Ce se poate face cu motoarele pas cu pas. Generator eolian de putere redusă de la un motor pas cu pas: un dispozitiv de casă de la o imprimantă

Pentru funcționarea oricărui dispozitiv electric, este necesar un mecanism special de acționare. Un motor pas cu pas este un astfel de dispozitiv. Există o mare selecție astăzi diverse motoare electrice, împărțit la tip și la schema driverului, care este controlată de controler.

Ce este un motor pas cu pas?

Motorul pas cu pas este sincron dispozitiv electromecanic, care transferă un semnal de control la mișcarea mecanică a rotorului. Rotația are loc în trepte fixate într-o anumită poziție.

Principiul de funcționare a motorului pas cu pas

Când tensiunea este aplicată bornelor, periile motorului electric pornesc și încep să se rotească continuu. Motor la ralanti are o proprietate specială, este transformarea impulsurilor dreptunghiulare intrate într-o poziție prestabilită a arborelui de acționare aplicat.

Arborele se mișcă sub unghi fix cu fiecare impuls. Dacă în jurul piesei centrale de fier dințate se află mai mulți electro-magneți dințate, dispozitivele cu o astfel de cutie de viteze sunt destul de eficiente. Microcontrolerul energizează electromagnetii. Un electromagnet cu un singur angrenaj sub influența energiei atrage dinții roții dințate la suprafața sa, astfel arborele motorului face o cotitură. Când dinții sunt aliniați cu electromagnetul, aceștia se deplasează ușor spre piesa magnetică adiacentă.

La uneltele a început să se rotească și să se alinieze cu roata anterioară, primul electromagnet este oprit și următorul este pornit. Apoi, întregul proces se repetă de câte ori este necesar. Această rotație se numește pitch constant. Prin numărarea numărului de trepte la rotația completă a motorului, se determină viteza de rotație a acestuia.

Modele cu motor pas cu pas

Conform designului rotorului, motoarele pas cu pas sunt împărțite în trei tipuri: reticență, magnet permanent și hibrid.

1. Motoarele sincrone de reticență sunt rareori folosite astăzi. Sunt utilizate atunci când este nevoie de un moment mic și un unghi de rotație a treptelor este prea mare. Rotorul este fabricat dintr-un material magnetic moale cu poli diferiți, are un unghi mare de pas, în absența curentului, nu există un cuplu de reținere. Acesta este cel mai simplu și mai ieftin motor. Statorul are șase poli și trei faze, în timp ce rotorul are patru poli. În acest caz, pasul dispozitivului este de 30 de grade. Câmpul magnetic rotativ este creat prin pornirea secvențială a fazelor statorului. Într-un singur pas, rotorul întoarce un unghi mai mic decât unghiul statorului, acest lucru se datorează numărului mai mic de poli.
2. Motor cu magnet permanent constă dintr-un rotor cu magnet permanent și un stator bifazat. Spre deosebire de dispozitivele reactive, în motoarele cu magnet permanent, după eliminarea semnalului de comandă, rotorul este fix. Acest lucru se datorează cuplurilor mari. Deoarece procesul de fabricație a rotorului este însoțit de mari dificultăți tehnologice (un număr mare de poli + magneți permanenți), se obține un pas unghiular mare de până la 90 de grade. Acesta este singurul lor dezavantaj. Când lucrați cu un circuit de comandă unipolar, înfășurările din centru pot fi atinse. Înfășurările fără filetare centrală sunt alimentate printr-un circuit de control bipolar. Pe baza acestui lucru, dispozitivul motor pas cu pas este împărțit în două tipuri în funcție de tipul de înfășurări, unipolar și bipolar.

Unipolar. Puteți schimba locația polilor magnetici fără a schimba direcția curentului. Este suficient să porniți fiecare fază a înfășurării separat. Dispozitivul constă dintr-o singură înfășurare pe fază, cu o apăsare situată în centru.

