DC ir žingsninio variklio testeris: 12 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Prieš kelis mėnesius vienas mano draugas man padovanojo porą išmestų rašalinių spausdintuvų ir kopijavimo aparatų. Man buvo įdomu surinkti jų energijos šaltinius, kabelius, jutiklius ir ypač variklius. Išgelbėjau, ką galėjau, ir norėjau išbandyti visas dalis, kad įsitikinčiau, ar jos veikia. Kai kurie varikliai buvo skirti 12 V įtampai, kai kurie - 5 V įtampai, kai kurie buvo žingsniniai, o kiti - nuolatinės srovės varikliai. Jei tik turėčiau įrenginį, kuriame galėčiau tiesiog prijungti variklį, nustatyti dažnį, darbo ciklą ir pasirinkti žingsnio metodą, kad jį išbandytumėte.

Aš nusprendžiau jį sukurti nenaudodamas skaitmeninio signalo procesoriaus ar mikrovaldiklio. Kuklus 555 arba tl741 kaip osciliatorius, 4017 skaitiklis ir daugybė loginių vartų žingsninio variklio režimams. Iš pradžių man buvo labai smagu kurti grandinę, taip pat projektuoti prietaiso priekinį skydelį. Radau neblogą medinę arbatos dėžutę, kur viską sudėti. Aš padalijau grandinę į keturias dalis ir pradėjau ją išbandyti ant duonos lentos. Netrukus atsirado pirmieji nusivylimo požymiai. Tai buvo netvarka. Daug vartų, daug IC, laidų. Tai neveikė tinkamai, ir aš galvojau tarp dviejų variantų: kad būtų labai paprasta - tik nuolatinės srovės varikliams, arba atidėkite jį į šalį ir kartais baigkite vėliau … Aš pasirinkau antrąjį variantą.

1 žingsnis: DC ir žingsninio valdymo teorija

DC variklis

Dažniausias nuolatinės srovės variklio valdymo būdas yra vadinamasis impulsų pločio moduliavimas (PWM). PWM taikomas konkrečiam jungikliui ir įjungia bei išjungia variklį. Paveikslėlyje galite pamatyti nurodytą perjungimo laikotarpį ir jo santykį su dažniu, taip pat nurodomas perjungimo laikas. Darbo ciklas apibrėžiamas kaip perjungimo laikas, padalytas iš viso laikotarpio. Jei dažnį išlaikysime pastovų, vienintelis būdas pakeisti darbo ciklą yra pakeisti įjungimo laiką. Padidinus darbo ciklą, padidėja ir variklio įtampos vidutinė vertė. Dėl didesnės įtampos per nuolatinės srovės variklį teka didesnė srovė, o rotorius sukasi greičiau.

Bet kokį dažnį pasirinkti? Norėdami atsakyti į šį klausimą, pažvelkime atidžiau, kas iš tikrųjų yra nuolatinės srovės variklis. Lygiai taip pat jį galima apibūdinti kaip RL filtrą (trumpam apleidžiant EML). Jei varikliui taikoma įtampa (RL filtras), srovė didėja, kai laiko konstanta tau yra lygi L / R. Jei valdomas PWM, kai jungiklis uždarytas, srovė, tekanti per variklį, padidėja ir per jungiklio išjungimo laiką sumažėja. Šiuo metu srovė turi tą pačią kryptį kaip ir anksčiau ir teka per atbulinį diodą. Didesnės galios varikliai turi didesnę induktyvumą ir todėl didesnę laiko konstantą nei mažesni varikliai. Jei įjungus mažą variklį dažnis yra žemas, išjungimo metu srovė sparčiai mažėja, o vėliau įjungimo metu labai padidėja. Šis srovės pulsacija taip pat sukelia variklio sukimo momento svyravimus. Mes to nenorime. Todėl, maitinant mažesnius variklius, PWM dažnis turėtų būti didesnis. Šias žinias panaudosime projektuodami vėlesniuose žingsniuose.

Žingsninis variklis

Jei norime valdyti unipolinį žingsninį variklį, naudojamą hobio elektronikoje, galime rinktis iš 3 pagrindinių valdymo variantų (režimų) - „Wave“(„Wave“), „Half Step“(HS) ir „Full Step“(FS). Atskirų režimų seka ir rotoriaus padėtis nurodyta paveikslėlyje (paprastumo dėlei nurodiau variklį su dviem polių poromis). Šiuo atveju „Wave Drive“ir „Full Step“sukelia rotoriaus sukimąsi 90 laipsnių kampu ir tai galima pasiekti kartojant 4 būsenas. Pusės žingsnio režimu mums reikia 8 būsenų sekos.

Režimo pasirinkimas priklauso nuo sistemos reikalavimų - jei mums reikia didelio sukimo momento, geriausias pasirinkimas yra „Full Step“, jei pakanka mažesnio sukimo momento ir galbūt mes maitiname savo grandinę iš akumuliatoriaus, pirmenybė teikiama bangų pavaros režimui. Programose, kuriose norime pasiekti didžiausią kampinę skiriamąją gebą ir sklandžiausią judesį, Half Drive režimas yra idealus pasirinkimas. Šiuo režimu sukimo momentas yra apie 30% mažesnis nei viso važiavimo režimu.

