Как да направите контролер atmega8 16au за CNC себе си - Електроника October\nКонтролерът за машината може лесно да се монтира и у дома си. Не е трудно да се настроят необходимите параметри, достатъчно е да се отчетат няколко нюанса.\nСъвети за монтаж на контролери за машини с ЦПУ\nБез правилния избор на контролера за машината не можете да сглобите контролера за CNC на Atmega8 16au със собствените си ръце. Тези устройства са разделени на два вида:\nМногоканално. Това включва 3 и 4-осови контролери за стъпкови двигатели.\nМалките топкови двигатели са най-ефективно управлявани от многоканални контролери. Стандартните размери в този случай са 42 или 57 милиметра. Това е отлична възможност за самостоятелно сглобяване на CNC машини, в които работното поле е с размери до 1 метър.\nАко самосглоби машината на микроконтролер с поле на повече от 1 метър - това е необходимо да се използва двигателите, произведени с размери до 86 мм. В този случай се препоръчва да управлявате мощни едноканални драйвери с контролен ток от 4,2 A и по-високи.\nКонтролерите със специални микросхеми-драйвери се използват широко в случай на необходимост от организиране на контрола върху работата на машините с фрезови машини с настолен тип. Най-добрият вариант е микрочипът, наречен TB6560 или A3977. Този продукт вътре има контролер, който помага да се формира правилната синусова вълна за режими, които поддържат различни половин стъпки. Въртящите се токове могат да се задават програмируемо. С микроконтролерите постигането на резултати е лесно.\nКонтролерът е лесен за управление, като се използва специализиран софтуер, инсталиран на компютър. Основното нещо е, че компютърът трябва да има поне 1 GB памет, а процесорът - най-малко 1 GHz.\nМожете да използвате лаптопи, но стационарните компютри в този план дават най-добри резултати. И те са много по-евтини. Компютърът може да се използва за решаване на други задачи, когато машините не изискват управление. Е, ако можете да оптимизирате системата, преди да започнете.\nПаралелен порт LPT - това е детайлът, който помага да се организира връзката. Ако контролерът има USB порт, се използва конектор от съответната форма. В същото време се произвеждат все повече и повече компютри, които нямат паралелен порт.\nОсъществяване на най-простата версия на скенера\nЕдно от най-простите решения за самостоятелно изработения CNC машинен инструмент е използването на части от друго оборудване, оборудвано със сферични двигатели. Старите принтери работят добре.\nВземете следните подробности, извлечени от старите устройства:\nЧифт стоманени пръти.\nКогато създавате кутия за контролер, трябва да вземете стара картонена кутия. Приемливо е да се използват кутии от шперплат или текстолит, изходният материал няма значение. Но картонът е най-лесният за обработка, използвайки конвенционални ножици.\nСписъкът с инструменти ще изглежда така:\nПоялно желязо заедно, допълнено с аксесоари.\nИнструменти за ножици.\nИ накрая, производството на контролера ще изисква следните допълнителни подробности:\nСъединител с тел за организиране на удобна връзка.\nЦилиндрично гнездо. Такива структури са отговорни за захранването на устройството.\nВодещите винтове са пръчки, които имат определена резба.\nГайка с размери, подходящи за водещия винт.\nВинтове, шайби, дърво под формата на парчета.\nЗапочваме работа по създаването на самостоятелно изработената машинна машина\nСтъпковият мотор заедно с дъската трябва да бъдат премахнати от старите устройства. На скенера е достатъчно да премахнете чаша, а след това - да извадите някои болтове. Ще бъде необходимо да се премахнат стоманените пръчки, използвани в бъдеще, като се създаде тестов портал.\nКонтролният чип ULN2003 ще се превърне в един от основните елементи. Възможно е отделно закупуване на части, ако се използват други видове микросхеми в скенера. Ако имате правилното устройство на борда, внимателно го премахнете. Процедурата за монтаж на контролера за CNC на Atmega8 16au с вашите собствени ръце е както следва:\nПърво загряваме калай с помощта на спойка.\nПремахването на горния слой изисква използването на засмукване.\nЕдиният край на отвертката е поставен под чипа.\nВърхът на запояващото желязо трябва да докосва всеки изход на чипа. Ако това условие е изпълнено, инструментът може да бъде натиснат.\nОсвен това, чипът се споява на борда, също и с най-голяма грижа. За първите стъпки на пробна версия можете да използвате оформления. Използваме вариант с две електропроводи. Един от тях се свързва с положително заключение, а другият с отрицателен.\nСледващата стъпка е да свържете изхода от втория конектор на паралелния порт към щифта в самия чип. Заключенията на съединителя и чипа трябва да бъдат свързани съответно.\nНулевият щифт е свързан към отрицателната шина.\nЕдин от последните етапи е запояване на стъпковия мотор към устройството за управление.\nЕ, ако можете да проучите документацията от производителя на устройството. Ако не, ще трябва сами да намерите подходящо решение.\nПрепоръчително е да свържете проводниците, така че те да могат лесно да бъдат свързани с крокодилските скоби. Клемите с винтови връзки са подходящи за решаване на проблемно решение. Както и всички други подобни подробности.\nКабелите са свързани към кабелите. И накрая, един от тях се свързва с положителния автобус.\nАвтобусите и контактите на захранващия блок трябва да бъдат свързани.\nТоплината от пистолета ще ви помогне да оправите детайлите, така че да не се чиптят.\nИзползваме Turbo CNC - програмата за управление\nТурбо CNC софтуерът ще работи точно с микроконтролер, който използва чипа ULN2003.\nИзползваме специализиран сайт, откъдето можете да изтеглите софтуера.\nВсеки потребител ще разбере как да направи инсталацията.\nТова е тази програма, която работи най-добре за MS-DOS. В режим на съвместимост с Windows може да се появят някои грешки.\nОт друга страна, тя ще позволи да се събере компютър с определени характеристики, съвместими с този софтуер.\nПрепоръки за настройки\nСлед първото стартиране на програмата се появява специален екран.\nНеобходимо е да натиснете празно. Така че потребителят се появява в главното меню.\nНатиснете F1 и след това изберете Configure.\nСлед това кликнете върху елемента "брой ос". Използвайте клавиша Enter.\nОстава само да въведете броя на соята, която планирате да използвате. В този случай имаме един мотор, затова натискаме фигура 1.\nЗа да продължите, използвайте Enter. Ние отново се нуждаем от клавиша F1, след като го използваме в менюто Configure, изберете Configure Axis. След това натиснете двукратно.\nТип устройство - това е, което ни трябва раздели, стигаме до него с многобройни табове. Стрелката надолу ви помага да стигнете до елемента Тип. Нуждаем се от клетка, наречена "Скала". Освен това определяме колко стъпки прави двигателят само по време на едно завъртане. За това е достатъчно да се знае номерът на частта. Тогава ще бъде лесно да се разбере колко градуса се превръща в една стъпка. Тогава броят на градусите се разделя на една стъпка. Така че изчисляваме броя на стъпките.\nОстаналите настройки могат да бъдат оставени в оригиналната форма. Полученият в клетката мащаб брой просто се копира в една и съща клетка, но на друг компютър. Стойността 20 трябва да бъде присвоена на клетката за ускорение. Стойността по подразбиране в тази област е 2000, но е твърде голяма, за да може системата да бъде събрана. Стартовото ниво е 20, а максимумът е 175. След това натиснете TAB, докато потребителят достигне елемента "Последна фаза". Тук трябва да поставим номера 4. След това натиснете клавиша Tab, докато стигнем до реда X, първият в списъка. Първите четири реда трябва да съдържат следните елементи:\nОстаналите клетки не трябва да правят никакви промени. Просто изберете ОК. Всичко, програмата е конфигурирана да работи с компютъра, самите изпълнителни устройства.\nЗа работата на почти всички електрически уреди са необходими специални задвижващи механизми. Ние предлагаме да се смята, че такова биполярно стъпков мотор на, неговата принцип на работа, как да се направи и инсталиране на устройството с ръцете си, както и къде да си купя един генератор с предавка.\nИнформация за стъпков диск\nЕднополярен или биполярен стъпков двигател (мотор) е специален електродвигател без постоянен ток, който разделя пълната революция на няколко равни стъпки. За да работите с това устройство, ви е необходима специална част: контролер на стъпков мотор.\nСнимки - Stepper мотор\nМагнитните части и намотки също се консумират и има също и арматурно табло (контролен блок), сигнализатори, предаватели.\nСнимка - Stepper моторни контролер\nИзползва се главно за машини за смилане и фрезоване, за експлоатация на различни домакински уреди, производствени механизми и превозни средства.\nВидео: Стъпкови двигатели\nКогато напрежението е приложено към клемите, специалните четки на мотора започват непрекъснато да се въртят. празен ход Стъпков двигател е уникален заради важни свойства: изчисли получени входни импулси (обикновено правоъгълна ориентация) в предварително определена позиция на заявената задвижващия вал.\nВсеки импулс придвижва вала под определен ъгъл. Устройствата с такъв редуктор са най-ефективни, ако имат няколко електромагнита тип зъбно колело, разположени около централно зъбно колело от желязо. Електромагнитите се възбуждат от верига за външно управление, която най-често се представя от микроконтролер. За да се извърши въртенето на вала на двигателя, един електромагнит, към който е приложена енергията, привлича зъбите на зъбното колело към неговата повърхност. Когато са подравнени с водещия електромагнит, те са леко изместени към следващата магнитна част.\nПървият електромагнит трябва да се изключи и следващият електромагнит трябва да се включи, а след това зъбното колело ще се завърти, за да се приведе в съответствие с предишното колело, след което процесът ще се повтори многократно. Тези ротации се наричат постоянна стъпка, скоростта на въртене на двигателя се определя чрез преброяване на броя на стъпките за пълно завъртане или завъртане на двигателя.\nСнимка - Стъпков двигател с разглобяема форма\nКонтролната схема на стъпковия двигател е, както следва:\nСнимка - Управление на стъпков двигател Снимка - Схема за управление на стъпков двигател Снимка - Проста схема\nСъщо така, драйверът за стъпков двигател се използва за наблюдение на работата на устройството. Това е необходимо, ако настроите мотора, за да работите с машината с ЦПУ, отделен ветрогенератор или да го използвате, за да управлявате вятърната мелница.\nОписание на видовете стъпкови двигатели\nСъществуват основно четири основни типа стъпкови мотори:\nС постоянен магнит\nХибриден синхронен стъпвач\nЗадвижване с постоянен магнит\nУстройствата с магнити използват магнитна част в ротора. Те работят върху принципа на привличане или отблъскване от ротора и статора на електромагнитния двигател. Променлива-стъпков двигател има прост ротор желязо и работи на базата на основния принцип, че минималната допустима отблъскване се случва с най-малък просвет, изхождайки от този момент на ротора са привлечени от магнитните полюси на статора. Хибридните устройства съчетават и двата описани по-рано принципа - това са най-скъпите устройства.\nСнимки - Хибриден Stepper Motor\nСтъпаловидни двуфазни двигатели\nНай-често срещаният вид на тези механизми се счита за стъпков двуфазен двигател. Това устройство е достатъчно просто, за да може да се инсталира без никакво опит и по-скоро сложно, за да струва повече от асинхронен двигател.\nПоетапният двуфазен домашно произвеждан и закупен двигател може да има два основни вида намотка за електромагнитни намотки: биполярни и еднополюсни.\nЕднополярен (еднополюсен) стъпков двигател е оборудван с една намотка с централен магнитен кран, който засяга всяка фаза. Всяка част от намотката е включена, за да осигури определена посока на магнитното поле. Тъй като в такава конструкция на магнитен полюс може да работи без допълнителен ключ, сегашната посока превключване веригата са направени много проста (например стандартно средно мотор ще само един транзистор) за всяка намотка. Обикновено, като се имат предвид фазовите смени: три проводника на фаза и шест за изходния сигнал са типични за двуфазовия двигател.\nСнимка - Рисуване на двуфазен електродвигател\nСтъпкови двигатели и техните микропроцесорни системи за управление са много интересна част от електроинженерните науки. Микроконтролерът на двигателя може да се използва за активиране на транзистора в желаната последователност (определена от програмата).\nНа свой ред намотките могат да бъдат свързани чрез докосване на свързващите проводници заедно с постоянните магнити на мотора. Ако са свързани бобините, валът ще бъде трудно да се завърти. Съпротивлението между общата жица и края на намотката е винаги равно на половината съпротивление между краищата на намотките и краищата на проводниците. Това е така, защото общата жица е винаги по-дълга от половината, която свързва намотките.\nБиполярните мотори са оборудвани с еднофазна намотка. Токът в него се връща с помощта на магнитен полюс, така че веригата за управление трябва да бъде по-сложна, обикновено с свързващ мост. Има два проводника на фаза, но те не са често срещани. Смесването на сигнала на стъпков двигател с по-висока честота може да намали ефекта на триене на системата.\nСнимки - Стъпков бифазен мотор\nСъщо така, има трифазен мотор, тя има тесен диапазон от дейности, като механизъм степер се използва за фрезови машини с ЦПУ (които се движат от компютър), като например Opel Vectra автомобили, Nissan, Renault, ВАЗ, както и други средства за транспорт, което изисква използването на педала на газта. Също така за устройството и принтера на Epson е стъпков мотор EM-234 (EM-234).\nКак да свържете стъпков двигател\nСтартовият мотор е свързан в съответствие с определена схема, в зависимост от това колко кабели има устройството и как искате да стартирате устройството.\nСтъпкови двигатели могат да бъдат снабдени с четири, пет, шест или осем кабела. Ако двигателят има четири проводника, той може да се използва само с биполярно устройство. Всяка от двете фазови намотки има двойка жици. Използвайте измервателния уред за определяне на двойки проводници с непрекъсната комуникация между тях, за да свържете водача стъпка по стъпка.\nМощният шест-жичен мотор има двойка проводници за всяка намотка и централен кран за всяка намотка. Той може да бъде свързан към еднополюсно или биполярно устройство. Използвайте габарита, за да отделите жицата. За да се свържете с устройство с едно устройство, можете да използвате всичките шест проводника. За биполярни, само един край на проводника и един централен кран на всяка намотка.\nПетте проводниковият двигател е подобен на шест-проводно устройство, но централните клеми са свързани вътрешно като твърд кабел и преминават към един проводник. Следователно, практически е невъзможно да се разделят намотките един от друг без разкъсвания. Най-доброто решение е да се определи центъра на проводника и да се свържете с други проводници, този режим е не само много безопасен, но и най-ефективен. След като свържете устройството и проверете неговата работа.