УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

   Шаговые двигатели присутствуют в автомобилях, принтерах, компьютерах, стиральных машинах, электробритвах и многих других устройствах из повседневного быта. Однако многие радиолюбители до сих пор не знают, как заставить такой мотор работать и что он вообще из себя представляет. Итак, давайте узнаем, как использовать шаговый двигатель.

УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

   Шаговые двигатели являются частью класса моторов, известных как безщеточные двигатели. Обмотки шагового двигателя являются частью статора. На роторе расположен постоянный магнит или, для случаев с переменным магнитным сопротивлением, зубчатый блок из магнитомягкого материала. Все коммутации производятся внешними схемами. Обычно система мотор — контроллер разрабатывается так, чтобы была возможность вывода ротора в любую, фиксированную позицию, то есть система управляется по положению. Цикличность позиционирования ротора зависит от его геометрии.

Вид шаговых двигателей

Типы шаговых двигателей

   Существуют три основных типа шаговых двигателей: переменной индуктивности, двигатели с постоянными магнитами, и гибридные двигатели.

   Двигатели переменной индуктивности используют только генерируемое магнитное поле на центральном валу, заставляющее вращаться и находиться на одной линии с напряжением электромагнитов.

   Двигатели с постоянными магнитами похожи на них, за исключением того, что центральный вал поляризован у северного и южного магнитных полюсов, которые будут соответствующим образом поворачивать его в зависимости от того, какие электромагниты включены.

   Гибридный мотор - это сочетание двух предыдущих. У его намагниченного центрального вала имеется два набора зубов для двух магнитных полюсов, которые затем выстраиваются в линию с зубами вдоль электромагнитов. В связи с двойным набором зубов на центральном валу, гибридный двигатель имеет наименьший доступный размер шага и поэтому является одним из наиболее популярных типов шаговых двигателей.

Униполярные и биполярные шаговые двигатели

   Также существует ещё два типа шаговых двигателей: униполярные и биполярные. На фундаментальном уровне, эти два типа работать точно так же; электромагниты включены в последовательном виде, заставляя центральный вал двигателя вращаться.

Униполярные и биполярные шаговые двигатели

   Но униполярный шаговый двигатель работает только с положительным напряжением, а биполярный шаговый двигатель имеет два полюса - положительный и отрицательный.

   То есть фактическая разница между этими двумя типами заключается в том, что для однополярных требуется дополнительный провод в середине каждой катушки, что позволит току проходить либо к одному концу катушки, либо другому. Эти два противоположных направления производят две полярности магнитного поля, фактически имитируя как положительные, так и отрицательные напряжения.

   Хотя оба они имеют общий уровень питающих напряжений 5V, биполярный шаговый двигатель будет иметь больший крутящий момент, потому что ток течет через всю катушку, производя более сильное магнитное поле. С другой стороны, униполярные шаговые двигатели используют только половину длины катушки из-за дополнительного провода в середине катушки, а значит меньший крутящий момент доступен для удержания вала на месте.

Подключение шаговых двигателей

   Разные шаговые двигатели могут иметь разное количество проводов, как правило, 4, 5, 6, или 8. 4-х проводные линии могут поддержать только биполярные шаговые двигатели, поскольку у них нет центрального провода.

Подключение шаговых двигателей

   5-ти и 6-ти проводные механизмы могут быть использованы как для однополярного, так и биполярного шагового двигателя, в зависимости от того, используется центральный провод на каждой из катушек или нет. 5-ти проводная конфигурация подразумевает, что центральные провода на два комплекта катушек соединены внутри между собой.

Способы управления шаговыми двигателями

   Есть несколько различных способов управления шаговыми двигателями - полный шаг, полушаг, и микрошаговый. Каждый из этих стилей предлагают различные крутящие моменты, шаги и размеры.

