Alalisvoolu ja samm -mootorite tester: 12 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Paar kuud tagasi kinkis mu sõber mulle paar kasutuselt kõrvaldatud tindiprinterit ja koopiamasinat. Olin huvitatud nende jõuallikate, kaablite, andurite ja eriti mootorite koristamisest. Päästsin, mis suutsin, ja tahtsin kõiki osi testida, et veenduda nende funktsionaalsuses. Mõned mootorid olid hinnatud 12 V, mõned 5 V pingele, mõned olid astmelised ja teised olid alalisvoolumootorid. Kui mul oleks seade, kus saaksin lihtsalt mootori ühendada, seadistada sageduse, töötsükli ja valida selle testimiseks sammmeetodi.

Otsustasin selle ehitada ilma digitaalset signaaliprotsessorit või mikrokontrollerit kasutamata. Alandlik 555 või tl741 ostsillaatorina, 4017 loendur ja paljud loogikaväravad samm -mootorirežiimide jaoks. Alguses oli mul väga lõbus skeemi kujundada, samuti seadme esipaneeli kujundada. Olen leidnud korraliku puidust teekarbi, kuhu kõik sisse panna. Jagasin vooluringi neljaks osaks ja hakkasin seda leivaplaadil katsetama. Varsti ilmusid esimesed pettumuse märgid. See oli jama. Palju väravaid, palju IC -sid, juhtmeid. See ei töötanud korralikult ja ma mõtlesin kahe variandi vahel: Et see oleks väga lihtne - ainult alalisvoolumootorite jaoks, või pange see kõrvale ja lõpetage see mõnikord hiljem … Valisin teise variandi.

Samm: alalisvoolu ja astmelise juhtimise teooria

Alalisvoolumootor

Kõige tavalisem alalisvoolumootori juhtimise viis on nn impulsi laiuse modulatsioon (PWM). PWM rakendatakse konkreetsele lülitile ja lülitab mootori sisse ja välja. Pildil näete näidatud lülitusperioodi ja selle suhet sagedusega, näidatakse ka lülitusaega. Töötsükkel on defineeritud kui lülitusaeg jagatud kogu perioodiga. Kui hoiame sageduse konstantsena, on ainus töötsükli muutmise viis sisse lülitatud aja muutmine. Töötsükli suurendamisega suureneb ka mootorile rakendatava pinge keskmine väärtus. Suurema pinge tõttu voolab alalisvoolumootorist läbi suurem vool ja rootor pöörleb kiiremini.

Aga millist sagedust valida? Sellele küsimusele vastamiseks vaatame lähemalt, mis on alalisvoolumootor tegelikult. Samamoodi võib seda kirjeldada kui RL -filtrit (jättes EMF -i hetkeks tähelepanuta). Kui mootorile rakendatakse pinget (RL -filter), suureneb vool ajakonstandiga tau, mis on võrdne L / R. PWM -juhtimise korral, kui lüliti on suletud, suureneb mootorit läbiv vool ja väheneb lüliti väljalülitamise ajal. Siinkohal on voolul sama suund kui varem ja see voolab läbi tagasivoolu dioodi. Suurema võimsusega mootoritel on suurem induktiivsus ja seega suurem ajakonstant kui väiksematel mootoritel. Kui sagedus on väikese mootori sisselülitamisel madal, väheneb vool kiiresti väljalülitamise ajal, millele järgneb suur tõus sisselülitusaja jooksul. See praegune pulsatsioon põhjustab ka mootori pöördemomendi lainetamist. Me ei taha seda. Seetõttu peaks väiksemate mootorite toites PWM sagedus olema suurem. Kasutame neid teadmisi projekteerimisel hilisemates etappides.

Sammumootor

Kui tahame juhtida harrastuselektroonikas kasutatavat unipolaarset samm -mootorit, on meil valida kolme põhilise juhtimisvõimaluse (režiimi) vahel - Wave drive (WD), Half Step (HS) ja Full Step (FS). Üksikute režiimide jada ja rootori asukoht on näidatud joonisel (lihtsuse huvides olen märkinud kahe paari poolusega mootori). Sel juhul põhjustavad Wave Drive ja Full Step rootori pöörlemist 90 kraadi ja seda on võimalik saavutada 4 oleku kordamisega. Poole sammu režiimis vajame 8 oleku jada.

Režiimi valik sõltub süsteemi nõuetest - kui vajame suurt pöördemomenti, on parim valik Full Step, kui piisab madalamast pöördemomendist ja võib -olla toidame oma vooluringi akust, eelistatakse laineajami režiimi. Rakendustes, kus soovime saavutada suurimat nurga eraldusvõimet ja sujuvamat liikumist, on Half Drive režiim ideaalne valik. Selle režiimi pöördemoment on umbes 30% madalam kui täisvõimsuse režiimis.

