Intro zu Schrittmotoren

6 Schritt:Schritt 1: Was macht einen Motor ein Schritt? Schritt 2: Arten von Schrittmotoren Schritt 3: Das Verständnis Schrittmotorspezifikationen Schritt 4: Direktantrieb-Schrittmotoren Schritt 5: Schrittmotortreiber Boards Schritt 6: Schrittmotor-Anwendungen

Intro zu Schrittmotoren

Wenn Sie schon einmal das Vergnügen, Demontage eine ältere Drucker, elektronische Teile zu bergen hatte (Ich empfehle dieses Wochenende Aktivität, wenn Sie nicht vor haben!) Können Sie über eine ganze Reihe von zylindrischen Geheimnis Motoren mit 4 oder mehr Drähte herausragen gekommen sind die Seite. Vielleicht haben Sie das charakteristische Summen und Jaulen eines Desktop 3D-Drucker oder einen glitchy elektromechanische Symphonie von Plattenlaufwerken gehört, spielen klassische Lieder ? Wenn ja, dann haben Sie einen Schrittmotor erlebt habe!
Schrittmotoren machen den elektromechanischen Welt sich drehen (und mit mehr Drehmoment!), Aber im Gegensatz zu den regulären Strommotor Kollegen, Steuerung eines Schritt dauert etwas mehr als ein Strom über nur zwei Leitungen. In diesem Instructable, Ill brechen einige der Theorie hinter Schrittmotor Gestaltung und den Betrieb. Sobald wir die Grundlagen abgedeckt, werde ich Ihnen zeigen, wie man eine einfache Schaltungen zur Ansteuerung von Schrittmotoren zu bauen und dann werden wir weitergehen, um unter Verwendung dedizierter Treiber-Chips. Sobald wir die Geheimnisse dieser magischen Motoren mit dem Intel Edison entriegelt, werde ich Anwendungen für setzen sie verwenden zu diskutieren!

Schritt 1: Was macht einen Motor ein Schritt?

  1. Intro zu Schrittmotoren

    Wer könnte mehr als zwei Drähte und eine H-Brücke benötigen? Warum? Nun, im Gegensatz zu gemeinsamen gebürstet Gleichstrommotoren für maximale RPM gebaut (oder kV für den RC folk), Schrittmotoren sind bürstenlose Motoren für ein hohes Drehmoment (nachfolgend niedrigere Geschwindigkeit) und höhere Präzision Drehbewegung entwickelt. Während eine typische Gleichstrommotor ist für Spinnen eines Propellers mit hoher Geschwindigkeit für maximalen Schub, ein Schritt besser, rollen Sie ein Blatt Papier in Synchronisierung mit einem Inkjet-Mechanismus im Inneren eines Druckers oder sorgfältig Drehen der Welle eines linearen Schiene in geeignet eine CNC-Fräse.
    Intern werden Schrittmotoren komplexer als eine einfache Gleichstrommotor, mit mehreren Spulen, die um einen Permanentmagnetkern, aber mit diesem zusätzlichen Komplexität kommt größere Kontrolle. Durch eine sorgfältige Anordnung der Spulen in den Stator eingebaut ist, kann der Rotor eines Schrittmotors vorgenommen, um einen Satz Schritt durch Variieren der Polarität über den Spulen und Umschalten ihrer Polarität in einer Menge Zündmuster drehen. Steppers sind nicht alle gleich gemacht, und die internen Designs erfordern einzigartige (noch basic) Schaltung, um sie ordnungsgemäß ausgeführt. Wir werden die häufigsten Arten von Schrittmotoren auf den folgenden Schritt zu diskutieren.