2 žingsnis: grandinės schema

Šis paprastas memas taikliai apibūdina mano mąstymo procesą projektuojant.

Viršutinėje diagramos dalyje aprašytas maitinimo šaltinis - 12 voltų adapteris, kurį linijinis reguliatorius sumažina iki 5 voltų. Norėjau, kad galėčiau pasirinkti didžiausią variklio (MMTV) bandymo įtampą - 12 arba 5 voltų. Įmontuotas ampermetras apeis valdymo grandines ir matuos tik variklio srovę. Taip pat būtų patogu, jei būtų galima perjungti vidinį ir išorinį srovės matavimą naudojant multimetrą.

Osciliatorius veiks dviem režimais: pirmasis yra pastovus dažnis ir kintamas darbo ciklas, o antrasis - kintamo dažnio. Abu šiuos parametrus bus galima nustatyti naudojant potenciometrus, o vienas sukamasis jungiklis bus perjungimo režimai ir diapazonai. Sistemoje taip pat bus jungiklis tarp vidinio ir išorinio laikrodžio per 3,5 mm lizdo jungtį. Vidinis laikrodis taip pat bus prijungtas prie skydelio per 3,5 mm lizdą. Vienas jungiklis ir mygtukas įjungti/išjungti laikrodį. Nuolatinės srovės variklio tvarkyklė bus vieno kvadranto N kanalo „MOSFET“tvarkyklė. Kryptis bus pakeista naudojant mechaninį dpdt jungiklį. Variklio laidai bus prijungti per bananų lizdus.

Žingsninio variklio seką valdys arduino, kuris taip pat atpažins 3 valdymo režimus, nurodytus kritimo jungiklyje. Žingsninio variklio vairuotojas bus uln2003. „Arduino“taip pat valdys 4 šviesos diodus, kurie parodys varomų variklių apvijų animaciją šiais režimais. Žingsninis variklis bus prijungtas prie testerio per ZIF lizdą.

3 žingsnis: schemos

Schemos yra suskirstytos į penkias dalis. Grandinės, įrėmintos mėlynose dėžutėse, rodo komponentus, kurie bus skydelyje.

1. Maitinimo šaltinis
2. Osciliatorius
3. DC vairuotojas
4. „Arduino Stepper“vairuotojas
5. „Logic Gates Stepper“vairuotojas

Lapas Nr. 5 yra priežastis, kodėl aš palikau šį projektą gulėti. Šios grandinės sudaro anksčiau minėtų valdymo režimų - WD, HS ir FS - sekas. Šią dalį visiškai pakeičia arduino lape Nr. 4. Taip pat pridedamos visos Eagle schemos.

4 žingsnis: būtini komponentai ir įrankiai

Būtini komponentai ir įrankiai:

• Multimetras
• Apkaba
• Kartono pjaustytuvas
• Žymeklis
• Pincetai
• Smulkios replės
• Pjovimo replės
• Vielos nuėmimo replės
• Lituoklis
• Lituoklis
• Kolofonija
• Laidai (24 awg)
• 4x spdt jungiklis
• 2x dpdt jungiklis
• 4x bananų lizdas
• Paspauskite mygtuką
• ZIF lizdas
• 2x 3,5 mm lizdas
• DC jungtis
• Arduino nano
• 3 polių DIP jungiklis
• 2x 3 mm LED
• 5x 5 mm šviesos diodas
• Bicolor LED
• Potenciometro rankenėlės
• DIP lizdai
• Universalus PCB
• Dupont jungtys
• Plastikiniai kabeliai

Ir

• Potenciometrai
• Rezistoriai
• Kondensatoriai

su pasirinktomis vertėmis, atitinkančiomis šviesos diodų dažnių diapazonus ir ryškumą.

5 žingsnis: priekinio skydo dizainas

Testeris buvo įdėtas į seną medinę arbatos dėžutę. Pirmiausia išmatavau vidinius matmenis, o tada iš kieto kartono iškirpau stačiakampį, kuris buvo šablonas sudedamosioms dalims išdėstyti. Kai buvau patenkintas dalių išdėstymu, aš vėl išmatavau kiekvieną poziciją ir sukūriau plokštės dizainą „Fusion360“. Padalinau skydelį į 3 mažesnes dalis, kad būtų lengviau spausdinti 3D. Taip pat suprojektavau L formos laikiklį, skirtą plokštėms pritvirtinti prie vidinių dėžutės pusių.

6 žingsnis: 3D spausdinimas ir dažymas purškiant

Plokštės buvo atspausdintos naudojant „Ender-3“spausdintuvą, iš likusios medžiagos, kurią turėjau namuose. Tai buvo skaidri rožinė petg. Po spausdinimo plokštes ir laikiklius purškiau matiniais juodais akriliniais dažais. Norėdami visiškai padengti, aš tepiau 3 sluoksnius, padėjau juos kelioms valandoms lauke, kad išdžiūtų ir vėdintų apie pusę dienos. Būkite atsargūs, dažų garai gali pakenkti. Visada naudokite juos tik vėdinamoje patalpoje.