\nСнимка - инсталиране на стъпков двигател\nНоминалното напрежение ще доведе до първична намотка при постоянен ток.\nПървоначалната скорост на въртящия момент на стъпковия двигател ще се промени пропорционално на тока. От задвижващата верига и индуктивността на намотките зависи от това колко бързо линейният момент намалява при последващи по-високи скорости. Често стъпкови двигатели са пригодени за тежки работни условия, имат степен на защита IP65.\nЧесто се сравняват серво мотор (серво) и модел на топка, но последните работят много по-дълго и са по-продуктивни, те се нуждаят от по-рядък ремонт. Но устройството може да пропусне повече волта. Поради това не е уместно да се сравняват тези модели.\nПреди да изберете устройство, трябва да знаете характеристиките на най-популярните руски двигатели:\nСтерео моторни контролери\nСтъпковите двигатели са използвани дълго и успешно в голямо разнообразие от устройства. Те могат да бъдат намерени в дискови устройства, принтери, плотери, скенери, факсове, както и в разнообразно промишлено и специално оборудване. В момента се произвеждат много различни видове стъпкови двигатели за всички случаи. Въпреки това, за да изберете правилния тип двигател е още половин дузина. Също толкова важно е да изберете правилната схема на водача и нейния алгоритъм за работа, който често се определя от програмата на микроконтролера. Целта на тази статия е да систематизира информацията за устройството на стъпкови двигатели, как да ги управлява, схеми на водача и алгоритми. Като пример е представено практическо изпълнение на прост и евтин драйвер за стъпкови двигатели, базиран на микроконтролера на семейството AVR.\nКакво е стъпков двигател и защо е необходимо?\nСтъпковият мотор е електромеханично устройство, което преобразува електрическите импулси в дискретни механични измествания. Така че, може би, можете да дадете строго определение. Вероятно всеки е видял как изглежда стъпковият мотор отвън: практически не се различава от другите видове двигатели. Най-често това е кръгла кутия, вал, няколко извода (Фигура 1).\nФиг. 1. Външен вид на стъпкови двигатели от семейството DShI-200.\nВъпреки това, стъпкови двигатели имат някои уникални свойства, които понякога ги правят изключително удобни за използване или дори незаменими.\nКакво е добър стъпков двигател?\nЪгълът на въртене на ротора се определя от броя импулси, които се подават към двигателя\nдвигателят осигурява пълен въртящ момент в режим на спиране (ако намотките се захранват с енергия)\nпрецизно позициониране и повторяемост. Добрите стъпкови двигатели имат точност от 3-5% от размера на стъпката. Тази грешка не се натрупва от стъпка към стъпка\nвъзможност за бързо стартиране / спиране / обръщане\nвисока надеждност поради липсата на четки, животът на стъпковия двигател всъщност се определя от живота на лагерите\nНедвусмислената зависимост на позицията на входните импулси осигурява позициониране без обратна връзка\nвъзможността за получаване на много ниски скорости за товар, свързан директно към вала на двигателя без междинна предавка\nможе да бъде блокиран доста голям диапазон от скорости, скоростта е пропорционална на честотата на входните импулси\nНо не всичко е толкова добро.\nСтепен моторна присъщ феномен на резонанс\nВъзможна загуба на контрол на позицията поради работа без обратна връзка\nконсумацията на енергия не намалява дори без товар\nТрудно е да работите при високи скорости\nсравнително сложна контролна схема\nСтъпковите двигатели принадлежат към класа на безчеткови DC мотори. Подобно на всички безчеткови мотори, те имат висока надеждност и дълъг експлоатационен живот, което им позволява да бъдат използвани в критични, например промишлени приложения. В сравнение с конвенционалните DC мотори, стъпкови двигатели изискват значително по-сложни схеми на управление, които трябва да се извършват от всички комутации на намотките, когато двигателят работи. Освен това самият стъпков мотор е скъпо устройство, поради което, когато не се изисква точно позициониране, конвенционалните колекторни двигатели имат забележимо предимство. За целите на справедливостта следва да се отбележи, че през последните години контролерите за колекторни двигатели все повече се използват от контролери, които по отношение на сложността са почти толкова добри, колкото и контролерите за стъпкови мотори.\nЕдно от основните предимства на стъпкови двигатели е способността да се извършва прецизно позициониране и контрол на скоростта без сензор за обратна връзка. Това е много важно, тъй като такива сензори могат да струват много повече от самия двигател. Това обаче е подходящо само за системи, които работят с ниско ускорение и с относително постоянно натоварване. В същото време системите за обратна връзка могат да работят с големи ускорения и дори с променлив модел на натоварване. Ако натоварването на стъпковия мотор надвиши въртящия момент, информацията за позицията на ротора се загуби и системата изисква затваряне, например посредством ограничителен прекъсвач или друг сензор. Системите с обратна връзка нямат такъв недостатък.\nПри проектирането на специфични системи е необходимо да се направи избор между сервомотора и стъпковия двигател. Когато това се изисква точност на позициониране и точен контрол на скоростта, задължително въртящ момент и скорост са в рамките на допустимите граници, ускоряващия мотор е най-икономичното решение. Както при конвенционалните двигатели, може да се използва редукторна скоростна кутия за увеличаване на въртящия момент. Въпреки това, при стъпкови двигатели редукторът не винаги е подходящ. За разлика от колекторните двигатели, при които въртящият момент се увеличава с нарастваща скорост, стъпковият мотор има по-голям момент при ниски скорости. В допълнение, стъпкови двигатели имат много по-ниска максимална скорост в сравнение с колекторните двигатели, което ограничава максималното предавателно отношение и съответно увеличаването на въртящия момент с помощта на скоростната кутия. Готовите стъпкови двигатели с редуктори, въпреки че съществуват, са екзотични. Друг факт, който ограничава използването на скоростната кутия, е нейното присъщо противопоставяне.\nВъзможността за получаване на ниска честота на въртене често е причината за това, че разработчиците, които не са в състояние да проектират редуктор, използват ненужно често използвани стъпкови двигатели. В същото време колекторният мотор има по-висока специфична мощност, по-ниска себестойност, проста управляваща верига и заедно с едностепенна червячна скоростна кутия е в състояние да осигури същия диапазон на скоростта като стъпковия двигател. В допълнение, в същото време се предоставя много по-голямо време. Задвижванията, базирани на колекторни двигатели, често се използват във военната технология и индиректно показват добри параметри и висока надеждност на тези задвижвания. И в модерните битови уреди, автомобилите, индустриалното оборудване и колекторите са широко разпространени. Въпреки това, стъпкови двигатели имат свой собствен, макар и твърде тесен обхват, където са абсолютно необходими.\nВидове стъпкови двигатели\nИма три основни вида стъпкови двигатели:\nдвигатели с променливо магнитно съпротивление\nдвигатели с постоянни магнити\nОпредели вида на двигателя е възможно дори и на пипане: де-напрежение по време на въртене на вала на двигател с постоянни магнити (или хибрид) усети променлива устойчивост на въртене, двигателят се върти като щракне. В същото време валът на изключен двигател с променливо магнитно съпротивление се върти свободно. Хибридните двигатели са по-нататъшно подобрение на двигателите с постоянни магнити и по пътя на управлението те не се различават от тях. Видът на двигателя може да се определи и от конфигурацията на намотките. Двигателите с променливо магнитно съпротивление обикновено имат три (рядко четири) намотки с един общ терминал. Двигателите с постоянни магнити най-често имат две независими намотки. Тези намотки могат да имат кранове от средата. Понякога двигателите с постоянни магнити имат 4 отделни намотки.\nВ стъпков двигател въртящият момент се генерира от магнитните потоци на статора и ротора, които са съответно ориентирани един към друг. Статорът е направен от материал с висока магнитна пропускливост и има няколко полюса. Полюсът може да се определи като част от магнетизирано тяло, където е концентрирано магнитното поле. Полюсите имат статор и ротор. За да се намалят загубите, дължащи се на вихрови токове, магнитните ядра се сглобяват от отделни плочи, подобни на ядрото на трансформатора. Въртящият момент е пропорционален на магнитуда на магнитното поле, който е пропорционален на тока в намотката и броя на завоите. Така моментът зависи от параметрите на намотките. Ако поне една намотка на стъпковия двигател е задействана, роторът заема определена позиция. Той ще бъде в това положение, докато външният приложен момент надхвърли определена стойност, наречена времето за задържане. След това роторът ще се завърти и ще се опита да заеме едно от следните равновесни позиции.\nМотори с променливо магнитно съпротивление\nСтъпаловидните двигатели с променливо магнитно съпротивление имат няколко стълба на статора и ротор с форма на зъбно колело, изработен от мек магнитен материал (фиг.2). Няма магнетизация на ротора. За простота роторът има 4 зъба във фигурата, а статорът има 6 полюса. Двигателят има 3 независими намотки, всеки от които е навит на два противоположни полюса на статора. Този двигател има стъпка от 30 градуса.\nФиг. 2. Мотор с променливо магнитно съпротивление.\nКогато токът е включен в една от намотките, роторът има тенденция да заема позицията, когато магнитният поток е затворен, т.е. Зъбите на ротора ще бъдат противоположни на онези полюси, на които е разположена захранващата бобина. Ако след това изключите тази намотка и включите следващата, роторът променя позицията си, като отново затваря магнитните си потоци. По този начин, за да се извърши непрекъснато въртене, е необходимо фазите да се завъртат последователно. Двигателят не е чувствителен към посоката на тока в намотките. Реалният мотор може да има по-голям брой полюси на статора и повече зъби на ротора, което съответства на повече стъпки на въртене. Понякога повърхността на всеки полюс на статора е врязана, което заедно със съответните зъби на ротора осигурява много малка стойност на ъгъла на наклона от порядъка на няколко градуса. Двигателите с променливо магнитно съпротивление рядко се използват в индустриални приложения.\nДвигателите с постоянни магнити се състоят от статор, който има намотки, и ротор, съдържащ постоянни магнити (Фигура 3). Редуващите се полюси на ротора имат праволинейна форма и са успоредни на оста на двигателя. Поради магнетизирането на ротора такива двигатели осигуряват по-голям магнитен поток и вследствие на това по-голям момент, отколкото при двигатели с променливо магнитно съпротивление.\nФиг. 3. Двигателят с постоянни магнити.\nДвигателят, показан на фигурата, има 3 двойки роторни полюси и 2 чифта статорни стълбове. Двигателят има две независими намотки, всяка от които е навита на два противоположни полюса на статора. Такъв двигател, подобно на предишния обсъждан мотор с променлива съпротива, има размер на стъпалото от 30 градуса. Когато токът е включен в една от намотките, роторът има тенденция да заема позиция, в която противоположните полюси на ротора и на статора са противоположни един на друг. За да извършите непрекъснато завъртане, е необходимо фазите да се завъртат последователно. На практика двигателите с постоянен магнит обикновено имат 48 до 24 стъпки на оборот (ъгъл на стъпката от 7.5 до 15 градуса).\nСекцията на истински стъпков двигател с постоянни магнити е показана на фиг. 4.\nФиг. 4. Изрязване на стъпков двигател с постоянни магнити.\nЗа да се намалят разходите за конструиране на двигателя, статорното ядро е направено под формата на щамповано стъкло. Вътре са полюсни елементи под формата на ламели. Фазовите намотки са поставени на две различни магнитни вериги, които са монтирани един към друг. Роторът е цилиндричен многополюсен постоянен магнит.\nДвигателите с постоянни магнити са засегнати от обратния EMF от страна на ротора, което ограничава максималната скорост. За работа при високи скорости се използват двигатели с променливо магнитно съпротивление.\nХибридните двигатели са по-скъпи от двигателите с постоянен магнит, но те осигуряват по-малък размер на стъпката, по-голям въртящ момент и по-голяма скорост. Типичният брой стъпки на въртене за хибридни двигатели е от 100 до 400 (ъгълът на стъпалото е от 3,6 до 0,9 градуса). Хибридните двигатели съчетават най-добрите характеристики на двигателите с променливо магнитно съпротивление и двигателите с постоянни магнити. Роторът на хибридния двигател има зъби, разположени в аксиална посока (фигура 5).\nФиг. 5. Хибриден двигател.\nРоторът е разделен на две части, между които е цилиндричен постоянен магнит. По този начин зъбите на горната половина на ротора са северните полюси, а зъбите на долната половина са южни. Освен това, горната и долната половина на ротора се въртят една спрямо друга с половината ъгъл на стъпалото на зъбите. Броят на двойките полюси на ротора е равен на броя на зъбите на една от неговите половини. Назъбените полюсни части на ротора, подобно на статора, се набират от отделни плочи, за да се намалят загубите от вихрови токове. Статорът на хибридния двигател също има зъби, осигуряващи голям брой еквивалентни полюси, за разлика от основните полюси, на които са разположени намотките. Обикновено 4 основни полюса се използват за 3,6 градуса. двигатели и 8 основни полюса за 1.8 и 0.9 градуса. двигатели. Зъбите на ротора осигуряват по-малко съпротивление на магнитната верига при определени позиции на ротора, което подобрява статичния и динамичния въртящ момент. Това се осигурява от правилното подреждане на зъбите, когато част от зъбите на ротора е точно срещу зъбите на статора и част от тях. Връзката между броя на полюсите на ротора, броя на еквивалентните статорни полюси и броя на фазите определя ъгъла на стъпка S на двигателя:\nкъдето Nph е броят на еквивалентните полюси на фаза = броя на полюсите на ротора,\nPh е броят на фазите,\nN е общият брой на полюсите за всички фази заедно.\nРоторът на двигателя, показан на фигурата, има 100 полюса (50 двойки), моторът има 2 фази, поради което общият брой на полюсите е 200, а терена е съответно 1,8 градуса.\nНадлъжната част на хибридния стъпков двигател е показана на фиг. 6. Стрелките показват посоката на магнитния поток на постоянния магнит на ротора. Част от потока (показан на фигурата с черна линия) преминава през полюсните части на ротора, въздушните междини и върха на полюса на статора. Тази част не участва в създаването на момента.\nФиг. 6. Надлъжно сечение на хибридния стъпков двигател.