Bipolar . Astfel de motoare au o singură înfășurare pe fază, nu există un terminal comun, dar există două pe fază. Datorită acestui fapt, dispozitivele bipolare sunt mai puternice decât cele unipolare. Pentru a modifica polaritățile magnetice ale polilor, se schimbă direcția curentului în înfășurare.

Motor hibrid

Pentru a reduce unghiul pasului, a motor pas cu pas hibrid... În designul său, încorporează cele mai bune proprietăți ale motorului cu magnet permanent și al motorului cu reacție. Rotorul este prezentat sub forma unui magnet cilindric magnetizat de-a lungul axei longitudinale. Statorul este format din două sau patru faze, care sunt situate între perechi de poli pronunțați.

Cum să porniți un motor pas cu pas, controlul acestuia

Munca de conectare iar controlul motorului pas cu pas va depinde de modul în care doriți să rulați dispozitivul și de câte fire există pe unitate. Motoarele pas cu pas pot avea de la 4 la 8 fire, astfel încât un anumit circuit este utilizat pentru a le conecta.

• Cu patru fire. Fiecare înfășurare de fază are două fire. Pentru a conecta driverul pas cu pas, trebuie să găsiți fire asociate cu o conexiune continuă între ele. Acest motor este utilizat numai cu un dispozitiv bipolar.
• Cu cinci fire. Terminalele centrale ale motorului sunt combinate intern într-un cablu solid și aduse la un singur fir. Este imposibil să separați înfășurările unele de altele, deoarece vor apărea multe pauze. Puteți ieși din situație dacă stabiliți unde este centrul firului și încercați să îl conectați la alți conductori. Acesta este cel mai eficient și mai sigur mod. Apoi, dispozitivul este conectat și testat pentru funcționalitate.
• Cu șase fire. Fiecare înfășurare are mai multe fire și o priză centrală. Un dispozitiv de măsurare este utilizat pentru a separa firul. Motorul poate fi conectat la dispozitive unipolare și bipolare. La conectarea la un dispozitiv unipolar, sunt utilizate toate firele. Pentru un dispozitiv bipolar, un capăt al firului și un robinet central al fiecărei înfășurări.

Un controler este necesar pentru a controla motorul pas cu pas. Controlerul este un circuit care alimentează tensiunea uneia dintre bobinele statorului. Controlerul este realizat pe baza unui circuit integrat de tip ULN 2003, care include un set de taste compozite. Fiecare comutator are diode de protecție la ieșire, care permit conectarea sarcinilor inductive fără a necesita o protecție suplimentară.

Cum funcționează un motor pas cu pas?

Dispozitivul poate funcționa în trei moduri:

• Mod de microstepping. Dispozitivele de microstepping sunt cele mai recente dezvoltări ale unor producători și sunt utilizate în principal în microelectronică sau transportoare industriale. Un cip special creează o astfel de tensiune încât arborele devine în poziția de o sutime de pas, de exemplu, se produc 20 de mii de mișcări la 1 rotație. Șoferul poate crea peste 50 de mii de cicluri de tensiune de control pe rotație.
• Mod jumătate. Datorită nivelului redus de vibrații în modul jumătate de pas, astfel de dispozitive sunt adesea utilizate în industrie. După activarea unei faze, aceasta îngheață în această poziție până se aprinde următoarea fază. Se dovedește o poziție intermediară și doi poli acționează simultan asupra dintelui. Când prima fază este oprită, rotorul se deplasează înainte cu o jumătate de pas.
• Mod complet. Tensiunea de control este transmisă pe rând prin toate fazele și se obține o etapă completă (200 de mișcări pe rotație).

