Stepper Motors

Electronic Basics #24: Stepper Motors and how to use them (Jun 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Stepper Motors

Litar Digital


soalan 1

Jangan hanya duduk di sana! Bina sesuatu !!

Belajar menganalisis litar digital memerlukan banyak kajian dan amalan. Lazimnya, pelajar mengamalkan dengan bekerja melalui banyak masalah sampel dan menyemak jawapan mereka terhadap yang disediakan oleh buku teks atau pengajar. Walaupun ini bagus, ada cara yang lebih baik.

Anda akan belajar lebih banyak dengan sebenarnya membina dan menganalisis litar sebenar, membiarkan peralatan ujian anda memberikan "jawaban" daripada buku atau orang lain. Untuk latihan pembinaan litar yang berjaya, ikuti langkah berikut:

  1. Lukis gambarajah skematik untuk litar digital untuk dianalisis.
  2. Berhati-hati membina litar ini pada papan roti atau medium mudah lain.
  3. Periksa ketepatan pembinaan litar, mengikuti setiap wayar ke setiap titik sambungan, dan mengesahkan unsur-unsur ini satu demi satu pada rajah.
  4. Menganalisis litar, menentukan semua keadaan logik output untuk syarat input yang diberikan.
  5. Berhati-hati mengukur keadaan logik tersebut, untuk mengesahkan ketepatan analisis anda.
  6. Sekiranya terdapat sebarang kesilapan, semak dengan teliti memeriksa pembinaan litar anda terhadap rajah, kemudian teliti semula menganalisis litar dan mengukur semula.

Sentiasa pastikan tahap voltan bekalan kuasa berada dalam spesifikasi bagi litar logik yang anda gunakan. Jika TTL, bekalan kuasa mestilah menjadi bekalan 5-volt yang dikawal selia, diselaraskan kepada nilai yang mendekati 5.0 volt DC yang mungkin.

Salah satu cara anda boleh menjimatkan masa dan mengurangkan kemungkinan kesilapan adalah dengan memulakan litar yang sangat mudah dan menambahkan secara tambahan komponen untuk meningkatkan kerumitannya selepas setiap analisis, dan bukannya membina litar baru untuk setiap masalah amalan. Satu lagi teknik penjimatan masa adalah untuk menggunakan semula komponen yang sama dalam pelbagai konfigurasi litar yang berbeza. Dengan cara ini, anda tidak perlu mengukur sebarang nilai komponen lebih daripada satu kali.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Biarkan elektron itu sendiri memberi anda jawapan kepada "masalah praktik" anda sendiri!

Nota:

Telah menjadi pengalaman saya bahawa pelajar memerlukan banyak latihan dengan analisis litar untuk menjadi mahir. Untuk tujuan ini, para pengajar biasanya memberikan pelajar mereka dengan banyak masalah amalan untuk bekerja, dan memberi jawapan kepada pelajar untuk memeriksa kerja mereka. Walaupun pendekatan ini menjadikan pelajar mahir dalam teori litar, ia gagal mendidik mereka sepenuhnya.

Pelajar tidak hanya memerlukan amalan matematik. Mereka juga memerlukan litar bangunan amalan sebenar dan menggunakan peralatan ujian. Oleh itu, saya cadangkan pendekatan alternatif berikut: pelajar perlu membina "masalah amalan" sendiri dengan komponen sebenar, dan cuba meramalkan pelbagai keadaan logik. Dengan cara ini, teori digital "menjadi hidup, " dan pelajar memperoleh kecekapan praktikal yang tidak mereka dapat semata-mata dengan menyelesaikan persamaan Boolean atau mempermudah peta Karnaugh.

Satu lagi sebab untuk mengikuti kaedah amalan ini adalah untuk mengajar pelajar kaedah saintifik : proses menguji hipotesis (dalam kes ini, ramalan keadaan logik) dengan melakukan eksperimen yang sebenar. Pelajar juga akan membangunkan kemahiran penyelesaian masalah yang sebenar kerana mereka kadang-kadang membuat kesalahan pembinaan litar.