\nКакто може да се види на фигурата, въздушните пролуки в горния и долния край на върха на ротора са различни. Това се постига чрез завъртане на полюсните части на половината стъпка на зъбите. Следователно, има още една магнитна верига, която съдържа минимални въздушни пролуки и вследствие на това има минимално магнитно съпротивление. Тази верига затваря друга част от потока (на фигурата се показва с пунктирана бяла линия), което създава момент. Част от веригата се намира в равнина, перпендикулярна на фигурата, поради което не е показана. В същата равнина се създава магнитният поток на статорната бобина. В хибриден двигател този поток е частично затворен от полюсните части на ротора, а постоянният магнит "го вижда" слабо. Затова, за разлика от DC моторите, хибридът на хибридния двигател не може да бъде демагнитизиран при никаква стойност на тока на намотките.\nПространството между зъбите на ротора и статора е много малко - обикновено 0.1 мм. Това изисква висока точност в монтажа, така че стъпковият мотор не трябва да се разглобява заради удовлетворението на любопитството, в противен случай неговият експлоатационен живот може да свърши там.\nЧе магнитният поток не е затворен през вала, преминаващ вътре в магнита, той е направен от немагнитни стоманени класове. Те обикновено имат повишена крехкост, така че с вал, особено малък диаметър, трябва да се справите внимателно.\nЗа да се получат големи моменти, е необходимо да се увеличи както полето, създадено от статора, така и полето на постоянния магнит. Това изисква по-голям диаметър на ротора, което влошава съотношението на въртящия момент към момента на инерцията. Поради това мощните стъпкови двигатели понякога са структурно изпълнени от няколко секции под формата на стек. Въртящият момент и моментът на инерция нарастват пропорционално на броя на секциите и тяхното съотношение не се влошава.\nИма и други проекти на стъпкови двигатели. Например, мотори с диск магнетизиран ротор. Тези двигатели имат малък момент на инерция на ротора, което в някои случаи е важно.\nПовечето модерни стъпкови двигатели са хибридни. Всъщност, хибридният двигател е двигател с постоянен магнит, но с голям брой стълбове. Чрез метода на управление тези двигатели са еднакви, само такива двигатели ще бъдат разгледани допълнително. Най-често, на практика, двигателите имат 100 или 200 стъпки на революция, съответно стъпката е 3,6 grd или 1,8 gd. Повечето контролери ви позволяват да работите в режим на половин стъпка, където този ъгъл е половината от размера, а някои контролери осигуряват режим на микро стъпване.\nБиполярни и еднополюсни стъпкови двигатели\nВ зависимост от конфигурацията на намотките, двигателите са разделени на биполярни и еднополюсни. Биполярният двигател има една намотка във всяка фаза, която трябва да бъде обърната от водача, за да се промени посоката на магнитното поле. За този тип двигател се изисква мостов водач или половин мост с биполярно захранване. Общо взето, двуполюсният двигател има две намотки и съответно четири извода (фигура 7а).\nФиг. 7. Биполярен мотор (a), еднополюсен (b) и четири намотки (c).\nUnipolar мотор има и една ликвидация във всяка фаза, но от средата на намотката се изтегля кран. Това ви позволява да промените посоката на магнитното поле, създадена от намотката, просто превключвайки половините на намотката. Това значително опростява веригата на водача. Водачът трябва да има само 4 прости бутона. По този начин, в еднополюсен двигател се използва друг начин за промяна на посоката на магнитното поле. Средните изводи на намотките могат да бъдат комбинирани в двигателя, така че този мотор може да има 5 или 6 щифта (фиг.7b). Понякога еднополюсните мотори имат отделни 4 намотки, поради което те погрешно се наричат 4-фазни двигатели. Всяка намотка има отделни изводи, така че всички заключения от 8 (фиг.7c). При подходящо свързване на намотките този мотор може да се използва като еднополюсен или биполярен. Монополярен мотор с две намотки и завои може да се използва и в биполярен режим, ако завоите не са свързани. И в двата случая токът на намотките трябва да бъде избран така, че да не превишава максималната разсейвана мощност.\nБиполярно или еднополюсно?\nАко сравним биполярни и еднополюсни мотори, тогава биполярно има по-висока специфична мощност. При същия размер, биполярни двигатели осигуряват повече въртящ момент.\nМомент, генериран стъпков двигател е пропорционална на магнитното поле, генерирано от намотките на статора. Начинът за увеличаване на магнитното поле е да се увеличи токът или броят на завъртанията на намотките. Естествено ограничение при увеличаване на тока на намотките е опасността от насищане на желязната сърцевина. На практика това ограничение е рядко. Много по-важно е ограничаването на нагряването на двигателя поради омични загуби в намотките. Само този факт показва едно от предимствата на биполярни двигатели. При еднополюсен мотор се използват само половината от намотките. Другата половина просто се извършва в основната кутия, принуждавайки да направя намотката е по-малък диаметър тел. В същото време всички намотки работят винаги в биполярен мотор, т.е. тяхното използване е оптимално. При такъв двигател напречното сечение на отделните намотки е два пъти по-голямо, а омическата устойчивост е два пъти по-малко. Това увеличава тока в основата на два пъти при същите загуби, като печалбата в момента около 40%. Ако не се изисква увеличен въртящ момент, еднополюсният мотор може да намали размера или просто да работи с по-малко загуби. На практика, често се използват еднополюсни мотори, тъй като те изискват много по-прости схеми за управление на намотките. Това е важно, ако драйверите са направени на дискретни компоненти. В момента има специализирана водача IC за биполярни мотори, с които водачът не е, че много по-трудно, отколкото на еднополюсния двигателя. Например, този чип L293E, L298N или L6202 фирма SGS-Thomson, PBL3770, PBL3774 фирма Ericsson, NJM3717, NJM3770, NJM3774 фирма JRC, A3957 компания Allegro, LMD18T245 National Semiconductor фирма.\nИма няколко начина за управление на фазите на стъпков двигател.\nПървият метод се осигурява чрез променлива фазова комутация, но те не се припокриват, само една фаза се включва едновременно (Фигура 8а). Този метод се нарича "еднофазно" в пълен или вълнов режим. Равновесните точки на ротора за всеки етап съвпадат с "естествените" равновесни точки на ротора в двигателя без захранване. Недостатъкът на този метод за управление е, че за биполярен двигател се използват едновременно 50% от намотките, а за еднополюсен двигател - само 25%. Това означава, че в този режим не може да се получи пълният момент.\nФиг. 8. Различни начини за управление на фазите на стъпковия двигател.\nВторият начин е да се контролират фазите с припокриване: в същото време се включват две фази. Тя се нарича "двуфазов" пълен етап или просто пълен стъпков режим. С този метод на управление роторът е фиксиран в междинни положения между полюсите на статора (Фигура 8Ь) и е осигурен приблизително с 40% повече време, отколкото в случая на една фаза. Този контролен метод осигурява същия ъгъл на наклона като първия метод, но положението на равновесните точки на ротора се измества с половин стъпка.\nТретият метод е комбинация от първите два и се нарича polushagovym режим ", с една и две фаза на" половин режим на половин стъпка стъпка или, когато двигателят е стъпка в половината от основните. Този метод на контрол е често срещано явление, като двигател с по-малък стъпка е по-скъп и е много съблазнително да се получи 100-стъпков мотор 200 стъпки на оборот. Всяка втора стъпка се подава само една фаза, а в останалите случаи два от тях се захранват с енергия (Фигура 8с). В резултат ъгловото преместване на ротора е половината от ъгъла на наклона за първите два контролни метода. В допълнение към намаляване на метода на крачка размер контрол частично позволява да се отървете от феномена резонанс. Polushagovy режим обикновено не е възможно да се получи общия момента, въпреки че най-съвършените шофьорите polushagovy прилагат модифициран режим, в който двигателят осигурява значително на пълен работен ден с разсейването на енергия е по-малка от номиналната.\nДруг метод за управление се нарича микро-стъпков режим или микро стъпков режим. С този метод на управление токът във фазите трябва да бъде променен на малки стъпки, като по този начин се гарантира смачкване на половината стъпка в още по-малки стъпки. Когато две фази са едновременно свързани, но техните токове не са равни, тогава равновесното положение на ротора няма да се намира в средата на стъпалото, а на друго място, определено от съотношението на фазовите токове. Ако промените тази връзка, можете да предоставите няколко микро стъпки в рамките на една стъпка. В допълнение към увеличаването на разделителната способност, режимът на микро стъпало има и други предимства, които ще бъдат описани по-долу. В същото време, за осъществяване на режима на микростепеция, са необходими значително по-сложни драйвери, които позволяват да се настрои токът в намотките с необходимата дискретност. Половин стъпков режим е специален случай на режима за микростепеция, но не изисква формиране на стъпаловиден ток на захранването на намотката, така че често се реализира.\nВ режим на пълна стъпка с включена две фази позициите на равновесните точки на ротора се преместват на половин стъпка. Следва да се отбележи, че тези позиции се приемат от ротора, когато двигателят работи, но позицията на ротора не може да остане непроменена след изключване на намотката. Следователно, когато захранването на двигателя е включено и изключено, роторът ще се премести на половин стъпка. За да не се движи при спиране, е необходимо да се приложи задържащ ток към намотките. Същото важи и за режимите в половин стъпка и микростепеция. Трябва да се отбележи, че ако роторът на двигателя се изключи в изключено състояние, след захранването роторът може да бъде изместен и за по-голяма стойност от половината от стъпката.\nЗадържащият ток може да е по-малък от номиналния ток, тъй като двигателят с фиксиран ротор обикновено не изисква голям въртящ момент. Има обаче приложения, при които в спряно състояние двигателят трябва да осигури пълен въртящ момент, който е възможен за стъпков двигател. Това свойство на стъпковия двигател позволява в такива ситуации да се освободят механичните спирачни системи. Тъй като съвременните драйвери ви позволяват да регулирате захранващия ток на намотките на двигателя, задаването на необходимия ток на задържане обикновено не е проблем. Задачата обикновено се състои само от подходяща софтуерна поддръжка за управляващия микроконтролер.\nОсновният принцип на стъпковия двигател е създаването на въртящо се магнитно поле, което кара ротора да се върти. Ротационното магнитно поле се създава от статор, чиито намотки са подходящо захранвани.\nЗа двигател, в който е заредена една намотка, зависимостта на въртящия момент от ъгъла на въртене на ротора спрямо равновесната точка е приблизително синусоидална. Тази зависимост за двумоторен двигател, който има N стъпки на въртене (ъгълът на стъпалото в радиани S = (2 * pi) / N), е показан на Фиг. 9.\nФиг. 9. Зависимостта на момента от ъгъла на въртене на ротора за единична бобина.\nВсъщност естеството на зависимостта може да бъде малко по-различно, което се обяснява с несъвършенството на геометрията на ротора и статора. Пиковата стойност на момента се нарича времето на задържане. Формулата, описваща зависимостта на момента от ъгъла на въртене на ротора, има следната форма:\nкъдето Т е моментът, Th е времето за задържане,\nS е ъгълът на стъпката,\nФ е ъгълът на въртене на ротора.\nАко външният въртящ момент е приложен към ротора, което надвишава задържащия момент, роторът ще се върти. Ако външният въртящ момент не надвишава времето за задържане, роторът ще бъде в равновесие в ъгъла на стъпката. Трябва да се отбележи, че при изключен двигател времето на задържане не е нулево поради действието на постоянните магнити на ротора. Този въртящ момент обикновено е около 10% от максималния въртящ момент, осигурен от двигателя.\nПонякога се използват термините "механичен ъгъл на въртене на ротора" и "електрически ъгъл на въртене на ротора". Механичният ъгъл се изчислява въз основа на това, че общото въртене на ротора е 2 * pi радиани. При изчисляване на електрически ъгъл се приема, че едно завъртане съответства на един период на ъгловата зависимост на ъгловия импулс. За горните формули Р е механично ъгъл на завъртане на ротора, и електрически ъгъл на двигателя с четири стъпки по кривата на период въртящ момент равнява ((пи / 2) / S) * F или (N / 4) * Р, където N - брой стъпки на революция. Електрическият ъгъл всъщност определя ъгъла на въртене на статорното магнитно поле и позволява теорията да бъде конструирана независимо от броя на стъпките на въртене за даден двигател.\nАко двете намотки на мотора са захранвани едновременно, моментът ще бъде равен на сумата от моментите, осигурени от намотките отделно (Фигура 10).\nФиг. 10. Зависимостта на момента от ъгъла на въртене на ротора за две заредени намотки.\nВ този случай, ако течовете в намотките са еднакви, точката на максимума на момента ще бъде изместена с половината стъпка. На половин стъпка, точката на равновесие на ротора (точка е на фигурата) също ще се промени. Този факт е и основата за прилагане на полу-стъпков режим. Пиковата стойност на момента (момента на задържане) в този случай ще бъде в основата на два пъти по-голяма, отколкото при една заредена бобина.\nкъдето Th2 - времето на задържане на две намотки,\nTh1 - времето за задържане на единична бобина.\nТози момент обикновено се посочва в характеристиките на стъпковия двигател.\nМагнитудът и посоката на магнитното поле са показани във векторна диаграма (Фигура 11).\nФиг. 11. Размер и посока на магнитното поле за различните фази на захранването.\nОсите X и Y съвпадат с посоката на магнитното поле, произведена от намотките на първата и втората фази на двигателя. Когато двигателят е включен от една фаза, на ротора могат да заемат позиции 1, 3, 5, 7. Ако са включени две фази, на ротора могат да заемат позиции 2, 4, 6, 8. Освен това, в този режим, колкото по-дълго време от тя е пропорционална на дължината на вектора на фигурата. И двата метода за контрол осигуряват пълен етап, но равновесните позиции на ротора се преместват наполовина. Ако се комбинират тези два метода, и се подава към намотката съответния импулс последователност, е възможно да се направи ротора последователно заемат позиции 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, което съответства на половин стъпка.\nВ сравнение с режима на пълен стъпков режим, режимът в половин стъпка има следните предимства:\nПо-висока резолюция без използване на по-скъпи двигатели\nпо-малки проблеми с явлението резонанс. Резонансът води до частична загуба на въртящ момент, която обикновено не пречи на нормалната работа на устройството.\nНедостатъкът на полу-стъпков режим е доста значимо колебание на момента от стъпка към стъпка. В тези позиции на ротора, когато се захранва една фаза, моментът е приблизително 70% от пълното, когато две фази се захранват. Тези колебания могат да причинят повишени вибрации и шум, въпреки че те все още остават по-малки от тези в пълен режим.