Specificații motor pas cu pas

În domeniul electrotehnicii și mecanicii, un motor pas cu pas este considerat a fi un dispozitiv complex care include multe capacități mecanice și electrice. În practică, se aplică următoarele caracteristici tehnice:

1. Curent nominal și tensiune. Curentul maxim admis este indicat în datele mecanice ale motorului. Curentul nominal este principalul parametru electric la care motorul poate funcționa atât timp cât este necesar. Tensiunea nominală este rar indicată, este calculată conform legii lui Ohm. Arată tensiunea maximă constantă pe înfășurarea motorului atunci când este în modul static.
2. Rezistența la fază. Parametrul arată ce tensiune maximă poate fi aplicată înfășurării de fază.
3. Inductanță de fază. Cât de repede va crește curentul în înfășurare este indicat de acest parametru. Pentru ca curentul să crească mai repede la comutarea fazelor la frecvențe înalte, tensiunea trebuie făcută mai mult.
4. Numărul de pași completi într-o revoluție. Parametrul arată cât de precis este motorul electric, netezimea și capacitatea admisibilă a acestuia.
5. Cuplu. Datele mecanice arată viteza, care depinde de cuplu. Parametrul indică timpul maxim de rotație al motorului electric.
6. Faza de menținere. Această fază arată cuplul la oprirea dispozitivului. Cele două faze ale dispozitivului trebuie alimentate cu curent nominal.
7. Un moment de stupoare. În absența tensiunii de alimentare, este necesar ca arborele motorului să poată fi rotit.
8. Timpul energiei rotorului. Indică cât de repede accelerează motorul. Cu cât indicatorul este mai mic, cu atât este mai mare viteza de accelerație.
9. Tensiunea de avarie. Parametrul se referă la secțiunea de siguranță electrică și arată cea mai mică tensiune care trece prin izolația dintre carcasă și înfășurările dispozitivului.