2. samm: vooluahela skeem

See lihtne meem kirjeldab tabavalt minu mõtlemisprotsessi disainimise ajal.

Diagrammi ülemises osas kirjeldatakse toiteallikat - 12 -voldist adapterit, mis on lineaarse regulaatori abil vähendatud 5 voltini. Tahtsin, et saaksin valida mootori (MMTV) maksimaalse testpinge - kas 12 või 5 volti. Sisseehitatud ampermeeter möödub juhtimisahelatest ja mõõdab ainult mootori voolu. Samuti oleks mugav multimeetri abil vahetada sise- ja välisvoolu mõõtmise vahel.

Ostsillaator töötab kahes režiimis: esimene on konstantse sagedusega ja muutuva töötsükliga ning teine on muutuva sagedusega. Mõlemat parameetrit saab seadistada potentsiomeetrite abil ning üks pöördlüliti on lülitusrežiimid ja -vahemikud. Süsteem sisaldab ka 3,5 mm pistikupesa kaudu lülitit sisemise ja välise kella vahel. Sisemine kell ühendatakse paneeliga ka 3,5 mm pesa kaudu. Üks lüliti ja nupp kella lubamiseks/keelamiseks. Alalisvoolumootori draiver on ühe kvadrandi N-kanaliga mosfeti draiver. Suunda saab muuta mehaanilise dpdt -lüliti abil. Mootorijuhtmed ühendatakse banaanipistikute kaudu.

Sammumootorite järjestust juhib arduino, mis tunneb ära ka kolm dip -lüliti määratud juhtimisrežiimi. Sammumootori juht saab uln2003. Arduino juhib ka 4 LED -i, mis esindavad nendes režiimides töötavate mootorimähiste animatsiooni. Sammumootor ühendatakse testeriga ZIF -pistikupesa kaudu.

3. samm: skeemid

Skeemid on jagatud viieks osaks. Siniste kastidega raamitud ahelad tähistavad paneelil olevaid komponente.

1. Toiteallikas
2. Ostsillaator
3. Alalisvoolu draiver
4. Arduino samm -draiver
5. Loogikaväravate astmeline draiver

Leht nr. 5 on põhjus, miks ma selle projekti valetasin. Need ahelad moodustavad järjestused eelnevalt mainitud juhtimisrežiimidele - WD, HS ja FS. See osa asendatakse arduinoga täielikult lehel nr. 4. Lisatud on ka täielikud Eagle'i skeemid.

Samm: vajalikud komponendid ja tööriistad

Vajalikud komponendid ja tööriistad:

• Multimeeter
• Kalibreerimine
• Papist lõikur
• Marker
• Pintsetid
• Peenid tangid
• Lõiketangid
• Traadi eemaldamise tangid
• Jootekolb
• Jootma
• Kolofoonia
• Juhtmed (24 awg)
• 4x spdt lüliti
• 2x dpdt lüliti
• 4x banaanipistik
• Vajutage nuppu
• ZIF pesa
• 2x 3,5 mm pesa
• Alalisvoolu pistik
• Arduino nano
• 3-pooluseline DIP-lüliti
• 2x 3 mm LED
• 5x 5 mm LED
• Kahevärviline LED
• Potentsiomeetri nupud
• DIP -pistikupesad
• Universaalne trükkplaat
• Duponti pistikud
• Plastist kaablisidemed

Ja

• Potentsiomeetrid
• Takistid
• Kondensaatorid

teie valitud väärtustega, mis vastavad valgusdioodide sagedusvahemikele ja heledusele.

Samm: esipaneeli kujundus

Tester paigutati vanasse puidust teekarpi. Kõigepealt mõõtsin sisemõõdud ja seejärel lõikasin kõvast papist välja ristküliku, mis toimis mallina komponentide paigutamiseks. Kui olin osade paigutusega rahul, mõõtsin iga positsiooni uuesti ja lõin paneeli kujunduse Fusion360 -s. 3D -printimise lihtsuse huvides jagasin paneeli kolmeks väiksemaks osaks. Disainisin ka L-kujulise hoidiku paneelide kinnitamiseks karbi sisekülgedele.

6. samm: 3D-printimine ja pihustusvärvimine

Paneelid trükiti Ender-3 printeriga, kodus olnud jääkmaterjalist. See oli läbipaistev roosa petg. Pärast printimist piserdasin paneele ja hoidikuid mattmust akrüülvärviga. Täielikuks katmiseks kandsin 3 kihti, laotasin need mõneks tunniks õue, et kuivada ja ventileerida umbes pool päeva. Olge ettevaatlik, värviaurud võivad olla kahjulikud. Kasutage neid alati ainult ventileeritavas ruumis.