\nНачинът за елиминиране на колебанията на въртящия момент е да се повиши въртящ момент в позиции с една фаза включен и по този начин да се осигури същия въртящ момент във всички позиции на ротора. Това може да се постигне чрез увеличаване на тока в тези позиции до около 141% от номиналната стойност. Някои шофьори, като PBL 3717/2 и Ericsson PBL 3770A, имат логически входове за промяна на текущата стойност. Трябва да се отбележи, че стойността от 141% е теоретична, затова при приложения, изискващи висока точност на поддържането на въртящия момент, тази стойност трябва да бъде избрана експериментално за конкретна скорост и конкретен двигател. Тъй като токът се увеличава само в онези моменти, когато една фаза е включена, разселената мощност е равна на мощността в режим на пълен етап при ток от 100% от номиналния ток. Това увеличение на тока обаче изисква по-високо напрежение, което не винаги е възможно. Има и друг подход. За да се премахнат колебанията на въртящия момент по време на работа на двигателя в режим на половин стъпка, е възможно да се намали токът в тези моменти, когато са включени две фази. За да се получи постоянен въртящ момент, този ток трябва да бъде 70,7% от номиналния ток. По този начин, той реализира режим на половин стъпка, например, драйвера за чипове A3955 от Allegro.\nЗа режим на половин стъпка е много важно да влезете в състояние, при което една фаза е изключена. За да принуди ротора да заеме подходящо положение, токът във фазата на изключване трябва да се намали до нула възможно най-скоро. Продължителността на текущото разпадане зависи от напрежението на намотката в момент, когато тя губи съхранената си енергия. Чрез затваряне на намотката на захранващото устройство, което представлява максималното напрежение в системата, се осигурява максимално спадане на тока. За бързо ток гниене на намотките, когато трябва да бъде затворен мощност H-мост транзистори всички, бобината превръща чрез диоди, свързани към източник на захранване. Скоростта на текущо разпадане ще бъде значително намалена, ако един транзистор на моста остане отворен и късо съединение на намотката към транзистор и диод. За да увеличите скоростта в управлението на униполярни мотори потискат самостоятелно предизвикан емисиите от ЕМП е за предпочитане да не се извършва на диоди и варистори, или комбинация от диоди и ценерови диоди, които ще ограничат емисиите от големи, но безопасен за нивото на транзистора.\nРежимът "microstepping" се осигурява чрез получаване на статорно поле, което се върти по-гладко, отколкото в режим на пълен или полу стъпков режим. В резултат на това се осигуряват по-малки вибрации и операцията е почти безшумна, до нулева честота. В допълнение, по-малък ъгъл на стъпката е в състояние да осигури по-точно позициониране. Има много различни микро-стъпкови режими, с стъпка от 1/3 пълна стъпка до 1/32 и още по-малко. Стъпковият мотор е синхронен двигател. Това означава, че равновесното положение на фиксирания ротор съвпада с посоката на магнитното поле на статора. Когато полето на статора се завърти, роторът се завърта и се стреми да заеме ново равновесно положение.\nФиг. 12. Зависимостта на момента от ъгъла на въртене на ротора при различни стойности на фазовия ток.\nЗа да се постигне желаната посока на магнитното поле, е необходимо да се избере не само правилната посока на токовете в намотките, но и правилното съотношение на тези токове.\nАко две намотки на двигателя са едновременно захранвани, но токовете в тези намотки не са равни (фигура 12), резултантният въртящ момент ще бъде\nTh = (а2 + b2) 0.5,\nТочката на равновесие на ротора ще се премести в точката\nх = (S / (pi / 2)) актан (б / а),\nкъдето a и b са моментът, създаден съответно от първата и втората фази,\nTh е резултантното време на задържане,\nх е равновесното положение на ротора в радиани,\nS е ъгълът на стъпалото в радианите.\nИзместването на равновесната точка на ротора показва, че роторът може да бъде фиксиран във всяко произволно положение. За това е необходимо само да се установи правилно съотношението на токовете във фазите. Това е фактът, който се използва при внедряването на микростепенния режим.\nОще веднъж трябва да се отбележи, че горните формули са верни само ако зависимостта на ъгловия импулс от ъгъла на ротора е синусоидална и ако никаква част от магнитната верига на двигателя не е наситена.\nВ границата стъпковият мотор може да работи като синхронен двигател в режим на непрекъснато въртене. За това токовете на неговите фази трябва да са синусоидални, изместени една спрямо друга с 90 градуса.\nРезултатът от използването на режима в микросцената е много по-гладко въртене на ротора при ниски честоти. При честоти от 2 до 3 пъти по-високи от резонансната резонансна честота на ротора и натоварването, режимът на микростепеция осигурява незначителни предимства в сравнение с режимите полу-или стъпкови. Причината за това е филтриращият ефект на инерцията на ротора и натоварването. Системата със стъпков двигател работи като нискочестотен филтър. В режим "стъпка на стъпка" можете да ускорявате и забавяте само, а основното време за работа в пълен режим. Освен това, за да се постигнат високи скорости в режим "microstepping", се изисква много висок процент на повторение на микро стъпки, които контролният микроконтролер не винаги може да осигури. За да се предотврати преходни и стъпки загуба превключване режима на работа на двигателя (на общия режим стъпка microstepping и т.н.) трябва да се извършват в моменти, когато роторът е в позиция, съответстваща на една фаза включен. Някои микрочипове на микропроцесорите имат специален сигнал, който информира за тази позиция на ротора. Например, това е драйвер Allegro A3955.\nВ много приложения, където се изискват малки относителни движения и висока разделителна способност, режимът на микро стъпката може да замени механичната скоростна кутия. Често простотата на системата е решаващ фактор, дори ако трябва да използвате голям двигател. Въпреки факта, че водачът, осигуряващ режима за микростепеция, е много по-сложен от обичайния шофьор, системата все още може да бъде по-проста и по-евтина от стъпков двигател, плюс редуктор. Съвременните микроконтролери понякога имат вградени DAC, които могат да се използват за внедряване на режим на микропроцес вместо специални контролери. Това прави възможно да се направят почти същите разходи за оборудване за пълен и многостъпален режим.\nПонякога се използва режим на микростепеция, за да се увеличи точността на размера на стъпката в допълнение към обявения от производителя двигател. Използва се номиналният брой стъпки. За да се подобри точността, се използва корекцията на позицията на ротора при равновесни точки. За да направите това, първо премахнете характеристиката на конкретен двигател и след това, като промените съотношението на токовете във фазите, коригирайте позицията на ротора поотделно за всяка стъпка. Този метод изисква предварително калибриране и допълнителни ресурси на управляващия микроконтролер. Освен това е необходим първоначален датчик за позициониране на ротора, за да се синхронизира положението му с таблицата корекционни коефициенти.\nНа практика при всеки етап роторът не спира незабавно в ново равновесно положение, но изпълнява обезвъздушени колебания около равновесното положение. Времето за създаване зависи от характеристиките на товара и от веригата на водача. В много приложения подобни колебания са нежелателни. За да се отървете от това явление, е възможно с помощта на режима на микростепен. На фиг. 13 показва изместването на ротора при работа в пълен и микро стъпков режим.\nФиг. 13. Роторни движения в режими в пълен и многостепенен режим.\nМоже да се види, че в режим на пълен етап има емисии и колебания, докато в режим "стъпка на стъпка" няма такива. Въпреки това, дори в този режим графиката на позицията на ротора е различна от правата линия. Тази грешка се дължи на грешката в геометрията на частите на двигателя и може да бъде намалена чрез извършване на калибриране и последваща компенсация чрез регулиране на фазовите токове.\nНа практика съществуват някои фактори, които ограничават точността на устройството в режима в микро стъпката. Някои от тях се отнасят до шофьора, а някои директно до двигателя.\nОбикновено производителите на стъпкови двигатели посочват параметър като стъпка на точност. Точността на стъпалото е показана за равновесните позиции на ротора с включени две фази, чиито токове са равни. Това съответства на режим на пълна стъпка с фазово припокриване. За режим на микростепениране, когато фазовите токове не са равни, нормално няма данни.\nИдеалният стъпков мотор с фазово и синусоидно и косинусно захранване с ток трябва да се върти с постоянна скорост. Истинският двигател в този режим ще изпита някои колебания на скоростта. Това се дължи на нестабилността на въздушната междина между полюсите на ротора и на статора, наличието на магнитна хистерезис, което води до грешки в магнитуда и посоката на магнитното поле и т.н. Ето защо равновесните позиции и моментът имат някои отклонения. Тези отклонения зависят от грешката на формата на зъбите на ротора и статора и на материала на използваните магнитни вериги.\nДизайнът на някои двигатели е оптимизиран за най-добра прецизност в режим на пълна стъпка и максимално време на задържане. Специалната форма на зъбите на ротора и статора е проектирана така, че в равновесно положение за пълен етап магнитният поток значително се увеличава. Това води до влошаване на точността в режима за микропроцесор. Най-добрите резултати позволяват да се получат двигатели, при които моментът на задържане в състояние без енергия е по-малък.\nОтклонения могат да бъдат разделени на два типа: магнитното поле на деформация, които водят до отклонения във времето на режима на задържане microstepping и посоката отклонение на магнитното поле, което да доведе до отклонения на равновесното положение. Отклонението на времето на задържане в режим "микро стъпка" обикновено е 10-30% от максималния въртящ момент. Трябва да се каже, че в режим на пълна стъпка, времето на задържане може да се колебае с 10-20% поради изкривявания в геометрията на ротора и статора.\nАко измерим равновесните позиции на ротора, когато моторът се върти по посока на часовниковата стрелка и обратно на часовниковата стрелка, се получават малко по-различни резултати. Тази хистерезис се дължи основно на магнитната хистерезис на материала на сърцевината, въпреки че също допринася за триенето. Магнитната хистерезис води до факта, че магнитният поток зависи не само от тока на намотките, но и от предишната му стойност. Грешката, генерирана от хистерезиса, може да бъде равна на няколко микро стъпки. Поради това при приложения с висока точност, когато се движите в една посока, е необходимо да преминете към желаната позиция и след това да се върнете, така че подходът към желаното положение винаги да се извършва в една посока.\nСъвсем естествено е, че всяко желано увеличение на разделителната способност среща някои физически ограничения. Не мислете, че точността на позициониране за 7.2 градуса. двигателят в микростепен режим не е по-малък от точността от 1,8 градуса. двигател.\nСледните физически ограничения са пречка:\nувеличението на въртящия момент, в зависимост от ъгъла на въртене на мотора от 7.2 градуса, е четири пъти по-плоско от сегашния 1.8-градусов двигател. Поради действието на момента на триене или момента на инерция на товара, точността на позициониране ще бъде по-лоша\nкакто е показано по-долу, ако има триене в системата, тогава поради появата на мъртви зони точността на позициониране ще бъде ограничена\nповечето търговски двигатели нямат точен дизайн и връзката между въртящия момент и ъгъла на въртене на ротора не е точно синусоидална. В резултат на това връзката между фазата на синусоидалния захранващ ток и ъгъла на въртене на вала ще бъде нелинейна. В резултат на това роторът на двигателя ще премине прецизно позициите на всяка стъпка и половин стъпка, а между тези позиции ще има доста значителни отклонения\nТези проблеми са най-силни за двигателите с голям брой полюси. Има обаче двигатели, които са оптимизирани за работа с микропроцес по време на фазата на проектиране. Полюсите на ротора и статора на такива двигатели са по-слабо изразени поради наклонената форма на зъбите.\nДруг източник на грешки при позиционирането е грешката на квантоване на КПР, която се използва за генериране на фазови токове. Факт е, че токът трябва да се формира съгласно синусоидалния закон, за да се сведе до минимум грешката, линейният КПР трябва да има увеличен капацитет на бита. Има специализирани драйвери с вграден нелинеен КПР, който ви позволява незабавно да получите функция на синусите. Пример за това е фирма, шофьорът A3955 Allegro, който разполага с вграден 3-битов ЦАП, която осигурява следните фази от текущата стойност: 100%, 92.4%, 83.1%, 70.7%, 55.5%, 38.2%, 19.5%, 0%. Това ви позволява да работите в режим "стъпка на стъпка" с стъпка от 1/8, докато грешката при задаване на фазовия ток не надвишава 2%. В допълнение, водачът е в състояние да контролира скоростта на намотката на двигателя сегашната рецесия по време на работа, което ви позволява да се получи "фина настройка" на водача за конкретна машина за най-малката грешка позициониране.\nДори ако КПР точно формира синусоидално еталонно напрежение, то трябва да се усилва и да се превърне в синусоидален ток на намотките. Много водачи имат значителна нелинейност в близост до нулевата текуща стойност, което води до значително изкривяване на формата и в резултат на това до значителни грешки в позиционирането. Ако се използват висококачествени драйвери, например PBM3960 и PBL3771 от Ericsson, грешката, свързана с драйвера, е прекалено малка в сравнение с грешката на двигателя.\nПонякога контролерите за стъпкови мотори ви позволяват да регулирате формата на изходния сигнал, като добавите или извадите третата си хармоника от синуса. Тази настройка обаче трябва да се извърши поотделно за конкретен двигател, чиито характеристики трябва да бъдат измерени преди това.\nПоради тези ограничения, режимът на микростепе се използва главно за осигуряване на гладко въртене (особено при много ниски скорости), за да се премахнат феномените на шума и резонанса. Режимът "microstepping" е също така способен да намали времето, необходимо за създаване на механична система, тъй като за разлика от режима на пълно стъпало няма емисии и колебания. Въпреки това, в повечето случаи не е възможно да се гарантира точно позициониране в режим "microstep" за конвенционалните мотори.