Înțelegi chiar ce scrii? Sau scrieți pentru a sprijini o persoană în eforturile sale și acesta, după ce a cheltuit bani pe componente pentru sistemul său, a ajuns la un lucru absolut inoperant? Răspundeți: „Motorul, ca generator se va potrivi” - da, va fi, dar de unde ați luat 1.1-1.5A? La ce tensiune? La ce viteză de rotație a rotorului? Apoi scrieți: „Standardul de putere al benzii de 1m, de exemplu, 5W ...” - aici nu există un standard de putere, iar benzile sunt de aproximativ 5W și aproximativ 14W și aproximativ 7W pe metru etc., și aceasta este o răspândire foarte mare. Continuăm: „De vreme ce ați terminat atât de mult, ar putea fi suficient să încărcați bateria” - asta, în general, ce înseamnă? Faptul că, cu cât schema este mai complexă, sofisticată și complicată, cu atât este mai mare rentabilitatea și eficiența acesteia? Prostii complete. Pentru a încărca o baterie de 12V pentru motociclete, aveți nevoie de aproximativ 14-15V la un curent de aproximativ 0,6-0,7A (pentru o capacitate de aproximativ 7A / h). Sunteți sigur că sistemul este capabil să producă astfel de parametri pentru o lungă perioadă de timp? La urma urmei, pentru a încărca o baterie de motocicletă descărcată, 2-3 ore nu sunt suficiente. Crezi, de asemenea, că poți încărca de la 18V? Da, puteți, dar electrolitul va fierbe într-o săptămână, dacă nu mai devreme, iar plăcile se vor stropi. Bună recomandare! Acestea sunt nepretențioase la încărcare - acest lucru nu înseamnă că pot fi încărcate cu orice tensiune. Apoi scrii: „Va fi foarte grozav, pentru că am uitat brusc să sting lumina și bateria s-a așezat chiar înainte să aibă timp să se reîncarce” - spuneți ca și cum bateria s-ar încărca numai în timpul zilei)))) Aceasta este o turbină eoliană, nu o baterie solară. Cu un sistem care funcționează corespunzător, cu vânt constant, bateria nu trebuie deloc descărcată, chiar dacă ați uitat să opriți lumina. Dar ideea fotocelulei în sine este bună din punct de vedere al automatizării. Mai departe: banda LED va funcționa probabil, după cum spui, și la 30 de volți, totuși, cât timp? Rezistențele limitează curentul, da, dar va crește proporțional cu creșterea tensiunii și nu va rămâne constantă! Diodelor nu le place foarte mult să depășească curentul de funcționare. Deci, rezultatul este cunoscut: supraîncălzirea diodelor și, în consecință, o scădere bruscă a duratei de viață sau eșecul lor este extrem de rapid. Apoi scrieți: „De asemenea, capacitatea nu este critică, adăugați încă un condensator de film cu 1 microfarad” - pentru ce? Este un filtru de zgomot? De ce atunci 1μF? Și de ce există deloc un filtru? Și, dacă nu un filtru, ci un element de netezire a pulsațiilor, atunci capacitatea sa este esențială! Capacitatea este de fapt parametrul principal al unui condensator. Și 1μF este un spațiu gol pentru un sistem descris de un om; nu va netezi nimic. Chiar și 1000mkF, pe care autorul întrebărilor a vrut să le stabilească, este foarte puțin pentru ideea sa. Aș înțelege dacă ar fi 5000-7000 sau chiar 10000 μF, sau chiar mai mult. La final, persoana întreabă dacă bateria motocicletei este suficientă pentru ca banda să strălucească toată noaptea și tu răspunzi că, desigur, este suficient. Ai studiat fizica la școală? Sau mai studiezi? A fost presupunerea ta cu un deget pe cer sau cel puțin un calcul elementar? Să estimăm foarte aproximativ: o persoană a scris că vrea să instaleze 10-15m de bandă. Chiar dacă luăm valorile minime, adică 10m de bandă cu o putere de 5W / m, apoi prin calcule simple obținem 50W de putere. Împărțind puterea benzii la tensiunea bateriei (aproximativ 12,8V), obținem curentul: 50 / 12,8 \u003d 3,9A. Capacitatea unei baterii convenționale pentru motociclete este de aproximativ 7A / h. Asa de puteți estima cât timp va funcționa banda de la o baterie complet încărcată: 7 / 3,9 \u003d 1,79 h \u003d 1 h 47 min., adică aproape două ore. Aceasta nu este toată noaptea. În plus, se iau în considerare parametrii minimi și, dacă lungimea benzii sau / și puterea acesteia sunt mai mari, timpul de funcționare de la baterie va scădea proporțional. Ceva de genul.
Nu aș scrie toate acestea, dar adevărul este că o bandă costă bani, o baterie și un releu foto ... Și aceștia sunt mulți bani și oamenii care au primit aprobarea și sprijinul pentru ideea lor în comentariile oamenilor care nu înțeleg esența și nuanțele procesului, va rula fericit la magazin, va cheltui bani pe componente și, în final, va primi un sistem care este inoperabil în principiu, inițial. Nu este nevoie să dai sfaturi fără să înțelegi problema!

În acest articol voi descrie întregul ciclu de fabricație a unui motor cu pas cu pas pentru experimente. Aceasta nu este versiunea finală, este concepută pentru a controla un motor electric și este necesară doar pentru lucrări de cercetare, circuitul final al driverului motorului pas cu pas va fi prezentat într-un articol separat.

Pentru a realiza un controler de motor pas cu pas, este necesar să înțelegem principiul de funcționare al mașinilor electrice pas cu pas și cum diferă de alte tipuri de motoare electrice. Și există o mare varietate de mașini electrice: curent continuu, curent alternativ. Motoarele de curent alternativ sunt împărțite în sincrone și asincrone. Nu voi descrie fiecare tip de motoare electrice deoarece este dincolo de scopul acestui articol, voi spune doar că fiecare tip de motor are propriile sale avantaje și dezavantaje. Dar ce este un motor pas cu pas și cum să îl controlați?

