen dengan kecepatan putaran, arah putaran dan juga sudut putaran.