\nСинусоидалната фаза на тока може да бъде осигурена чрез използване на специални драйвери. Някои от тях, например A3955, A3957 от Allegro, вече съдържат DAC и изискват само цифрови кодове за микроконтролер. Други, като L6506, L298 от SGS-Thomson, изискват външни синусоидални референтни напрежения, които трябва да се генерират от микроконтролера, като се използват DAC. Трябва да се каже, че твърде много синуси не водят до увеличаване на точността на позициониране, тъй като грешката, свързана с несъвършенството на геометрията на моторните полюси, започва да доминира. Освен това, в този случай показанията трябва да се следват с висока честота, което е проблем при тяхното програмиране. При работа при високи скорости разделителната способност на КПР може да бъде намалена. Освен това при много високи скорости обикновено се препоръчва да се работи в обичайния пълен етап, тъй като контролът на хармоничния сигнал губи своите предимства. Това се дължи на факта, че намотките на двигателя са индуктивност, съответно, всяка отделна верига на водача със специфично захранващо напрежение осигурява определена максимална скорост на нарастване на тока. Следователно, тъй като честотата се увеличава, сегашната форма започва да се отклонява от синусоидалната и при много високи честоти става триъгълна.\nЗависимостта на момента от скоростта, ефекта от товара\nВремето, създадено от стъпковия двигател, зависи от няколко фактора:\nток в намотките\nНа фиг. 14а показва зависимостта на момента от ъгъла на въртене на ротора.\nФиг. 14. Появата на мъртви зони в резултат на триенето.\nПри идеален стъпков двигател тази зависимост е синусоидална. Точките S са равновесните позиции на ротора за разтоварения мотор и съответстват на няколко последователни стъпки. Ако на вала на двигателя е приложен външен въртящ момент, който е по-малък от момента на задържане, ъгловото положение на ротора се променя с някакъв ъгъл Φ\nкъдето Φ е ъгловото преместване,\nN е броят на стъпките на двигателя на оборот,\nTa е външният приложен момент,\n- моментът на задържане.\nЪгловото преместване на φ е грешката при позиционирането на заредения мотор. Ако към вала на двигателя е приложен въртящ момент, по-голям от въртящия момент на задържане, валът ще се върти от този момент. В този режим позицията на ротора е неконтролируема.\nНа практика винаги има външен въртящ момент, приложен към двигателя, само защото двигателят трябва да преодолее триенето. Силите на триене може да бъде rasdeleny в две категории: статично триене или статично триене, което е необходимо, за да се преодолее постоянен въртящ момент и динамично триене или вискозен триенето, което зависи от скоростта. Нека разгледаме статичното триене. Да предположим, че за да го преодолеем, на половината от пика се изисква момент. На фиг. 14а, пунктираните линии показват момент на триене. По този начин, за въртенето на ротора, остава само оставащият момент в графиката извън пунктирните линии. Това води до две изводи: триенето намалява въртящия момент на вала на двигателя и има мъртви зони около всяко равновесно положение на ротора (фигура 14b):\nd = 2 (S / (pi / 2)) арссин (Tf / Th) = (S / (pi /\nкъдето d е ширината на мъртвата зона в радиани,\nS е ъгълът на стъпалото в радиани,\nTf е моментът на триене,\nМъртвите зони ограничават точността на позиционирането. Например, наличието на статично триене на половината от върховия въртящ момент на двигателя на стъпки от 90 градуса. ще доведе до присъствието на мъртви зони на 60 градуса. Това означава, че стъпката на мотора може да варира от 30 до 150 градуса, в зависимост от това в коя точка на мъртвата зона роторът спира след следващата стъпка.\nНаличието на мъртви зони е много важно за микростепецията. Ако, например, има мъртви зони с магнитуд d, тогава едно стъпало по-малко от d не премества напълно ротора. Ето защо, за системи, използващи микро стъпки, е много важно да се сведе до минимум триенето в покой.\nКогато двигателят работи под товар, винаги има някаква промяна между ъгловото положение на ротора и ориентацията на магнитното поле на статора. Особено неблагоприятно е ситуацията, когато двигателят започне да спира и моментът на натоварване е обърнат. Трябва да се отбележи, че забавянето или авансирането се отнасят само за позицията, но не и за скоростта. Във всеки случай, ако синхронизмът на двигателя не се загуби, това забавяне или напредък не може да надвишава стойността на две пълни стъпки. Това е много приятен факт.\nВсеки път, когато стъпковият мотор изпълнява стъпка, роторът се върти със S радиани. В този случай минималният въртящ момент има място, където роторът е точно между съседни равновесни позиции (Фигура 15).\nФиг. 15. Моментът на задържане и работния момент на стъпковия двигател.\nТози момент се нарича работен момент, което означава кой максимален момент двигателят може да преодолее, когато се върти при ниска скорост. При синусоидална зависимост на ъгловия импулс от ъгъла на въртене на ротора този момент е Tr = Th / (2, 5). Ако двигателят прави стъпка с две заредени намотки, работният въртящ момент е равен на времето за задържане на една заредена намотка.\nПараметрите на задвижването, базирани на стъпковия двигател, са силно зависими от характеристиките на товара. В допълнение към триенето, реалното натоварване има инерция. Инерцията предотвратява промените в скоростта. Инерционният товар изисква двигателят да има големи моменти при ускорение и забавяне, като по този начин ограничава максималното ускорение. От друга страна, увеличаването на инерцията на натоварването увеличава стабилността на скоростта.\nТози параметър на стъпковия двигател, като въртящ момент спрямо скоростта, е най-важният при избора на типа двигател, избор на метода за фазово управление и избор на веригата на водача. При проектирането на високоскоростни двигатели със стъпкови двигатели, трябва да се има предвид, че намотките на двигателя са индуктивност. Тази индуктивност определя времето на нарастване и падане на тока. Следователно, ако на намотката се приложи праволинейно напрежение, формата на тока няма да бъде правоъгълна. При ниски скорости (Фигура 16а), времето на издигане и падане на тока не може да повлияе значително на момента, но при високи скорости моментът пада. Това се дължи на факта, че при високи скорости токът в намотките на двигателя няма време да достигне номиналната стойност (Фигура 16b).\nФиг. 16. Формата на тока в намотките на двигателя при различни работни скорости.\nЗа да може моментът да падне възможно най-нисък, е необходимо да се осигури висока скорост на натрупване на ток в намотките на двигателя, което се постига чрез прилагане на специални схеми за захранването им.\nПоведението на момента с нарастваща честота на фазова комутация е приблизително това: започвайки с определена честота на изключване, моментът монотонно пада. Обикновено за стъпковия двигател са дадени две криви на зависимостта на момента от скоростта (Фигура 17).\nФиг. 17. Зависимостта на момента от скоростта.\nВътрешната крива (началната крива или кривата на натискане) показва колко максимален момент на триене за дадена скорост може да се движи със стъпков двигател. Тази крива пресича скоростта на оста в точка, наречена максимална стартова честота или честота на ускорение. То определя максималната скорост, с която може да се движи незареден двигател. На практика тази стойност е в диапазона от 200-500 пълни стъпки в секунда. Инерцията на товара оказва силно влияние върху външния вид на вътрешната крива. Голямата инерция съответства на по-малката площ под кривата. Тази област се нарича стартова зона. Външната крива (кривата на ускорение или кривата на издърпване) показва при какъв максимален момент на триене за дадена скорост стъпковият мотор е в състояние да поддържа ротация без да липсват стъпките. Тази крива пресича оста на скорост в точка, наречена максимална честота на ускорение. Показва максималната скорост за даден двигател без натоварване. При измерване на максималната скорост трябва да се има предвид, че поради явлението резонанс, моментът също е нула при резонансната честота. Районът, който лежи между кривите, се нарича област за овърклок.\nТрябва да се отбележи, че веригата на водача в голяма степен влияе върху хода на кривата моментна скорост, но този въпрос ще бъде разгледан по-долу.\nЗа да работите с висока скорост от зоната на ускорение (фиг.17), е необходимо да започнете с ниска скорост от стартовата област и след това да извършите ускорение. При спиране е необходимо да работите в обратен ред: първо да извършите спиране и само да влезете в стартовата зона е възможно да спрете доставката на контролни импулси. В противен случай ще има загуба на синхронизъм и позицията на ротора ще бъде загубена. Използването на ускорение и спиране може да постигне значително по-високи скорости - при промишлени приложения се използват скорости до 10 000 пълни стъпки в секунда. Трябва да се отбележи, че непрекъснатото действие на стъпковия двигател при висока скорост не винаги е допустимо поради нагряването на ротора. Високата скорост обаче може да се използва за кратко за позициониране.\nПри ускорение двигателят преминава по няколко скорости, така че на една от скоростите е възможно да се сблъскате с неприятен феномен на резонанс. За нормално ускорение е желателно да има товар, чийто инерционен момент е най-малкото равен на инерционния момент на ротора. При ненатоварен двигател явлението резонанс се проявява най-силно. Подробности за методите за борба с този феномен ще бъдат описани по-долу.\nПри ускоряване или забавяне е важно да изберете правилно закона за промяна на скоростта и максимално ускорение. Ускорението трябва да е по-малко, толкова по-голяма е инерцията на товара. Критерият за правилен избор на режима на ускорение е ускорението до необходимата скорост за конкретно натоварване в минималното време. На практика най-често се използват ускорение и забавяне с постоянно ускорение.\nИзпълнението на закона, с което се извършва ускорението или спирането на двигателя, обикновено се извършва от софтуерно контролиран микроконтролер, тъй като микроконтролерът обикновено е източникът на часовниковата честота за водача на стъпковия двигател. Въпреки, че преди това се използва за тази цел генератори с напрежение или програмируеми делители на честоти. За генериране на тактовата честота е удобно да се използва хардуерен таймер, който се предлага в почти всеки микроконтролер. Когато моторът се върти с постоянна скорост, достатъчно е да заредите постоянната стойност на периода на повторение на стъпки (дължина на стъпката) към таймера. Ако двигателят ускори или забави, този период се променя с всяка нова стъпка. При ускоряване или забавяне при постоянно ускорение, честотата на повтаряне на стъпките трябва да се променя линейно, съответно стойността на периода, който се зарежда в таймера, трябва да варира в зависимост от хиперболичния закон.\nЗа най-общия случай е необходимо да се знае зависимостта на продължителността на стъпката от текущата скорост. Броят на стъпките, които двигателят изпълнява по време на ускорението по време t е:\nN = 1/2 + 2AT Vt, където N - брой стъпки, т - време, V - скорост, изразена в стъпки за единица време, А - ускорение, изразена в метри, разделено на времето на квадрат.\nЗа една стъпка N = 1, тогава стъпката t1 = Т = (-V + (V2 + 2A) 0.5) / А\nВ резултат на стъпката скоростта става Vnew = (V 2 + 2A) 0.5\nИзчисленията, използващи горните формули, са доста трудоемки и изискват значително време на процесора. В същото време те ви позволяват да промените стойността на ускорението по всяко време. Изчисленията могат да бъдат много опростени, ако се нуждаете от постоянно ускорение по време на ускорение и забавяне. В този случай можете да запишете зависимостта на дължината на стъпката по време на ускорение:\nV = V0+At, където V е текущата скорост, V0 - начална скорост (минимална скорост, с която започва ускорението), А - ускорение;\n1 / Т = 1 / Т0+В, където Т е стъпката дължина, T0 - начална дължина на стъпката, t - текущо време;\nИзчисленията по тази формула са много по-лесни, но за да се промени стойността на ускорението, трябва да се спре двигателят.\nСтъпаловидните двигатели имат нежелан ефект, наречен резонанс. Ефектът се проявява под формата на внезапно спадане на въртящия момент при определени скорости. Това може да доведе до прескачане на стъпки и загуба на синхрон. Ефектът се проявява, когато стъпката честота съвпада с резонансната честота на ротора на двигателя.\nКогато моторът направи стъпка, роторът не е настроен незабавно на нова позиция, но изпълнява обезвъздушени колебания. Фактът, че системата ротор - магнитното поле - статора може да се разглежда като пружина махало, честота на трептене на които зависи от момента на инерция на ротор (плюс натоварване) и големината на магнитното поле. Поради сложната конфигурация на магнитното поле резонансната честота на ротора зависи от амплитудата на колебанията. Тъй като амплитудата намалява, честотата се увеличава, достигайки честотата с ниска амплитуда, която е по-лесно определена. Тази честота зависи от ъгъла на наклона и от съотношението на задържащия момент към момента на инерцията на ротора. По-дългото време на задържане и по-малкият момент на инерция водят до увеличаване на резонансната честота.\nРезонансната честота се изчислява по формулата:\nкъдето F0 - резонансна честота,\nN е броят на завършените стъпки на революция,\nTН - времето на съхранение за използвания метод на контрол и фазовия ток,\nJR - момент на инерция на ротора,\nJL Момент на инерция на товара.\nТрябва да се отбележи, че резонансната честота определя момента на инерция на действителния ротор на двигателя плюс инерционния момент на товара, свързан към вала на двигателя. Следователно, резонансната честота на ротора на ненатоварен двигател, която понякога се съдържа сред параметрите, е с малка практическа стойност, тъй като всяко натоварване, свързано с двигателя, ще промени тази честота.\nНа практика резонансният ефект води до затруднения при работа при честота близка до резонансната. Моментът при резонансната честота е нула и без да се предприемат специални мерки стъпковият мотор не може да премине резонансната честота по време на ускорението. Във всеки случай, явлението резонанс може значително да влоши характеристиките за точност на устройството.\nПри системи с ниско амортизиране съществува опасност от загуба на стъпки или увеличаване на шума, когато двигателят работи близо до резонансната честота. В някои случаи могат да възникнат проблеми при хармоници на фундаменталната честота на резонанса.\nКогато режимът на микростепеция не се използва, основната причина за появата на трептения е периодичното въртене на ротора. Когато стъпката се изпълни, известна енергия се задейства от работното колело. Това натиска вълнува колебанията. Енергията, която се комуникира с ротора в режим на половин стъпка, е около 30% от енергията на пълната стъпка. Следователно, в режим на половин стъпка, амплитудата на колебанията е много по-малка. В режим на стъпка 1/32 от стъпката на стъпалото само около 0,1% от общата стъпаловидна енергия се отчита за всеки микро стъпка. Следователно, в режим на микропроцес, явлението резонанс е почти незабележимо.\nЗа борба с резонанса могат да се използват различни методи. Например, използването на еластични материали при извършване на механични съединители с товара. Еластичният материал подпомага усвояването на енергия в резонансната система, което води до намаляване на паразитните колебания. Друг начин е да се използва вискозно триене. Изработват се специални амортисьори, при които метален диск може да се върти в кухи цилиндър, напълнен с вискозен силиконов смаз. Когато тази система се върти с ускорение, дискът изпитва вискозно триене, което ефективно поврежда системата.