Schritt 2: Arten von Schrittmotoren

  1. Intro zu Schrittmotoren

    Intro zu Schrittmotoren

    Es gibt eine Handvoll von verschiedenen Schrittmotor-Designs; Dazu gehören unipolar, bipolar, universal, und mit variabler Reluktanz. Wir werden diskutieren die Gestaltung und den Betrieb von bipolaren und unipolaren Motoren, da diese die häufigste Motortyp verkauft wird, und die Arten sind Sie am ehesten zu finden, wenn Sie die Bergung Motoren anderer Elektronik sind.
    Unipolare Motoren
    Unipolare Motoren haben in der Regel fünf, sechs oder acht Drahtleitungen, die sich von der Basis und eine Spule pro Phase. Im Falle eines Fünf-Draht-Motor, ist der fünfte Draht die verbundenen Mittelanzapfungen der Spulenpaare. In einem Sechs Drahtmotor, die Spulenpaare haben jeweils ihre eigenen Mittelanzapfung. In einem Motor mit acht Adern, ist jedes Spulenpaar vollständig von den anderen getrennt, so dass sie in verschiedenen Konfigurationen geschaltet werden. Diese zusätzlichen Leitungen ermöglichen unipolare Motoren direkt von einer externen Steuerung mit einfachen Transistoren angesteuert werden, um jede Spule einzeln zu fahren. Die Brennmuster, in dem jede Spule angetrieben wird bestimmt, in welche Richtung sich die Welle des Motors dreht. Leider, da nur eine Spule zu einer Zeit erregt wird, wird das Haltemoment eines unipolaren Motors immer kleiner als die eines bipolaren Motors von der gleichen Größe sein. Umgehung der Mittenanzapfungen eines unipolaren Motors kann nun als bipolarer Motor angetrieben werden, wird jedoch eine kompliziertere Steuerschema erforderlich. Wir werden tatsächlich eine unipolare Motor fahren auf Stufe vier dieser instructable, die einige der oben eingeführten Begriffe zu klären sollte.
    Bipolar Motors
    Bipolare Motoren haben in der Regel vier Drähten und sind stärker als ein vergleichbarer Größe unipolaren Motor, aber da wir nur eine Spule pro Phase, wir müssen den Strom durch die Spulen, um Schritt rückgängig zu machen. Unser Bedürfnis, kehren Sie die aktuellen Mittel werden wir nicht mehr in der Lage, direkt die Spulen mit einem einzelnen Transistor sein, sondern mit einem vollen H-Brücken Schaltung. Der Aufbau einer richtigen H-Brücke ist langwierig (allein zwei lassen!), Weshalb wir sein werden unter Verwendung eines dedizierten bipolaren Motortreiber (siehe Schritt 5).

Schritt 3: Das Verständnis Schrittmotorspezifikationen

  1. Intro zu Schrittmotoren

    Intro zu Schrittmotoren

    Intro zu Schrittmotoren

    Lassen Sie uns über, wie man die Daten eines Motors zu bestimmen, zu sprechen. Wenn Sie über einen Platz-ish-Motor mit einer bestimmten dreiteilige Anordnung (siehe Bild drei) gekommen sind, stehen die Chancen, dies ist ein NEMA-Motor. Die National Electrical Manufacturers Association hat eine definierte Standard für die Motordaten mit einem einfachen Brief-basierte Code für die Definition von Planscheibendurchmesser eines Motors, der mount Typ, Länge, Phasenstrom, Betriebstemperatur, Phasenspannung, Schritte pro Umdrehung, und Verkabelung. Die RepRap Organisation eine vollständige Aufschlüsselung wenn Sie möchten, um mehr über den NEMA-Standard zu lesen.
    Lesen eines Motordatenblatt
    Für den nächsten Schritt, werde ich sein, mit diesen unipolaren Motor . Ich habe über das Datenblatt angebracht ist, und auch wenn es kurz ist, bietet sie uns mit allem, was wir brauchen, um es richtig zu fahren. Lassen Sie uns Aufschlüsselung was aufgeführt wird:
    Phase: Dies ist eine Vier-Phasen-Unipolar-Maschine. Intern kann der Motor eine beliebige Anzahl von tatsächlichen Spulen haben, aber in diesem Fall werden sie in vier Phasen, die unabhängig voneinander angesteuert werden können gruppiert.
    Schrittwinkel: Mit einer ungefähren Auflösung von 1,8 ° pro Schritt, werden wir 200 Schritte pro Umdrehung zu erhalten. Obwohl dies die mechanische Auflösung, mit Mikro wir mehr Auflösung ohne Änderung an den Motor (mehr dazu in Schritt 5) drücken.
    Spannung: Die Nennspannung des Motors 3 Volt. Dies ist eine Funktion der aktuellen und der Widerstandsklassen des Motors (Ohm Gesetz V = IR somit 3V = 2A * 1.5Ω)
    Aktuell: Wie viel Saft hat dieser Motor suchen? Zwei Ampere pro Phase! Diese Zahl wird wichtig sein, bei der Auswahl unserer Leistungstransistoren für die Basistreiberschaltung.
    Widerstand: 1,5 Ohm pro Phase zu begrenzen, wie viel Strom können wir auf jede Phase gelten.
    Induktivität: 2,5 mH. Die induktive Natur der Motorspulen wird ein Limit, wie schnell wir die Spulen Kostenlos,
    Haltemoment: Das wird, wie viel tatsächliche Kraft können wir schaffen, wenn der Schritt erregt.
    Rastmoment: Das ist, wie viel Haltemoment kann man vom Motor erwartet, wenn es nicht mit Energie versorgt wird.
    Isolationsklasse: Klasse B ist Teil der NEMA-Standard und gibt uns ein Rating von 266 ° F. Steppers sind nicht sehr effizient, und Zeichnung Maximalstrom die ganze Zeit bedeutet, dass sie während des normalen Betriebs sehr heiß werden.
    Leitungsstil: 22 American Wire Gauge Standard.
    Bestimmung Spulenpaare
    Obwohl der Widerstand der Spulenwicklungen kann von Motor zu Motor unterschiedlich sein, wenn Sie ein Multimeter haben, können Sie den Widerstand zwischen zwei beliebigen Leitungen zu messen, wenn der Widerstand <10 Ohm, haben Sie wahrscheinlich ein Paar gefunden! Dies ist vor allem ein Prozess von Versuch ein Fehler, sollte aber für die meisten Motoren arbeiten, wenn Sie nicht über eine Artikelnummer / Datenblatt.