Luangkan sedikit masa bersama kelas anda untuk mengkaji semula beberapa "peraturan" untuk membina litar sebelum mereka mula. Bincangkan isu-isu ini dengan pelajar anda dengan cara Socratic yang sama yang anda biasanya akan membincangkan soalan-soalan lembaran kerja, dan bukan sekadar memberitahu mereka apa yang patut dan tidak patut dilakukan. Saya tidak pernah terkejut melihat betapa lemahnya pelajar memahami arahan apabila dibentangkan dalam format kuliah tipikal (instruktur monolog)!

Saya sangat mengesyorkan litar logik CMOS untuk eksperimen di rumah, di mana pelajar mungkin tidak mempunyai akses kepada bekalan kuasa terkawal 5 volt. Litar CMOS moden jauh lebih lasak berkaitan dengan pelepasan statik daripada litar CMOS yang pertama, jadi kebimbangan para pelajar yang merosakkan peranti ini dengan tidak mempunyai makmal "betul" yang ditubuhkan di rumah sebahagian besarnya tidak berasas.

Nota kepada pengajar yang mungkin mengadu tentang masa "sia-sia" yang diperlukan untuk membolehkan pelajar membina litar sebenar dan bukan hanya menganalisis litar teori secara matematik:

Apakah maksud pelajar mengambil kursus "panel kerja panel panel lalai" anda?

Soalan 2

Dalam litar ini, mikropengawal mengawal putaran jenis khas motor yang dikenali sebagai motor stepper dengan secara berurutan mengaktifkan satu transistor pada satu masa (oleh itu, menjana satu gegelung motor pada satu masa). Dengan setiap langkah dalam turutan, motor berputar bilangan tetap darjah, biasanya 1.8 darjah satu langkah:

Setiap gegelung motor menarik arus yang agak berat apabila bertenaga, memerlukan transistor untuk "campur" antara output mikrokontroler dan gegelung motor.

Kenal pasti jenis isyarat logik ("tinggi" atau "rendah") dari port output mikropengawal yang diperlukan untuk menghidupkan setiap transistor. Juga, tunjukkan bagaimana kehilangan kuasa dan kiraan bahagian boleh dikurangkan dengan menggantikan setiap transistor junction bipolar dengan MOSFET yang sesuai dalam rajah berikut:

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Setiap gegelung motor stepper menjadi bertenaga apabila output mikrokontroler masing-masing pergi ke keadaan "rendah" (Tanah berpotensi).

Soalan susulan: jika perintang terpaksa ditinggalkan, apakah litar diubahsuai (MOSFET bukan BJT) masih berfungsi dengan betul "nota tersembunyi"> Nota:

Tujuan persoalan panjang ini bukan sekadar untuk mengetahui bagaimana cara menggantikan BJT dengan MOSFET, tetapi juga memperkenalkannya kepada konsep mikrokontroler, yang merupakan alat yang semakin penting dalam sistem elektronik moden.

Tiada diod pemutaran telah ditunjukkan dalam litar ini, demi kesederhanaan. Jika mana-mana pelajar bertanya tentang hal ini, memuji mereka untuk perasan!

Soalan 3

Gulungan motor stepper biasanya menarik banyak arus, memerlukan penggunaan transistor kuasa untuk "menampar" litar kawalan ke motor. Litar pemacu akhir stepper motosikal biasa kelihatan seperti ini (hanya satu daripada empat transistor output yang ditunjukkan, untuk kecerahan):

Diod dipasang, tentu saja, untuk mengelakkan lonjakan voltan tinggi daripada memusnahkan transistor output setiap kali ia dimatikan. Walau bagaimanapun, ini menyebabkan masalah yang berbeza: dengan dioda pemutar bebas di tempat, medan magnet yang terbentuk di setiap gegelung mengambil masa lebih lama untuk "kerosakan" apabila transistor masing-masing dimatikan. Kelewatan masa ini mengenakan kelajuan putaran maksimum pada motor stepper, kerana motor tidak akan bergerak ke langkah seterusnya sehingga medan magnet dari langkah sebelumnya telah hilang.