\nИма електрически методи за борба с резонанса. Осцилиращият ротор води до появата в статорните намотки на ЕМП. Ако намотките, които не се използват в тази стъпка, са къси, това ще доведе до намаляване на резонанса.\nИ накрая, има методи за борба с резонанса на нивото на алгоритъма на водача. Например, можете да използвате факта, че когато работите с две фази, резонансната честота е приблизително с 20% по-висока, отколкото при една фаза. Ако резонансната честота е точно известна, тогава тя може да бъде приета чрез промяна на режима на работа.\nАко е възможно, при стартиране и спиране трябва да използвате честоти над резонанс. Увеличаването на инерционния момент на системата за натоварване на ротора намалява резонансната честота.\nВъпреки това, най-ефективната мярка за борба с резонанса е използването на режима на микросцената.\nЗа доставка на конвенционален DC мотор е необходим само постоянен източник на напрежение и колекторите извършват необходимите комутации на намотката. При стъпков двигател нещата са по-сложни. Всички външни ефекти трябва да се извършват от външен контролер. Понастоящем в около 95% от случаите микроконтролерите се използват за управление на стъпкови двигатели. В най-простия случай, за да се контролира стъпков двигател в режим на пълен етап, са необходими само два сигнала, изместени във фаза с 90 градуса. Посоката на въртене зависи от това коя фаза е напред. Скоростта се определя от скоростта на повторение на импулсите. В полу-стъпков режим всичко е малко по-сложно и изисква най-малко 4 сигнала. Всички сигнали от управлението на стъпковия двигател могат да се генерират програмируемо, но това ще доведе до голямо натоварване на микроконтролера. Ето защо често се използват специални чипове на драйвери за стъпкови мотори, които намаляват броя на динамичните сигнали, изисквани от процесора. Обикновено тези чипове изискват тактова честота, която е честотата на повтаряне на стъпки и статичен сигнал, който определя посоката. Понякога все още има сигнал за включване на режима в половин стъпка. За микроциркулите на драйвери, които работят в режим "микро стъпка", са необходими повече сигнали. Обикновен случай е, когато необходимите последователности от сигнали за фазов контрол се генерират, като се използва единичен чип, а необходимите фазови токове се осигуряват от друг чип. Въпреки че напоследък има все повече и повече драйвери, които изпълняват всички функции в един чип.\nМощността, която се изисква от водача, зависи от размера на двигателя и представлява малка част от ват за малки двигатели и до 10-20 вата за големите мотори. Максималното ниво на разсейване на мощността е ограничено от нагряването на двигателя. Максималната работна температура обикновено е указана от производителя, но може да приемете, че нормалната температура е 90 градуса. Поради това при проектирането на устройства с стъпкови двигатели, непрекъснато работещи при максимален ток, е необходимо да се предприемат мерки, които изключват допира на корпуса на двигателя от персонала по поддръжката. В някои случаи е възможно да се използва охладител. Понякога това ви позволява да използвате по-малък двигател и да постигнете по-добро съотношение мощност / цена.\nЗа даден размер на стъпковия мотор, пространството, заемано от намотките, е ограничено. Ето защо е много важно да се проектира водача, така че за тези параметри на намотката да се осигури най-добрата ефективност.\nВеригата на водача трябва да изпълнява три основни задачи:\nимат способността да включват и изключват тока в намотките, както и да променят посоката си\nзапазете текущата зададена точка\nЗа да се осигури възможно най-бързо нарастване и падане на тока за добри характеристики на скоростта\nМетоди за промяна на посоката на тока\nКогато се използва стъпков двигател, е необходимо да се промени посоката на магнитното поле независимо за всяка фаза. Промяната в посоката на магнитното поле може да се извърши по различни начини. При еднополюсните мотори намотките имат клон от средата или има две отделни намотки за всяка фаза. Посоката на магнитното поле се променя чрез превключване на половината от намотките или на цялата намотка. В този случай са необходими само два прости бутона А и B за всяка фаза (Фигура 18).\nФиг. 18. Подаване на еднополюсна моторна намотка.\nПри биполярни двигатели посоката се обръща чрез обръщане на кабелите за намотката. За такова обръщане на полярността е необходим пълен H-мост (фиг.19). Управлението на ключовете и в двата случая трябва да се осъществява чрез логическа схема, която изпълнява необходимия алгоритъм на работа. Предполага се, че захранването на схемите има номинално напрежение за намотките на двигателя.\nФиг. 19. Захранване на биполярната намотка на двигателя.\nТова е най-простият начин за управление на тока на намотките и, както ще бъде показано по-нататък, значително ограничава възможностите на двигателя. Трябва да се отбележи, че когато транзисторите с H-мост се контролират отделно, ситуациите са възможни, когато захранването е скъсено с клавиши. Следователно схемата за логическо управление трябва да бъде конструирана по такъв начин, че да изключи тази ситуация дори в случай на повреди на контролиращия микроконтролер.\nНамотките на двигателя представляват индуктивност, което означава, че токът не може да се увеличава неограничено или да пада безкрайно бързо, без да привлича безкрайно различие в потенциала. Когато намотката е свързана към захранването, токът ще се увеличи с определена скорост и когато намотката се изключи, напрежението ще се извади. Това увеличение може да повреди ключове, които използват биполярни или полеви транзистори. За да се ограничи това освобождаване, са монтирани специални защитни вериги. Диаграмите на фиг. 18 и 19, тези вериги се формират от диоди, кондензатори или комбинация от тях с диоди се използват много по-рядко. Използването на кондензатори предизвиква появата на електрическия резонанс, който може да доведе до увеличаване на въртящия момент с определена скорост. На фиг. 18 са необходими 4 диода поради причината, че половинките на еднополюсните намотки на двигателя са разположени върху общата сърцевина и са силно свързани помежду си. Те работят като автотрансформатор и емисиите на терминалите на двете намотки. Ако транзисторите MOS се използват като ключове, тогава само два външни диода са достатъчни, тъй като те вече имат диоди вътре. В интегрални схеми, съдържащи мощни изходни етапи с отворен колектор, често има такива диоди. В допълнение, някои чипове, като ULN2003, ULN2803 и други подобни, имат защитен диод вътре за всеки транзистор. Трябва да се отбележи, че при използването на високоскоростни ключове се изискват диоди със сравнима скорост. В случай на използване на бавни диоди е необходимо тяхното маневриране с малки кондензатори.\nЗа да регулирате въртящия момент, е необходимо да регулирате тока в намотките. Във всеки случай, токът трябва да бъде ограничен да не надвишава разселената мощност при омичното съпротивление на намотките. Освен това в режим на половин стъпка все още се изисква в определени моменти да се осигури нулева стойност на тока в намотките, а в режим на микро стъпка се изисква да се задават различни стойности на тока.\nЗа всеки двигател производителят посочва номиналното работно напрежение на намотките. Ето защо най-простият начин за захранване на намотките е да се използва постоянен източник на напрежение. В този случай токът е ограничен от омичното съпротивление на намотките и напрежението на източника на енергия (Фигура 20а), така че този метод на доставка се нарича L / R-мощност. Токът в намотката се увеличава експоненциално със скорост, определена от индуктивността, активното съпротивление на намотката и приложеното напрежение. Когато честотата се увеличи, токът не достига номиналната стойност и моментът пада. Следователно този метод на захранване е подходящ само за работа при ниски скорости и се използва на практика само за двигатели с малка мощност.\nФиг. 20. Захранване на намотката с номинално напрежение (a) и използване на ограничителен резистор (b).\nПри работа при високи скорости е необходимо да се увеличи степента на нарастване на тока в намотките, което е възможно чрез увеличаване на захранващото напрежение. В този случай максималният ток на намотката трябва да бъде ограничен чрез допълнителен резистор. Например, ако захранващото напрежение е 5 пъти номинала, той изисква такова допълнително съпротивление към общото съпротивление направен 5R, където R - омично съпротивление на намотката (L / 5R задвижвани). Този метод на доставка осигурява по-бързо нарастване на тока и вследствие на това по-голям момент (фиг. 20b). Въпреки това, той има значителен недостатък: допълнителна мощност се разсейва на резистора. Големите размери резистори власт, се нуждаят от капацитет изисква захранване с високо разсейване на топлината - всичко което прави този метод неефективна и ограничава обхвата на нейното прилагане в малките мотори 1 - 2 вата. Аз трябва да кажа, че до началото на 80-те години на миналия век параметрите на стъпкови двигатели, задвижвани от производителите, се отнася именно за този начин на хранене.\nОще по-бързо натрупване на ток може да се постигне чрез използване на токов генератор за захранване на двигателя. Текущото натрупване ще се осъществи линейно, което ще позволи по-бързо достигане на номиналния ток. Освен това двойка мощни резистори може да струва повече от двойка мощни транзистори заедно с радиатори. Но както в предишния случай, генераторът на ток ще разсее допълнителната мощност, което прави тази схема на захранване неефективна.\nИма друго решение, което осигурява висока скорост на нарастване на тока и ниска загуба на мощност. Тя се основава на използването на два източника на енергия.\nФиг. 21. Захранване на намотката на двигателя със стъпково напрежение.\nВ началото на всяка стъпка краткосрочните намотки са свързани към източник на по-високо напрежение, което осигурява бързо нарастване на тока (Фигура 21). Тогава захранващото напрежение на намотките намалява (време t1 на фиг. 21). Недостатъкът на този метод е необходимостта от два комутатора, два източника на енергия и по-сложна схема на управление. В системите, където вече съществуват такива източници, методът може да бъде доста евтин. Друга трудност е невъзможността да се определи времето t1 за общия случай. За двигател с по-малка индуктивност на намотките, скоростта на нарастване на тока е по-висока и за фиксиран t1 средният ток може да бъде по-висок от номиналния ток, което може да доведе до прегряване на двигателя.\nДруг метод за стабилизиране на тока в намотките на двигателя е регулирането на ключа (ширина на импулса). Съвременните водачи на стъпкови двигатели използват този метод. Ключът стабилизатор осигурява висока скорост на нарастване на ток в намотките, заедно с простотата на регулиране и много ниски загуби. Друго предимство на схемата с ключа за стабилизиране на тока е, че поддържа въртящия момент на двигателя постоянно, независимо от колебанията на захранващото напрежение. Това ви позволява да използвате прости и евтини нестабилизирани захранвания.\nЗа да се осигури висока скорост на нарастване на тока, захранващото напрежение е няколко пъти по-високо от номиналното напрежение. Чрез настройване на широчината на импулса, средното напрежение и ток се поддържат на номиналното ниво на намотката. Поддръжката се извършва в резултат на обратна връзка. Резисторът - токовият сензор R (фиг.22а) е свързан последователно с намотката. Напрежението на напрежението в този резистор е пропорционално на тока в намотката. Когато токът достигне зададената стойност, ключът се изключва, което води до спадане на тока. Когато токът падне до долния праг, клавишът отново се включва. Този процес се повтаря периодично, като се поддържа постоянен среден ток.\nФиг. 22. Различни схеми за стабилизиране на ключови течения.\nЧрез контролирането на стойността на Uref е възможно да се регулира фазовия ток, например, да се увеличи при ускорение и забавяне и да се намали при постоянна скорост. Можете също така да го използвате, като използвате КПР, под формата на синусоида, като по този начин се прилага микро-стъпков режим. Този начин на управление на ключовия транзистор осигурява постоянно количество вълна на тока в намотката, което се определя от хистерезиса на сравняващото устройство. Честотата на превключване обаче зависи от скоростта на промяна на тока в намотката, по-специално от нейната индуктивност и от захранващото напрежение. В допълнение, две такива схеми, захранващи различни фази на двигателя, не могат да бъдат синхронизирани, което може да доведе до допълнителни смущения.\nВеригата с постоянна честота на превключване не съдържа тези недостатъци (фигура 22b). Ключът транзистор се управлява от тригер, който се задава от специален генератор. Когато се задейства спусъка, ключът се отвори и фазовият ток започва да се покачва. Заедно с това спадът на напрежението на токовия сензор също се увеличава. Когато достигне еталонното напрежение, сравнителният превключвател връща спусъка. Ключът транзистор се изключва и фазовият ток започва да пада, докато спусъкът отново се инсталира от генератора. Тази схема осигурява постоянна честота на превключване, но текущата стойност на вълната няма да бъде постоянна. Честотата на генератора обикновено е избрана най-малко 20kHz, така че двигателят не създава звуков звук. В същото време прекалено висока честота на превключване може да доведе до увеличени загуби в сърцевината на двигателя и загуба на превключващи транзистори. Въпреки че загубите в ядрото с нарастваща честота не растат толкова бързо, колкото амплитудата на текущата вълна намалява с нарастваща честота. Пулсации от порядъка на 10% от средната текуща стойност обикновено не предизвикват проблеми със загубите.\nТакава схема се прилага в чипа L297 от SGS-Thomson, чието използване минимизира броя на външните компоненти. Ключовото регулиране се реализира от други специализирани микросхеми.\nФиг. 23. Формата на тока в намотките на двигателя за различни начини на подаване.\nНа фиг. 23 показва формата на тока в намотките на двигателя за трите режима на захранване. Най-добрият метод в смисъла на момента е ключовият метод. В допълнение, той осигурява висока ефективност и ви позволява просто да регулирате количеството ток.\nБързо и бавно разпадане на тока\nНа фиг. 19, ключовите конфигурации в Н-моста са показани като включващи различни текущи посоки в намотката. За да изключите тока, можете да изключите всички клавиши H-мост или да оставите един бутон (Фигура 24). Тези две ситуации се различават в степента на текущо разпадане в намотката. След като индукторът е изключен от захранването, токът не може да бъде спрян незабавно. Има EMF на самоиндукция, която има обратна посока към източника на енергия. Когато се използват транзистори като ключове, е необходимо да се използват шунтови диоди, за да се осигури проводимост в двете посоки. Честотата на промяна на тока в индуктора е пропорционална на приложеното напрежение. Това важи както за настоящия растеж, така и за неговото разпадане. Само в първия случай източникът на енергия е източникът на енергия, а във втората самата индуктивност дава съхранената енергия. Този процес може да възникне при различни условия.