Schritt 4: Direktantrieb-Schrittmotoren

  1. Intro zu Schrittmotoren

    Durch die Anordnung von Drähten in einer Unipolar-Maschine, können wir die Spulen nacheinander mit einfachen MOSFETs erregen. Die obige Abbildung zeigt einen einfachen MOSFET-Schaltung angetrieben. Diese Anordnung ermöglicht eine einfache Logikpegel-Steuerung mit einem externen Mikrocontroller. In diesem Fall bin ich mit dem Intel Edison-Board mit einem Arduino-style Breakout-Board mir gute Anbindung an die GPIO (jede Mikro mit vier GPIO wird jedoch tun) zu geben. Für diese Schaltung Ich verwende den IRF510 N-Kanal-Leistungs-MOSFET. Mit der Fähigkeit, auf 5,6 Ampere sinken up, wird der IRF510 vielen aktuellen Kopfraum zu 2 Ampere Bedarf des Motors zu erfüllen. Die LEDs sind nicht notwendig, aber wird Ihnen eine schöne visuelle Bestätigung der Zündfolge. Es ist wichtig zu beachten, dass der IRF510 muss mit einem Logikpegel von mindestens 5 Volt, um angetrieben zu es in der Lage, genug Strom für den Motor sinken sein werden. Die Stromzufuhr zum Motor in dieser Schaltung wird 3Vbe.
    Zündfolge
    Steuerung der unipolaren Motors bei Vollschritte mit diesem Setup ist kinderleicht. Um den Motor zu drehen, müssen wir, um die Phasen in einer Reihe Schlagmuster, um zu engagieren, um richtig zu spinnen. Um den Motor im Uhrzeigersinn zu drehen, werden wir die Phasen wie folgt führen: A1, B1, A2, B2. Das ist es! Um gegen den Uhrzeigersinn drehen, werden wir nur die Richtung der Reihenfolge umgekehrt zu B2, A2, B1, A1. Das ist gut für grundlegende Steuerung, aber was, wenn Sie mehr Präzision und weniger Arbeit suchen? Lassen Sie uns über die Verwendung einer speziellen Treiber, um die Dinge viel einfacher zu sprechen!

