Това са основно ползваните двигатели в любителските конструкции.
Ето и малко данни за тях.
Предимства на стъпковия двигател
-Ъгъла на завъртане на ротора се определя определя от броя на импулсите,които са подадени към двигателя.
-Няма нужда от спирачка. Ако има подадено напрежение към намотките му двигателя ще работи като спирачка.
-Прецизност на преместването и повтаряемост .Добрите стъпкови двигатели имат точност от 3-5%,като нямат натрупване на грешката.
-Възможност за бърз старт/спиране/реверс.
-Висока надеждност.Липса на четки.На практика единственото което ще определи срока му на работа е износването на лагерите на вала му.
-Позиционира точно без обратна връзка.
-Възможност за много ниски скорости на движение.Без редуктор .Директно от вала му
-може да покрие един добър диапазон от скорости.Скоростта е правопропорционална от честотата на импулсите,които се подават към намотките му. Недостатъци
-Присъщо им е явлението резонанс
-Възможност за загуба на контрол над двигателя,поради липса на обратна връзка
-Потреблението на енергия не намалява даже и двигателя да не се върти.
-Проблеми с достигането на високи скорости
-Малка мощност(сравнение с други типове двигатели мощност /обем)
-Относително сложна схема на управление.
Едно от главните преимущества на стъпковия двигател е възможността му да осъществи точно позициониране и регулиране на скоростта без външен датчик и обратна връзка.Но това е валидно само за системи,които работят с малки ускорения и имат равномерно натоварване.В същото време системите с обратна връзка могат да работят с голямо ускорение и с променлив характер на товара.
Трябва да имаме в предвид,че ако натоварването му превиши въртящия му момент ,то информацията за състоянието на ротора му ще се загуби и системата трябва да има специални датчици(крайни изключватели)или други,за да се предотвратят по-сериозните проблеми.
ВИДОВЕ СТЪПКОВИ ДВИГАТЕЛИ
Съществуват три основни вида стъпкови двигатели.
-двигатели с променливо магнитно съпротивление
-двигатели с постоянни магнити
-хибридни двигатели
За да се определи типът на двигателя е достатъчно да завъртим на ръка ротора.При въртене на ръка ротора на двигател с постоянни магнити (или хибриден),към който няма подадено напрежение,ще чувстваме променливо съпротивление при въртенето му.Ротора ще се върти на тласъци.При същите условия вала на двигател с променливо магнитно съпротивление ,ще се върти без да чувстваме съпротивление-свободно.
Хибридните двигатели са усъвършенствани двигатели с постоянни магнити и по начина си на управление не се различават от тях.
Да се определи вида на двигателя,може и по конфигурацията на изводите му.
Двигател с променливо магнитно съпротивление обикновено има три(по-често 4)с един общ изход.
Двигателите с постоянни магнити имат най-често две независими намотки.Тези намотки могат да имат и среден извод.
Понякога могат да имат четири разделени намотки. Биполярни и униполярни двигатели
В зависимост на конфигурацията на намотките стъпковите двигатели се делят още на Биполярни и Униполярни
Биполярните двигатели имат по една намотка във фаза .За да се промени магнитното поле,трябва да се смени поляритета на захранването.Смяната се извършва автоматично от драйвера.За този тип двигател трябва мостов драйвер.
Биполярния двигател има две намотки и четири извода.
На фигурата с А е обозначен биполярен двигател. Униполярния двигател също има една намотка на фаза,но от средата и е изтеглен един извод(схема б).Това позволява да се променя магнитното поле създавано от намотката му с просто превключване на изводите.При това управление схемата на драйвера е опростен.Драйвера трябва да има само четири прости ключа.По този начин в униполярния двигател се използва друга схема на управление,различна от биполярния.Средните изводи на намотките могат да бъдат съединени вътре в двигателя,затова такъв двигател може да има 5 или 6 извода.Понякога униполярнита двигатели имат 8 извода(схема в)Такъв двигател можем да ползваме като униполярен и като биполярен в зависимост от това ,как ще свържем намотките му.Униполярен двигател с две намотки и средна точка на всяка една от тях също можем да ползваме,като биполярен,като средните точки на намотките ги оставим свободни.
Във всичките тези случай и за двата двигателя Униполярния и Биполярния трябва да следим големината на протичащия през тях ток,да не превиши максимално допустимия и с това да повредим двигателя.
Биполярен или униполярен?
При еднакви габарити биполярният двигател има по-голяма мощност.Също така има и по-голям въртящ момент.
Въртящия момент на стъпковия двигател е правопропорционален на големината на магнитното поле,което създава намотката на статора.Начина да увеличим интензитета на магнитното поле е или да увеличим големината на тока през намотката или да увеличим броя на навивките и.Естествено ограничение при повишаване на тока през намотката е -насищането на желязната сърцевина.Но на практика такова ограничение се проявява рядко.