\nФиг. 24. Бавно и бързо течение.\nНа фиг. 24а показва състоянието на клавишите H-мост при включване на намотката. Бутоните A и D са включени, посоката на тока е обозначена със стрелка. На фиг. 24b намотката е изключена, но ключът A е включен. ЕМФ на самоиндуктивността е късо съединение чрез този ключ и диода VD3. По това време терминалите на намотката ще имат малко напрежение, равно на директно падане на диода плюс падане на ключа (напрежение на насищане на транзистора). Тъй като напрежението на клемите на намотката е малко, скоростта на промяна на тока ще бъде малка. Съответно скоростта на намаляване на магнитното поле също ще бъде малка. И това означава, че за известно време статорът на двигателя ще създаде магнитно поле, което в този момент не трябва да бъде. На ротационния ротор това поле ще има забавящ ефект. При високи обороти на двигателя този ефект може сериозно да възпрепятства нормалната работа на двигателя. Бързото намаляване на тока при изключване е много важно за високоскоростните контролери, работещи в режим на половин стъпка.\nДруг начин за изключване на ток на намотката също е възможен, когато всички клавиши на Н-моста са отворени (фиг.24с). В същото време, EMF със само индуктивност се къси чрез диодите VD2, VD3 към захранването. Това означава, че по време на текущия спад на намотката ще има напрежение, равно на сумата на напрежението на източника на енергия и директното падане върху двата диода. В сравнение с първия случай това е много по-голямо напрежение. Съответно, разпадът на токовото и магнитното поле ще бъде по-бърз. Това решение, използващо захранващото напрежение за ускоряване на настоящото разпадане, е най-простият, но не единственият. Трябва да се отбележи, че в някои случаи източникът на енергия може да има емисии, за подтискането на които ще ви трябват специални амортисьори. Няма значение колко високо напрежение се поддържа на намотката по време на настоящото разпадане. За тази цел можете да използвате ценерови диоди или варистори. Тези елементи обаче ще разсеят допълнителната мощност, която в първия случай е върната на захранващия източник.\nЗа еднополюсен двигател ситуацията е по-сложна. Фактът е, че половините от намотката или две отделни намотки от една фаза са силно свързани помежду си. В резултат на тази връзка ще се получи излъчване с висока амплитуда при затварящия транзистор. Затова транзисторите трябва да бъдат защитени със специални вериги. Тези вериги, за да осигурят бърз спад на текущите, трябва да осигурят ограничения на напрежението. Най-често диодите се използват заедно с ценерови диоди или варистори. Един от начините за изпълнение на схемата е показан на фиг. 25.\nФиг. 25. Пример за прилагане на спад на бързия ток за еднополюсен двигател.\nПри контрола с ключ, величината на текущата вълна зависи от степента на нейното разпадане. Тук са възможни различни варианти.\nАко намотката е с късо съединение с диод, ще се реализира бавно текущо разпадане. Това води до намаляване на амплитудата на пулсацията на тока, което е много желателно, особено когато двигателят работи в режим на микропроцес. За дадено ниво на пулсация, спадането на бавния ток позволява работа при по-ниски PWM честоти, което намалява нагряването на двигателя. Поради тези причини забавянето на тока се използва широко. Има обаче няколко причини, поради които бавното покачване на тока не винаги е оптимално: първо, поради отрицателната обратна връзка, поради ниското напрежение на намотката по време на настоящото разпадане, действителният среден ток на навиване може да бъде надценен; второ, когато се изисква рязко да се намали фазовият ток (например в режим на половин стъпка), бавното намаляване няма да позволи бързото му изпълнение; трето, когато се изисква да се зададе много ниска фазова токова стойност, регулирането може да бъде нарушено поради наличието на ограничение на минималното състояние на клавишите.\nВисоката скорост на течение, която се реализира чрез затваряне на намотката към източника на енергия, води до повишени пулсации. В същото време недостатъците, присъщи на бавното разпадане на тока, са елиминирани. Точността на поддържане на средния ток обаче е по-малка и повече загуба.\nНай-напредналите чипове на драйверите имат способността да коригират скоростта на текущото гниене.\nПрактическо приложение на водачите\nВодачът на стъпковия двигател трябва да реши две основни задачи: формирането на необходимите времеви последователности от сигнали и осигуряването на необходимия ток в намотките. При интегрираните реализации понякога тези задачи се изпълняват от различни микросхеми. Пример за това са чипсетите L297 и L298 от SGS-Thomson. Чипът L297 съдържа логика за генериране на времева последователност, а L298 е мощен двоен Н-мост. За съжаление има известно объркване в терминологията за подобни чипове. Терминът "шофьор" често се прилага към много чипове, дори ако техните функции са много различни. Нов чип логика се нарича "преводачи". В тази статия ще се използва следната терминология: "контролер" - чип, отговорен за формирането на времеви последователности; "Driver" е мощна схема за захранване на намотките на двигателя. Обаче термините "драйвер" и "контролер" могат да обозначават и цялостно устройство за управление на стъпковия двигател. Трябва да се отбележи, че в последно време контролерът и водачът все повече се комбинират в един чип.\nНа практика можете да правите без специализирани микроциркули. Например, всички функции на контролера могат да бъдат реализирани програмно, а като водач да се приложи набор от дискретни транзистори. Микроконтролерът обаче ще бъде силно натоварен и веригата на водача може да се окаже тромава. Въпреки това, в някои случаи подобно решение ще бъде икономически изгодно.\nНай-простият драйвер е необходим за управление на еднополюсните намотки на двигателя. За тази цел са подходящи най-простите ключове, в качеството на които могат да се използват биполярни или полеви транзистори. Мощни транзистори MOS, контролирани от логическо ниво, като IRLZ34, IRLZ44, IRL540, са доста ефективни. Те имат отворена съпротива, по-малка от 0,1 ohms, и разрешен ток от порядъка на 30А. Тези транзистори имат вътрешни аналози съответно KP723G, KP727V и KP746G. Има и специални интегрални схеми, които съдържат няколко мощни транзисторни ключа вътре. Пример за това е твърдо чип ULN2003 Allegro (ни аналогов K1109KT23), който съдържа 7 на ключове с максимален ток 0,5 А. Схема на една клетка на чипа е показано на фиг. 26.\nФиг. 26. Схематична схема на една клетка от чипа ULN2003.\nПодобни чипове се произвеждат от много компании. Трябва да се отбележи, че тези микросхеми са подходящи не само за подаване на намотки на стъпкови двигатели, но и за подаване на всякакви други товари. В допълнение към обикновените чипове на драйверите, има по-сложни чипове, които имат вграден контролер, PWM текущ контрол и дори DAC за микропроцесиране.\nКакто беше споменато по-горе, по-сложни схеми, като например Н-мостове, са необходими за управление на биполярни двигатели. Такива схеми могат да бъдат приложени и върху дискретни елементи, въпреки че напоследък те все повече се прилагат на интегрални схеми. Пример за дискретно изпълнение е показан на фиг. 27.\nФиг. 27. Внедряване на мостовия мост на дискретни компоненти.\nТози Н-мост се контролира от два сигнала, така че не позволява да се осигурят всички възможни комбинации. Намотката се задейства, когато нивата на входовете са различни и намалени, когато нивата са еднакви. Това ви позволява да постигнете само бавна текуща капка (динамично спиране). Мостовите драйвери в интегрираната версия се произвеждат от много компании. Пример за това е L293 (KR1128TT3A) и L298 от SGS-Thomson.\nДоскоро голям брой микросхеми за управление на стъпковия двигател бяха произведени от Ericsson. Въпреки това, на 11 юни 1999 г., тя прехвърля производството на своите индустриални микросхеми на New Japan Radio Company (New JRC). В този случай обозначенията на микросхемите бяха споменати с PBLxxxx на NJMxxxx.\nИ двата прости бутона и Н-мостовете могат да бъдат част от ключовия стабилизатор на тока. Схемата за управление на ключове може да се изпълнява на дискретни компоненти или под формата на специализирана микросхема. Сравнително популярен чип, който реализира текущата стабилизация на PWM, е L297 от SGS-Thomson. Заедно с чип L293 или L298 на мостовия водач, те образуват пълна система за управление на стъпковия двигател (Фигура 28).\nФиг. 28. Типична схема за включване на чиповете L297 и L298N.\nМикросхема 297 значително разтоварва контрол микроконтролер, защото от нея се изисква само тактова честота CLOCK (честота стъпка рецидив) и няколко статични сигнали: посока - посока (сигнал вътрешно синхронизирани, за да превключите по всяко време), като половината / FULL - polushagovy / общ режим стъпка, RESET - определя фаза в първоначалното състояние (ABCD = 0101), дават възможност - разрешение верига операция, V код - позоваване напрежение, което определя връх текущата стойност при контрола на PWM. Освен това има няколко допълнителни сигнали. Сигналът CONTROL настройва режима на работа на PWM регулатора. На ниското си ниво, PWM регулиране се случва на изходите INH1, INH2, и на високо - на изхода ABCD. SYNC е изходът на вътрешния PWM часовник. Тя служи за синхронизиране на работата на няколко микросхеми. Той може да се използва и като вход, когато е зареден от външен генератор. HOME - сигнал за начална позиция (ABCD = 0101). Използва се за синхронизиране на превключването на режимите HALF / FULL. В зависимост от момента на преминаване към режим в пълен етап, чипът може да работи в режим с една фаза включена или с две фази включена.\nКлючова регулация се реализира от много други микросхеми. Някои чипове имат тези или други функции, например National Semiconductor компания LMD18T245 шофьор не изисква прилагане на външен токов сензор, тъй като тя се осъществява в рамките на един клавиш на базата на MOSFET клетка.\nНякои микроциркули са проектирани специално за работа в микропроцес. Пример за това е чипът A3955 от Allegro. Той има вграден 3-битов нелинеен КПР за определяне на фазовия ток, който се променя според синусоидалния закон.\nФиг. 29. Вектор за преместване на ток и ротор.\nИзместването на ротора в зависимост от фазовите токове, генерирани от този 3-битов КПР, е показано на фиг. 29. A3972 има вграден 6-битов линеен КПР.\nИзберете тип на драйвера\nМаксималният въртящ момент и мощността, които един стъпков двигател може да осигури на вала, зависи от размера на двигателя, условията на охлаждане, режима на работа (съотношението на работа / пауза), параметрите на намотката на двигателя и вида на използвания водач. Типът на използвания водач оказва силно влияние върху мощността на вала на мотора. При същата разсейвана мощност, водачът с импулсна стабилизация на тока осигурява увеличение на въртящия момент при някои скорости до 5 до 6 пъти в сравнение с доставката на намотки с номинално напрежение. Това също така разширява обхвата на допустимите скорости.\nТехнологията на задвижвания, базирани на стъпкови двигатели, непрекъснато се развива. Развитието е насочено към постигане на най-голям момент на вала с минимални размери на двигателя, възможности за широка скорост, висока ефективност и подобрена точност. Важна връзка в тази технология е използването на режим "microstepping".\nНа практика, времето за разработка на устройство, базирано на стъпков двигател, също е важно. Разработването на специализиран дизайн за всеки конкретен случай изисква значително време. От тази гледна точка е за предпочитане да се прилагат универсални схеми за контрол, базирани на текущото стабилизиране на PWM, въпреки по-високите разходи.\nПрактически пример за стъпков мотор-контролер, базиран на микроконтролера на семейството на AVR\nВъпреки факта, че понастоящем има голям брой специализирани микросхеми за управление на стъпкови двигатели, в някои случаи можете да правите без тях. Когато не са наложени твърде строги изисквания, контролерът може да бъде изпълнен изцяло програмируемо. В същото време цената на такъв контролер е много ниска.\nПредложеният контролер е предназначен да управлява еднополюсен стъпков двигател със среден ток на всяка от ликвидацията до 2,5А. Контролерът може да се използва с обикновени стъпкови мотори като DShI-200-1, -2, -3. Той може да се използва и за управление на по-мощни двигатели, като тези, които се използват за позициониране на главите в 5-инчови устройства. В този случай веригата може да бъде опростена, като се избегне паралелното включване на ключови транзистори и от стабилизацията на ключа на тока, тъй като за двигатели с малка мощност е достатъчно просто захранване на L / R.\nФиг. 30. Схема на контролера на стъпковия мотор.\nОсновата на устройството (Фигура 30) е микроконтролерът U1 тип AT90S2313 от Atmel. Контролните сигнали на намотките на двигателя са програмирани на PB4-PB7 порта. Два комутирани транзистора на полевия ефект на типа KP505A се използват за комутация на намотките, само 8 транзистора (VT1 - VT8). Тези транзистори имат корпус от TO-92 и могат да превключват тока до 1,4 А, съпротивлението на канала е около 0,3 ома. За да транзистори остават затворени по време на "презареждане" на микроконтролер сигнал действие (пристанища в този момент са в състояние на високо съпротивление) между портата и източник включва резистори R11 - R14. За да се ограничи тока на зареждане на портата капацитет, резистори R6 до R9 са инсталирани. Този контролер не се прилага по отношение на характеристиките на високите скорости, така че е достатъчно голям бавен спад фаза ток, който се осигурява от маневрена намотките на двигателя, като диоди VD2 - VD5. За свързване на стъпковия мотор има 8-пинов съединител XP3, който ви позволява да свържете мотора, който има два отделни изхода от всяка намотка (като например DShI-200). За двигатели с вътрешна връзка на намотката, един или два общи щифта на съединителя ще останат свободни.\nТрябва да се отбележи, че контролерът може да се използва за управление на мотор с голям среден фазов ток. За да направите това, трябва само да смените транзисторите VT1 - VT8 и диодите VD2 - VD5 по-мощни. И в този случай, паралелното включване на транзистори не може да се използва. Най-подходящи са MOSFET контролирани от логическо ниво. Например това са KP723G, KP727V и други.