Un motor pas cu pas este un motor electric sincron fără perii cu înfășurări multiple (de obicei patru) în care un curent aplicat unuia dintre înfășurările statorului determină blocarea rotorului. Activarea secvențială a înfășurărilor motorului determină mișcări unghiulare discrete (trepte) ale rotorului. O diagramă schematică a unui motor pas cu pas oferă o idee despre structura sa.

Ca taste de alimentare, le-am folosit IRF634B tranzistori tensiune maximă sursă-scurgere 250V, curent de scurgere 8.1A, acest lucru este mai mult decât suficient pentru cazul meu. Cu circuitul mai mult sau mai puțin sortat, vom desena o placă de circuite imprimate. Am atras editorul Windows încorporat Paint, voi spune că nu este cea mai bună idee, data viitoare voi folosi un editor PCB specializat și simplu. Mai jos este un desen al PCB-ului finit.

Apoi, imprimăm această imagine într-o imagine oglindă pe hârtie folosind o imprimantă laser. Cel mai bine este să maximizați luminozitatea imprimării și trebuie să utilizați hârtie lucioasă mai degrabă decât hârtie obișnuită de birou, așa vor face revistele obișnuite lucioase. Luăm o foaie și imprimăm peste imaginea existentă. Apoi, aplicăm imaginea rezultată pe o bucată pre-pregătită de fibră de sticlă îmbrăcată în folie și o călcăm bine cu un fier de călcat timp de 20 de minute. Fierul de călcat trebuie încălzit la temperatura maximă.
Cum se pregătește textolitul? În primul rând, trebuie tăiat la dimensiunea imaginii plăcii cu circuite imprimate (folosind foarfece pentru metal sau ferăstrău pentru metal) și, în al doilea rând, șlefuiți marginile cu șmirghel fin, astfel încât să nu rămână bavuri. De asemenea, trebuie să șlefuiți suprafața foliei, să îndepărtați oxizii, folia va dobândi o nuanță chiar roșiatică. Apoi, suprafața tratată cu șmirghel trebuie ștearsă cu un tampon de bumbac înmuiat în solvent (folosiți solventul 646, putează mai puțin).
După încălzire cu un fier de călcat, tonerul din hârtie este copt pe suprafața din fibră de sticlă acoperită cu folie sub forma unei imagini a pistelor de contact. După această operație, placa cu hârtie trebuie răcită la temperatura camerei și introdusă într-o baie de apă timp de aproximativ 30 de minute. În acest timp, hârtia va deveni moale și trebuie să fie rulată cu atenție cu vârfurile degetelor de pe suprafața PCB-ului. Chiar și urmele negre sub formă de urme de contact vor rămâne la suprafață. Dacă nu ați reușit să transferați imaginea de pe hârtie și aveți defecte, atunci ar trebui să spălați tonerul de pe suprafața PCB cu un solvent și să o repetați din nou. Am făcut-o bine prima dată.
După obținerea unei imagini de înaltă calitate a pieselor, este necesar să extragem excesul de cupru, pentru aceasta avem nevoie de o soluție de gravare pe care o vom pregăti singuri. Anterior, pentru gravarea plăcilor cu circuite imprimate, am folosit sulfat de cupru și sare obișnuită de masă într-un raport de 0,5 litri de apă fierbinte, câte 2 linguri fiecare cu o lamă de sulfat de cupru și sare de masă. Toate acestea au fost bine amestecate în apă și soluția este gata. Dar de data aceasta am încercat o rețetă diferită, foarte ieftină și accesibilă.
Metoda recomandată de preparare a soluției de decapare:
În 100 ml de farmacie se dizolvă 3% apă oxigenată, 30 g de acid citric și 2 lingurițe de sare de masă. Această soluție ar trebui să fie suficientă pentru gravarea unei suprafețe de 100 cm2. La prepararea soluției, sarea poate fi economisită. Deoarece joacă rolul unui catalizator și practic nu este consumat în procesul de gravare.
După pregătirea soluției, placa de circuite imprimate trebuie să fie coborâtă într-un recipient cu o soluție și să respecte procesul de gravare, principalul lucru aici nu este supraexpunerea. Soluția va mânca suprafața de cupru neacoperită cu toner, de îndată ce se întâmplă acest lucru, placa trebuie îndepărtată și spălată cu apă rece, apoi trebuie uscată și tonerul îndepărtat de pe suprafața pistelor cu un tampon de bumbac și solvent. Dacă placa dvs. are găuri pentru atașarea componentelor radio sau a elementelor de fixare, este timpul să le găuriți. Am omis această operațiune, deoarece este doar un driver de motor pas cu pas conceput să stăpânească noi tehnologii pentru mine.
Să începem să tinem piesele. Acest lucru trebuie făcut pentru a vă facilita munca la lipire. Obișnuiam să jucăm cu lipire și colofoniu, dar voi spune că acesta este modul „murdar”. Pe tablă există mult fum și zgură de colofoniu, care vor trebui spălate cu un solvent. Am aplicat o altă metodă, cosirea cu glicerină. Glicerina se vinde în farmacii și costă un ban. Suprafața plăcii trebuie ștearsă cu un tampon de bumbac înmuiat în glicerină și aplicat cu lipit cu un fier de lipit cu lovituri precise. Suprafața pistelor este acoperită cu un strat subțire de lipit și rămâne curată; glicerina în exces poate fi îndepărtată cu un tampon de bumbac sau placa poate fi spălată cu apă și săpun. Din păcate, nu am o fotografie a rezultatului obținut după cosire, dar calitatea rezultată este impresionantă.
Apoi, trebuie să lipiți toate componentele radio pe placă; am folosit o pensetă pentru a lipi componentele SMD. Am folosit glicerina ca flux. S-a dovedit foarte îngrijit.
Rezultatul este evident. Desigur, după fabricarea plăcii arăta mai bine, în fotografie a fost după numeroase experimente (pentru aceasta a fost creată).