Много по-голям проблем е загряването на двигателя в следствие на омическото съпротивление на намотките.Именно тук е едно от преимуществата на биполярният двигател.В униполярния двигател във всеки един момент се използва само половината намотки.Другата половина просто заема място в сърцевината на статора,което принуждава конструкторите да използват по-тънки проводници за намотките. В биполярния двигател непрекъснато работят всички намотки.Тяхната ефективност е по-голяма.В биполярния двигател сечението на проводника на намотките е два пъти по-голямо и съответно омическото съпротивление е два пъти по-малко,отколкото на униполярния двигател.Това позволява да се увеличи големината на тока и на моменти да се постигне близо с 40% по-голям въртящ момент.
Ако не е необходим голям въртящ момент униполярният двигател позволява да се намалят габаритите при по-малки загуби.
На практика много по-често се ползват униполярни двигатели,тъй като ,те имат по-проста схема на управление на намотките.Това е важно ако драйвера им е изпълнен с дискретни елементи.
От друга страна в продажба се намират готови специализирани интегрални схеми, драйвери за биполярни двигатели с които управлението им става лесно и удобно и имат ниска цена.
Такива са например схемите: L293E,L298N,L6202,LMD18T245 Драйвери за стъпкови двигатели
Драйверите за стъпковите двигатели трябва да осигуряват две основни функции.
-Да могат да формират времевите последователности на сигнала
-Да обезпечат необходимия ток в намотките.
В интегрално изпълнение,тези задачи могат да бъдат изпълнени с различни схеми,които се намират на пазара.
Пример за това може да служи двойката схеми L297-L298 на фирмата SGS-Thomson.
Интегралната схема L297 съдържа логика,която се грижи за формирането на времевите импулси към двигателя,а схемата L298 е мощен двоен Н мост.
За да не се получи объркване в терминологията тук ,когато се говори за "драйвер",се има в предвид мощна схема,която захранван директно намотките на двигателя с неговите работни ток и напрежение.
Контролер-микросхема,която създава времевите импулси за двигателя .
Разбира се може да се работи и без специализиран контролер,като от дискретни елементи може да бъде конструиран драйвера и функциите на контролера да се реализират по програмен път.
Най-простият драйвер може да бъде реализиран за униполярните двигатели.За целта трябват няколко мощни ключа,които могат да бъдат изпълнени с дискретни елементи.Могат да се използват биполярни или полеви транзистори.
Съществуват и готови интегрални схеми,които имат вградени няколко мощни ключа и могат да улеснят направата на драйвера.За примр може да послужи интегралната схема ULN2003.ULN2003 има 7мощни ключа с максимален ток 0.5АПринципната схема на един от нейните ключове е следната.
Аналогични схеми се произвеждат от много фирми.Трябва да се отбележи ,че тези схеми не са проектирани само за драйвери на двигатели.С тях могат да се управляват и други устройства
За управлението на биполярните стъпкови двигатели драйвера е малко по-сложен.Тук е необходимо използването на Н мост.
Схемата може да бъде реализирана,както с дискретни елементи,така и със специализирани интегрални схеми.
Пример за една дискретна реализация е следната схема.
Този мост се управлява само с два сигнала и не може да обеспечи всички възможни комбинации.
Намотката е захранена,когато нивата на входовете са различни и окъсена,когато са еднакви.Това позволява да се получи само бавно спадане на тока(динамическо спиране).
Както простите,така и по-сложните Н схеми могат да са част от ключов стабилизатор на ток.
Схемата,която управлява тези ключове,може да бъда изпълнена с дискретни елементи,но може и да бъде специализирана интегрална схема.Много популярна такава схема,която управлява чрез ШИМ (широчино импулсна модулация) е схемата L297 на фирмата SGS-Thomson.Заедно със схемата L298 на същата фирма,се получава една напълно завършена система за управление на биполярен стъпков двигател.
Едно типично свързване е следното.
Използването на схемата L297 силно разтоварва управляващия контролер(компютър),защото от него се изисква само тактовата честота CLOCK(честотата на повторение на стъпките)и няколко статични сигнала.
-DIRECTION-направление(вътрешно синхронизиран сигнал,които може да бъде променян по всяко време)
-HALF/FULL-половин или пълна стъпка
-RESET-поставя фазата в изходно състояние.(ABCD = 0101)
-ENABLE-разрешава работата на микросхемата.
-V ref-опорно напрежение,което задава пиковата големина на тока при ШИМ управлението.
Освен тези има още няколко сигнала,
Останалите сигнали са:
-CONTROL-Задава работата на ШИМ регулатора.При ниско ниво на сигнала на този вход ШИМ регулирането става по изходите INH1, INH2,а при високо ниво на сигнала по изходите ABCD.
-SYNC-вход на вътрешния тактов генератор за ШИМ.Ползва се за синхронизиране на работата на няколко схеми.Може да се ползва за вход от външен тактов генератор.
-HOME-сигнал за първоначално състояние на изходите(ABCD = 0101)Използва се за синхронизиране при превключване от половин на пълна стъпка.В зависимост от момента на прехода двигателя в режим на пълна стъпка може да работи с една или две включени фази.
За контролера L297 можете да свалите характеристиките му от тук. http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/1334.pdf
За драйвера L298 от тук. http://www.allelectronics.com/spec/L298N.pdf
Общо:
520320
Вчера:
195
Сайтът е конструиран с Glog. Dir.bg не носи отговорност за съдържанието и достоверността на публикуваните в сайта материали, както и за тяхното неправомерно използване от трети страни.