\nТокът се стабилизира, като се използва PWM, който също се изпълнява програмно. За това се използват два токови сензора R15 и R16. Сигналите, взети от текущите сензори, се подават към входовете на сравнителите U3A и U3B през нискочестотните филтри R17C8 и R18C9. Филтрите нискочестотни предотвратяват неправилното функциониране на компараторите поради смущения. Референтното входно напрежение трябва да се приложи към втория вход на всеки контролер, който определя върховия ток в намотките на двигателя. Това напрежение се генерира от микроконтролера, като вграденият таймер работи в 8-битовия режим PWM. За да филтрирате PWM сигнала, се използва двупосочен LPF R19C10R22C11. Същевременно резисторите R19, R22 и R23 образуват делител, който определя скалата за регулиране на фазовите токове. В този случай максималният върхов ток, съответстващ на 255 кода, е избран да бъде 5.11 А, което съответства на 0.511 V напрежение на токовите сензори. Имайки предвид факта, че постоянният компонент при изхода PWM варира от 0 до 5V, изискваният делене на делене е приблизително 9.7. Изходите на компараторите са свързани към прекъсващите входове на микроконтролера INT0 и INT1.\nЗа да управлявате работата на мотора, има два логически входа: FWD (напред) и REW (обратно), свързани към конектора XP1. Когато се прилага ниско логическо ниво на един от тези входове, двигателят започва да се върти при зададената минимална скорост, като постепенно се ускорява с дадено постоянно ускорение. Ускорението завършва, когато двигателят достигне зададената скорост на работа. Ако се даде команда за промяна на посоката на въртене, двигателят със същото ускорение се забавя, след това се обръща и отново се ускорява.\nВ допълнение към входните команди има два входа за крайни превключватели, свързани към конектора XP2. Крайният превключвател се счита за задействан, ако има LOW логическо ниво на съответния вход. В този случай завъртането в тази посока е забранено. Когато крайният превключвател се задейства по време на въртенето на двигателя, той спира при предварително определено ускорение и след това спира.\nКомандване входове и крайни изключватели входове са защитени от пренапрежение R1VD6 верига, R2VD7, R3VD8 и R4VD9, състоящ се от резистор и ценерови диоди.\nМикроконтролерът се захранва от чип за стабилизатор 78LR05, който едновременно функционира като монитор на мощност. Когато захранващото напрежение падне под зададения праг, тази микроциркулация генерира сигнал "нулиране" за микроконтролера. Захранването към регулатора се подава през диода VD1, който заедно с кондензатора C6 намалява пулсациите, причинени от комутации по отношение на мощния товар, който е стъпковият мотор. Платката се захранва чрез 4-пинов конектор XP4, чиито контакти се удвояват.\nДемо версията на програмата позволява да се ускори и забави двигателят с постоянно ускорение, както и да се върти при постоянна скорост в пълен или полу-стъпален режим. Тази програма съдържа всички необходими функции и може да се използва като база за писане на специализирани програми. Следователно, има смисъл да се разгледа по-подробно нейната структура.\nОсновната задача на програмата е образуването на импулсни последователности за 4 намотки на двигателя. Тъй като за тези последователности времевите връзки са критични, образуването се извършва в програмата за прекъсване на таймер 0. Може да се каже, че програмата извършва по-голямата част от работата в този манипулатор. Блокова схема на манипулатора е показана на фиг. 31.\nФиг. 31. Блокова схема на манипулатора за прекъсване на таймера 0.\nРазбира се, би било по-удобно да се използва таймер 1, тъй като е 16-битов и може да причини периодични прекъсвания, за да съвпадне с автоматично нулиране. Въпреки това, тя е заета, формиращи PWM референтно напрежение за сравнение. Следователно е необходимо да нулирате таймера 0 в прекъсването, което изисква известно регулиране на заредената стойност и причинява известно трептене, което обаче не се намесва на практика. Интервалът от 25 μs се избира като основна времева база, която се формира от таймер. При такава дискретност могат да се образуват времеви последователности на фазите и PWM на текущото стабилизиране във фазите на двигателя има същия период.\nЗа да създадете период на повторение на стъпки, използвайте програмата 16-битов таймер STCNT. За разлика от таймера 0, стойността му на зареждане не е постоянна, тъй като определя скоростта на мотора. По този начин фазовото превключване се извършва само когато таймерът на програмата е пълен.\nПоследователността на фазите е посочена в таблична форма. Има три различни маси в паметта на програмирането на микроконтролер: за общо режим стъпка без да се припокриват фази, общо стъпка припокриването и polushagovogo режим. Всички таблици имат една и съща дължина от 8 байта. Изискваната таблица се зарежда в RAM в началото на работата, което ви позволява лесно да превключвате между различните режими на двигателя. Примерните стойности от таблица се използва с показалеца на ФАЗА, така превключване на посоката на въртене на двигателя, също е много проста: за се изисква напред въртене и прираста на показалеца, както и за въртене в обратна посока - намаляване.\nНай-голямата "основна" променлива в програмата е 24-битова подписана VC променлива, която съдържа стойността на текущата скорост. Знакът на тази променлива определя посоката на въртене и стойността - честотата на следващите стъпки. Нулевата стойност на тази променлива показва, че моторът е спрян. Програмата в този случай изключва тока на всички фази, въпреки че при много приложения в тази ситуация е необходимо да оставите включените фази и да намалите само малко техния ток, като по този начин се запази позицията на двигателя. Ако е необходимо, тази промяна в логиката на програмата е много проста.\nПо този начин, в случай на преливане на програмния таймер STCNT, стойността на VC променливата се анализира, в случай на положителна стойност, показалецът PHASE се увеличава и в случай на отрицателна стойност се намалява. След това следващата фазова комбинация се избира от таблицата, която се извежда към пристанището. В случай на нулева VC, показалецът PHASE не се променя и всички нулеви стойности се извеждат към порта.\nСтойността на Т, към която трябва да бъде зареден таймерът STCNT, е уникално свързана със стойността на променливата VC. Преводът на честотата в периода обаче отнема доста време, така че тези изчисления се извършват в главната програма, а не на всяка стъпка, но много по-рядко. По принцип тези изчисления трябва да се извършват периодично само по време на ускорение или спиране. В други случаи скоростта и съответно периодът на повторение на стъпките не се променят.\nЗа да извършите PWM-стабилизиране на тока, фазите трябва периодично да се включват, а след това, когато токът достигне предварително определено ниво, изключете. Периодично активиране се извършва при прекъсване на таймер 0, за което дори при липса на преливане на програмния таймер STCNT, настоящата комбинация от фази се извежда към порта. Това се случва с период от 25 микросекунди (което съответства на PWM честота от 40 kHz). Фазите се изключват от компаратори, чиито изходи са свързани към прекъсващите входове INT0 и INT1. Прекъсванията се активират след включване на фазовия ток и изключването веднага след превключване на сравнителите. Това изключва тяхната повторна обработка. При прекъсвачите се изключват само съответните фази (Фигура 32).\nФиг. 32. Блокова схема на прекъсвача за обработка INT0 и INT1.\nПроцесите, възникващи по време на PWM стабилизирането на тока, са показани на Фиг. 33. Трябва да се отбележи, че токът в токовия датчик е прекъсващ, дори ако токът на намотката не е прекъснат. Това се дължи на факта, че по време на настоящото разпадане пътят му не преминава през токовия датчик (но преминава през диода).\nФиг. 33. Текущ процес на стабилизиране на PWM.\nТрябва да се каже, че аналоговата част на системата PWM за стабилизиране на тока на моторните фази е доста "капризна". Фактът е, че сигналът, излъчен от текущия сензор, съдържа голямо количество интерференция. Интерференцията възниква главно в моментите на комутация на намотките на двигателя, и двете като "собствена" и "извънземна" фаза. За правилната работа на веригата е необходимо правилното оформление на печатна платка, особено за земни проводници. Може да е необходимо да изберете стойностите на LPF на входа на контролера или дори да въведете малка хистерезис в контролера. Както вече беше отбелязано по-горе, при управление на нискоенергийни двигатели от стабилизиране на текущата PWM, можете напълно да се откажете, като приложите конвенционална схема L / R за подаване на намотки. За да се премахне PWM стабилизиране просто не са свързани входове INT0 и INT1 на микроконтролера, разбира се, в този случай е възможно да не се въвежда сравнение и настоящите сензори.\nВ тази програма честотата на изчисляване на новите стойности на скоростта и периода е избрана да бъде 15,625 ms. Тази стойност не е избрана случайно. Този интервал е 1 / 64s и най-важното е, че съдържа цял брой периоди на преливане на таймер 0 (25μs). Удобно е, ако стойностите на скоростта и ускорението са дадени в естествените единици, т.е. на стъпки на секунда и на стъпки, разделени на една секунда в кутията. С цел да бъде в състояние в цяло число аритметика, за да се изчисли количеството на моментно 64 пъти в секунда, необходимостта да се отиде до вътрешната норма на представителство увеличил 64 пъти. Умножаването и разделянето с 64 намалява до обикновени смени и поради това изисква много малко време. Определената периодичност на изчисленията се осигурява от друг програмен таймер URCNT, който се намалява с прекъсване на таймер 0 (на всеки 25 μs). Този таймер винаги е зареден с постоянна стойност, която осигурява непроменен период на преливане, равен на 15,625ms. Когато този таймер прелисти, се настрои флагът UPD bit, който сигнализира към главната програма, че "е време да актуализираме стойностите на скоростта и периода".\nОсновната програма (фигура 34) изчислява моментните стойности на скоростта и периода на повторение на стъпките, осигурявайки необходимата крива на ускорение. В този случай ускорението и забавянето се извършват при постоянно ускорение, поради което скоростта се променя линейно. След това периодът се променя според хиперболичен закон, а изчисляването му е основната работа на програмата.\nФиг. 34. Блокова схема на основния програмен цикъл.\nАктуализирането на стойностите на скоростта и периодите на стъпките, които основната програма извършва периодично, периодичността се определя от флага UPD. Програмата за актуализиране се основава на сравнение на стойностите на две променливи: моментната скорост на VC и изискваната скорост на VR.\nИзискваната скорост се определя и в основната програма. Това се извършва чрез анализиране на управляващите сигнали и сигнали от крайните превключватели. В зависимост от тези сигнали основната програма зарежда променливата VR с необходимата скорост. В тази програма е V за движение напред, -V за движение назад и 0 за спиране. В общия случай, наборът от скорости (както и ускоренията и фазовите токове) могат да бъдат произволно големи, в зависимост от изискванията.\nАко скоростите VC и VR са равни, тогава стъпковият мотор работи в стационарен режим и не се изисква актуализация. Ако скоростите не са равни, тогава стойността на VC с дадено ускорение се доближава до VR, т.е. Двигателят ускорява (или забавя), докато се достигне номиналната скорост. В случай, когато дори признаците на VR и VC са различни, двигателят се забавя, обръща и след това достига необходимата скорост. Това се случва, само по себе си, благодарение на структурата на програмата.\nАко в следващия проверката показва, че VR и VC скоростта не е равна на стойността на VC добавя (или изважда) стойност на ускорението А. Ако резултатът от тази операция, желаната скорост е превишена, след това получената стойност се коригира чрез заместване на текущата стойност на желаната скорост.\nТогава се изчислява периодът Т (Фигура 35).\nФиг. 35. Блокова диаграма на подпрограмата за изчисляване на периода.\nПърво се изчислява модулът за скорост. След това минималната скорост е ограничена. Това ограничение е необходимо по две причини. Първо, безкрайно малката скорост отговаря на безкрайно голям период, което ще доведе до грешка при изчисленията. Второ, стъпковите двигатели имат доста дълга стартова зона, така че не е необходимо да започвате с много ниска скорост, особено след като въртенето при ниски скорости причинява увеличен шум и вибрации. Минималната скорост на VMIN трябва да бъде избрана въз основа на конкретната задача и типа на двигателя. След като се ограничи минималната скорост, периодът се изчислява по формулата T = 2560000 / | VC |. На пръв поглед, формулата не е ясно, но като се има предвид, че срокът трябва да бъде получено в 25mks-интервали, както и на вътрешния представителството на VC - 64 се умножава по неговото истинско значение, тогава всичко си идва на мястото. При изчисляването на T е необходима операция с неподписано разделяне на формата 24/24, която AVR при тактова честота от 10MHz прави около 70μs. Като се има предвид, че изчисляването на периода се извършва не по-често от веднъж на 15,625 ms, натоварването на процесора е много ниско. Основното натоварване води до прекъсване таймер 0, и то основно минава покрай късото рамо (без прелива STCNT) с продължителност около 3mks, което съответства на 12% процесор товар. Това означава, че има значителни резерви от компютърни ресурси.\nПлатката с печатна схема на контролера на стъпков двигател е показана на фиг. 36.\nФиг. 36. Платка на контролера на стъпковия мотор.\nГорната демонстрационна програма няма много функции, които трябва да присъстват в завършения стъпков контролер. Изпълнението на тези функции е силно зависимо от конкретното приложение на даден стъпков двигател и трудно може да бъде универсално. В същото време горната програма може да послужи като основа за писането на специални програми, които имат този или онзи набор от възможности. Например, въз основа на този борд са създадени редица специализирани контролери за стъпкови мотори. Един от моделите на такъв контролер има следните характеристики:\nмаксимална честота на превключване на фазите 3 kHz\nускорение с постоянно ускорение\nпрограмируема посока на въртене\nпрограмируем среден намотъчен ток\nпрограмируем ток на задържане\nN стъпка режим на движение\nрежим на половин стъпка\nзабавен генератор на импулсни връзки\nсъхранение на основните параметри в енергонезависима памет\nедин външен източник на енергия\nконтрол чрез интерфейс RS-232C или локален\nадресирайки до 7 устройства на един RS-232C\nstep.asm (10 Kb) - изходния код на демо версията на програмата\nstep.hex (2 Kb) - фърмуер файл на микроконтролера AT90S2313\ndrive.pdf (90 Kb) - таблици със специализирани чипсети за SD драйвери\nПълната версия на тази статия може да бъде намерена в списание "Circuitry" (www.dian.ru).\nИ накрая, препоръчваме ви да гледате този видеоклип с експерименти със стъпков двигател:\nМаймуна от чорапи: шият самата играчка. Майсторски клас\nПлашилото от птица\nКниги за радиолюбители\nначалната страница на секциятаВдовикин А. Серия Масова радиобиблиотека, брой 1029, 1981Книгата съдържа различни забавни електронни устройства, които могат да бъдат полезни в ежедневието.