Acest program de control face o revoluție completă a arborelui motorului pas cu pas, după o pauză de o secundă, se repetă la nesfârșit. Puteți experimenta viteza de rotație, direcția de rotație și unghiurile de virare.

Un motor pas cu pas nu este doar un motor care acționează tot felul de dispozitive (imprimantă, scaner etc.), ci și un bun generator! Principalul avantaj al unui astfel de generator este că nu are nevoie de viteză mare. Cu alte cuvinte, chiar și la turații reduse, motorul pas cu pas generează multă energie. Adică, un generator de bicicletă convențional necesită turații inițiale înainte ca lanterna să înceapă să strălucească cu o lumină puternică. Acest dezavantaj dispare atunci când se utilizează un motor pas cu pas.

La rândul său, motorul pas cu pas are o serie de dezavantaje. Principala este lipirea magnetică ridicată.

Oricum. În primul rând, trebuie să găsim un motor pas cu pas. Aici funcționează regula: Cu cât este mai mare motorul, cu atât mai bine.

Să începem cu cel mai mare. L-am smuls din plotter pentru imprimare, este o imprimantă atât de mare. Motorul arată destul de mare ca aspect.

Înainte de a vă arăta circuitul de stabilizare și alimentare, vreau să vă arăt metoda de atașare la bicicletă.

Iată o altă opțiune cu un motor mai mic.

Cred că fiecare dintre voi în timpul construcției va alege cea mai potrivită opțiune pentru el.

Ei bine, acum este timpul să vorbim despre lanterne și circuite de alimentare. Bineînțeles, toate luminile sunt cu LED.

Circuitul de rectificare este convențional: un bloc de diode redresoare, o pereche de condensatori de mare capacitate și un stabilizator de tensiune.

De obicei, 4 fire ies dintr-un motor pas cu pas, corespunzător a două bobine. Prin urmare, există două unități redresoare în figură.