Samm: paneeli juhtmestik

Isiklikult minu lemmik, kuid kõige aeganõudvam osa (vabandan juba ette, et ma ei kasutanud kokkutõmbumistorusid, olin ajahädas - muidu kasutaksin neid kindlasti).

Reguleeritavad sulgud aitavad palju paneelide paigaldamisel ja käsitsemisel. Võimalik on kasutada ka nn kolmandat kätt, kuid eelistan hoidjat. Katsin selle käepidemed tekstiilriidega, et paneel töö käigus kriimustada ei saaks.

Sisestasin ja kruvisin paneelile kõik lülitid ja potentsiomeetrid, LED -id ja muud pistikud. Seejärel hindasin juhtmete pikkust, mis ühendavad paneelil olevaid komponente ja ka neid, mida kasutatakse PCB -ga ühendamiseks. Need kipuvad olema veidi pikemad ja neid on hea veidi pikendada.

Pistikute jootmisel kasutan peaaegu alati vedelat jootmisvoogu. Kandan väikese koguse tihvtile ja seejärel tinale ning ühendan juhtmega. Flux eemaldab pindadelt oksüdeerunud metalli, muutes vuugi jootmise palju lihtsamaks.

Samm 8: paneeli-plaadi pistikud

Paneeli ühendamiseks trükkplaadiga kasutasin duponti tüüpi pistikuid. Need on laialdaselt saadaval, odavad ja mis kõige tähtsam - piisavalt väikesed, et mugavalt valitud karpi mahutada. Kaablid on paigutatud vastavalt skeemile, paarides, kolmikutes või nelikutes. Need on värvikoodiga hõlpsasti tuvastatavad ja hõlpsasti ühendatavad. Samas on tuleviku jaoks otstarbekas mitte eksida ühtlases juhtmete sasipuntras. Lõpuks kinnitatakse need mehaaniliselt plastikust kaablisidemetega.

9. samm: PCB

Kuna skeemi osa, mis asub väljaspool paneeli, ei ole ulatuslik, otsustasin teha skeemi universaalsele trükkplaadile. Kasutasin tavalist 9x15 cm PCB -d. Panin sisendkondensaatorid koos lineaarse regulaatori ja jahutusradiaatoriga vasakule küljele. Seejärel paigaldasin pistikupesad IC 555, 4017 loenduri ja ULN2003 draiveri jaoks. 4017 loenduri pistikupesa jääb tühjaks, kuna selle funktsiooni võtab üle arduino. Alumises osas on draiver N-kanaliga mosfet F630.

Samm: Arduino

Süsteemi ühendamine arduinoga on dokumenteeritud skemaatilisel lehel nr. 4. kasutati järgmist tihvtide paigutust:

• 3 digitaalsisendit DIP -lüliti jaoks - D2, D3, D12
• 4 digitaalset väljundit LED -indikaatoritele - D4, D5, D6, D7
• 4 digitaalset väljundit sammujuhi jaoks - D8, D9, D10, D11
• Üks analoogsisend potentsiomeetrile - A0

LED -indikaatorid, mis tähistavad üksikuid mootori mähiseid, süttivad aeglaselt, kui mähised on tegelikult toidetud. Kui valgusdioodide vilkumiskiirus vastaks mootori mähistele, näeksime seda kõigi nende pideva valgustusena. Tahtsin saavutada selge lihtsa esituse ja erinevused üksikute režiimide vahel. Seetõttu juhitakse LED -indikaatoreid sõltumatult 400 ms intervalliga.

Sammumootori juhtimise funktsioonid lõi autor Cornelius oma ajaveebis.

11. samm: kokkupanek ja testimine

Lõpuks ühendasin kõik paneelid trükkplaadiga ja hakkasin testrit testima. Mõõtsin ostsillaatorit ja selle vahemikke ostsilloskoobiga, samuti sageduse ja töötsükli juhtimist. Mul ei olnud suuri probleeme, ainus muudatus, mille tegin, oli lisada keraamilised kondensaatorid paralleelselt sisend -elektrolüütkondensaatoritega. Lisatud kondensaator nõrgendab alalisvooluadapteri kaabli parasiitselementide poolt süsteemi sisestatud kõrgsageduslikke häireid. Kõik testija funktsioonid töötavad vastavalt vajadusele.

12. samm: Outro

Nüüd saan lõpuks lihtsalt katsetada kõiki mootoreid, mis mul on aastate jooksul õnnestunud päästa.

Kui olete huvitatud testeri teooriast, skeemist või muust, võtke minuga ühendust.

Täname lugemise ja aja eest. Olge terve ja turvaline.