Способы управления шаговыми двигателями

   Полный шаг - такой привод всегда имеет два электромагнита. Для вращения вала, один из электромагнитов выключается и далее электромагнит включен, вызывая вращение вала на 1/4 зуба (по крайней мере для гибридных шаговых двигателей). Этот стиль имеет самый сильный момент вращения, но и самый большой размер шага.

   Полшага. Для вращения центрального вала, первый электромагнит находится под напряжением, как первый шаг, затем второй также под напряжением, а первый все еще работает на второй шаг. При третьем шаге выключается первый электромагнит и четвертый шаг - поворот на третий электромагнит, а второй электромагнит по-прежнему работает. Этот метод использует в два раза больше шагов, чем полный шаг, но он также имеет меньший крутящий момент.

   Микрошаговый имеет наименьший размер шага из всех этих стилей. Момент вращения, связанный с этим стилем, зависит от того, как много тока, протекает через катушки в определенное время, но он всегда будет меньше, чем при полном шаге.

Схема подключения шаговых двигателей

   Чтобы управлять шаговым двигателем необходим контроллер. Контроллер — схема, которая подает напряжение к любой из четырех катушек статора. Схемы управления достаточно сложны, по сравнению с обычными электромоторчиками, и имеют много особенностей. Подробно рассматривать тут мы их не будем, а просто приведём фрагмент популярного контроллера на ULN2003A.

Схема подключения шаговых двигателей на uln2003

   В общем шаговые двигатели являются отличным способом для того, чтобы повернуть что-то в точный размер угла с большим количеством крутящего момента. Другое преимущество их в том, что скорость вращения может быть достигнута почти мгновенно при изменении направления вращения на противоположное.


Не забудьте поделиться с друзьями


Это тоже полезно посмотреть:


КОНТРОЛЛЕР УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Двухфазный 2,5 А драйвер микро-степпингового мотора - принципиальная схема на основе STK682-010.


ТЕРМОМЕТР НА ЛАМПЕ ИН-13

Термометр в виде светящегося столбика на лампе ИН-13 - схема принципиальная и видео его работы.


ТЕРМОМЕТР НА РАЗНОЦВЕТНЫХ СВЕТОДИОДАХ

Комнатный термометр на цветных LED элементах WS2812B и микроконтроллере - самодельная конструкция.


СТИЛУС ДЛЯ ЕМКОСТНОГО ЭКРАНА СВОИМИ РУКАМИ

Как из подручных материалов сделать стилус для экрана - эксперименты с различными приспособлениями и материалами.


СХЕМА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ЛЕВИТАТОРА

Создайте своё парящее светодиодное НЛО всего лишь с несколькими деталями и магнитом.


ИНТЕРЕСНЫЕ СХЕМЫ. МНОГО!




Популярные схемы
ESR ИЗМЕРИТЕЛЬ КОНДЕНСА...

     Прибор для определения работоспособности электролитических конденсаторов - портативный стрелочный esr метр.

ГАШЕНИЕ ДУГИ

ГАШЕНИЕ ДУГИ     В статье описаны способы гашения электрической дуги, возникающей при размыкании контактов, для низковольтных и высоковольтных аппаратов.

ЛАМПОВЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ЗВУК...

     Схема и конструкция двухтактного лампового усилителя на мощность 10 ватт.

ПРОГРАММИРУЕМ С UNIPROF

     Работа в оболочке программатора Громова Uniprof - процесс прошивки, фьюзы, особенности программирования контроллеров.


АВТОНОМНЫЕ МУЛЬТИКОПТЕР...

     Разработаны и успешно испытаны новые мультикоптеры, которые летают автономно и не требуют управления.

КАК РАЗОБРАТЬ БЛОК ПИТА...

     Разборка стандартного блока питания ноутбука 19В, герметично заклеенного в пластиковый корпус.


ЗВУКОВАЯ КАРТА СВОИМИ Р...

     Самодельная стерео звуковая карта подключаемая к компьютеру через USB порт.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЭФФЕ...

     Термоэлектрический эффект - практическая конструкция испытательной установки, позволяющая наглядно понять суть этого явления.