7 žingsnis: skydo prijungimas

Asmeniškai mano mėgstamiausia, bet daugiausiai laiko atimanti dalis (iš anksto atsiprašau, kad nesinaudojau susitraukiančiais vamzdeliais, man buvo laiko krizė - kitaip tikrai juos panaudočiau).

Reguliuojami laikikliai labai padeda montuojant ir tvarkant plokštes. Taip pat galima naudoti vadinamąją trečiąją ranką, bet man labiau patinka laikiklis. Jo rankenas uždengiau tekstiliniu audiniu, kad darbo metu plokštė nesibraižytų.

Į skydelį įkišau ir įsukau visus jungiklius ir potenciometrus, šviesos diodus ir kitas jungtis. Vėliau aš įvertinau laidų, kurie sujungs skydo komponentus, ilgį ir tuos, kurie bus naudojami prijungti prie PCB. Jie paprastai būna šiek tiek ilgesni, todėl gerai juos šiek tiek pratęsti.

Lituodamas jungtis beveik visada naudoju skysto litavimo srautą. Nedidelį kiekį užtepu ant smeigtuko, tada skardos ir prijungiu prie vielos. Flux pašalina bet kokį oksiduotą metalą nuo paviršių, todėl daug lengviau lituoti jungtį.

8 žingsnis: skydo plokštės jungtys

Norėdami prijungti skydelį prie PCB, naudoju dupont tipo jungtis. Jie yra plačiai prieinami, pigūs ir, svarbiausia, pakankamai maži, kad patogiai tilptų pasirinktoje dėžutėje. Kabeliai yra išdėstyti pagal schemą, poromis, tryniais ar ketvertais. Jie yra spalvoti, kad juos būtų lengva atpažinti ir lengvai prijungti. Tuo pat metu praktiška ateičiai nepasimesti vienodame laidų raizginyje. Galiausiai jie yra mechaniškai pritvirtinti plastikiniais kabeliais.

9 žingsnis: PCB

Kadangi diagramos dalis, esanti už skydelio, nėra plati, nusprendžiau sukurti grandinę universaliajame plokštėje. Aš naudojau įprastą 9x15 cm PCB. Įdėjau įvesties kondensatorius kartu su linijiniu reguliatoriumi ir radiatoriumi kairėje pusėje. Vėliau įdiegiau lizdus IC 555, 4017 skaitikliui ir ULN2003 tvarkyklėms. 4017 skaitiklio lizdas liks tuščias, nes jo funkciją perims arduino. Apatinėje dalyje yra „N-channel mosfet F630“tvarkyklė.

10 žingsnis: „Arduino“

Sistemos prijungimas prie arduino yra aprašytas schemos lape Nr. 4. buvo naudojamas toks kaiščių išdėstymas:

• 3 skaitmeniniai įėjimai DIP jungikliui - D2, D3, D12
• 4 skaitmeniniai išėjimai LED indikatoriams - D4, D5, D6, D7
• 4 skaitmeniniai išėjimai, skirti stepper vairuotojui - D8, D9, D10, D11
• Vienas analoginis įėjimas potenciometrui - A0

LED indikatoriai, vaizduojantys atskiras variklio apvijas, užsidega lėtai, nei apvijos yra maitinamos. Jei šviesos diodų mirksėjimo greitis atitiktų variklio apvijas, tai matytume kaip nuolatinį visų jų apšvietimą. Norėjau pasiekti aiškų paprastą vaizdą ir skirtumus tarp atskirų režimų. Todėl LED indikatoriai yra valdomi nepriklausomai 400 ms intervalu.

Žingsninio variklio valdymo funkcijas autorius Kornelijus sukūrė savo tinklaraštyje.

11 žingsnis: Surinkimas ir bandymas

Galiausiai aš prijungiau visas plokštes prie PCB ir pradėjau testuoti testerį. Osciliatoriumi ir jo diapazonus išmatavau osciloskopu, taip pat dažnio ir darbo ciklo valdymą. Didelių problemų neturėjau, vienintelis pakeitimas buvo pridėti keraminius kondensatorius lygiagrečiai įvesties elektrolitiniams kondensatoriams. Pridėtas kondensatorius slopina aukšto dažnio trukdžius, kuriuos į sistemą patenka parazitiniai nuolatinės srovės adapterio kabelio elementai. Visos testerio funkcijos veikia kaip reikalaujama.

12 žingsnis: „Outro“

Dabar pagaliau galiu tiesiog išbandyti visus variklius, kuriuos per daugelį metų pavyko išgelbėti.

Jei jus domina teorija, schema ar kažkas apie testerį, nedvejodami susisiekite su manimi.

Ačiū, kad skaitote ir skiriate laiko. Būkite sveiki ir saugūs.