Pengubahsuaian apa yang boleh dibuat ke litar ini untuk membolehkan transistor untuk bertukar lebih cepat, memandu motor stepper pada kelajuan putaran yang lebih tinggi "# 3"> Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Saya tidak akan menjelaskan secara tepat mengapa penyelesaian ini berfungsi, tetapi saya akan membiarkan Michael Faraday memberi anda "petunjuk" matematik: "

v = N d φ


dt

Soalan susulan: faktor apa yang menentukan nilai rintangan perintang baru yang ditunjukkan dalam gambarajah "nota tersembunyi"> Nota:

Tanyakan kepada pelajar anda untuk menerangkan kadar pertukaran fluks magnet di setiap gegelung apabila transistor dimatikan, tanpa diod pemutaran berlaku (dengan menganggap transistor dapat menahan voltan sementara yang dihasilkan oleh induktor). Ia harus menjadi jelas kepada pelajar-pelajar anda bahawa kemasukan dioda untuk mencegah "pancang" voltan tinggi secara literal mencipta masalah masa kerosakan medan magnet.

Soalan 4

Litar regangan pergeseran ini memacu empat gegelung motor stepper unipolar, satu demi satu, dalam corak berputar yang bergerak pada kadar jam. Litar transistor pemacu (Q 1, Q 2, dan perintang R 2 hingga R 6 ) ditunjukkan hanya untuk satu daripada empat gegelung. Tiga output daftar peralihan yang lain mempunyai litar pemacu yang sama yang disambungkan ke gegelung motor masing-masing:

Katakan litar motor stepper ini bekerja dengan baik selama beberapa tahun, maka tiba-tiba berhenti kerja. Jelaskan di mana anda akan mengambil beberapa ukuran pertama anda untuk mengasingkan masalah ini, dan mengapa anda mengukur di sana.

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Langkah pertama saya ialah untuk memeriksa kehadiran kuasa DC yang mencukupi untuk kedua-dua shift register IC dan motor (litar pemacu transistor). Kemudian, saya akan menggunakan voltmeter atau logik probe untuk memeriksa pulsing pada mana-mana satu output shift Q's output. Ini akan memberitahu saya sama ada masalahnya adalah dengan daftar shift atau dengan litar kuasa.

Nota:

Ini adalah soalan yang baik untuk dibincangkan dengan pelajar anda, kerana ia membantu mereka memahami bagaimana "membahagikan dan menaklukkan" sistem yang tidak berfungsi.

Soalan 5

Motor stepper sering digunakan dalam servomechanisms berkuasa rendah seperti yang terdapat dalam robot kecil, pencetak komputer, dan lain-lain mesin elektro-mekanikal yang tepat. Jelaskan mengapa motor elektrik jenis ini lebih popular daripada motor magnet kekal magnet atau jenis motor lain. Petunjuk: jawapannya berkait rapat dengan nama motor itu sendiri ("stepper").

Mendedahkan jawapan Sembunyikan jawapan

Tidak seperti jenis motor yang lain, motor stepper berpindah ke "langkah-langkah" yang diskrit, meminjamkan diri dengan baik kepada mod kawalan kedudukan digital.

Nota:

Pastikan pelajar mendapat peluang untuk merasakan gerakan motor stepper dengan tangan mereka sendiri apabila anda membincangkan motor stepper di kelas. Sekiranya anda tidak mempunyai apa-apa motor stepper yang ada, mereka mudah diperolehi dengan menyelamatkan bahagian dari pencetak komputer yang haus!

  • ← Lembaran Kerja Sebelumnya

  • Indeks Lembaran Kerja

  • Lembaran kerja seterusnya →