Schritt 5: Schrittmotortreiber Boards

  1. Intro zu Schrittmotoren

    Intro zu Schrittmotoren

    Wenn Sie unten auf die Steuerung bipolare Motoren (oder unipolaren Motoren in einer bipolaren Konfiguration) erhalten möchten, sollten Sie einen dedizierten Treiber Breakout-Board greifen. Im Bild oben sind die Big Easy Driver und die A4988 Schrittmotortreiber Träger Platte. Beide Boards sind Breakout-Platinen für die Allegro A4988 Mikro bipolaren Schrittmotor-Treiber, die mit Abstand einer der am häufigsten verwendeten Chips für den Antrieb kleiner Schrittmotoren ist. Abgesehen von mit den erforderlichen Dual H-Brücken zum Antrieb einer bipolaren Motor, diese Boards Packung eine Menge Punsch für einen kleinen Low-Cost-Paket. Sie können eine feste Aufteilung der Funktionen auf dem zu lesen Pololu Webseite , aber wir werden über die wichtigsten Features hier sprechen.
    Anschließen
    Diese all-in-one-Boards haben einen wunderbar niedrigen Anschlussverbindung. Gemeinsamkeiten, Schritt und Richtung: Sie können das Führen eines Kraft mit nur drei Verbindungen (nur zwei GPIO), um Ihre Hauptsteuerung beginnen. Die Schritt- und Richtungsstifte schwebend gelassen, so dass Sie brauchen, um sie mit einer Referenzspannung mit einem Pull-up-Widerstand zu binden. Ein Impuls in die STEP Pin gesendet wird der Motor einen Schritt zu einer Auflösung entsprechend der Mikroreferenzstiften Logikpegel des DIR Stift bewegen bestimmt, ob der Motor im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu drehen.
    Mikro
    Je nachdem, wie die der M1, M2, M3 und Stifte gesetzt sind, können Sie erhöhten Motorauflösung durch Mikro erreichen. Mikro das Senden variiert Impulse an den Motor zwischen der elektromagnetischen Auflösung der physikalischen Magneten im Rotor ermöglicht eine sehr präzise Steuerung zu ziehen. Die A4988 kann von Vollschritt bis sechzehnten Schritt Auflösung zu gehen. Mit unseren 1,8 ° Motor, würde dies bieten bis zu 3200 Schritte pro Umdrehung. Sprechen Sie über die feinen Details!
    Code / Bibliotheken
    Anschließen der Motoren kann ein Kinderspiel, aber was sie zu kontrollieren sein? Schauen Sie sich diese vorgefertigten Code-Bibliotheken zur Ansteuerung von Schrittmotoren:
    Stepper - Ein Klassiker, der in in die Arduino IDE gebaut kommt, ermöglicht die Grundschritt und Drehzahlregelung.
    AccelStepper - Eine viel voll sind mit Bibliothek, die für eine bessere Kontrolle von mehreren Motoren und richtige Motor Beschleunigung und Verzögerung ermöglicht.
    Intel C ++ MRAA Stepper - Eine geringere Bibliothek für diejenigen, die in rohem C ++ Steuerung eines Schrittmotors mit dem Intel Edison wagen möchten.

Schritt 6: Schrittmotor-Anwendungen

  1. Intro zu Schrittmotoren

    Ich hoffe, dass Sie diese instructable sowohl informativ und unterhaltsam gefunden. Dies sollte ausreichen, nasse Füße in der elektromechanischen Welt der Arbeit mit Schrittmotoren, um zu bekommen, aber das ist nur der Anfang. Nun, da Sie ein Standbein haben, wo soll man von hier aus? Sehen Sie sich diese große Projekte für Schritt-centric Inspiration:
    Subtraktiv fertigen Sie Ihre Träume mit Ihrem eigenen CNC-Mühle oder gerade nutzen die Kraft der Laser, um Ihr Bieten Sie mit Ihrem eigenen Graveur / Schneideplotter zu tun. Wenn Sie es vorziehen konstruktivere mittels Herstellung, warum nicht Ihre eigenen 3D-Drucker zu bauen? Sie können von Open-Source-Pläne zu starten, oder bauen es von Grund auf neu! Wenn Sie ein größerer Fan von weniger Dimensionen sind, sehen Sie sich diese 2D Plotter Projekte zur Herstellung angenehmen Porträts (oder irgendetwas wirklich). Vielleicht möchten Sie keines dieser Dinge, und wollen einfach zu beobachten und zu nutzen, die rohe Energie der Sonne, um Ihre DIY Projekte anzutreiben.