Technicky krokový okruh řidič motorového je Dekáda Binary Counter obvod. Výhodou tohoto obvodu je, že může být použit k pohonu krokových motorů majících 2-10 kroků. Než půjdeme dále, probereme více o základech krokového motoru.
Název tohoto motoru je uveden proto, že otáčení hřídele je v stupňovité formě, která se liší od stejnosměrného nebo jiného motoru. U ostatních motorů není rychlost otáčení, úhel zastavení zcela pod kontrolou, pokud není vložen nezbytný obvod. Tato nekontrola je přítomna kvůli momentu setrvačnosti, což je jednoduše znak, který se má bez prodlení spustit a zastavit na povel. Vezměte v úvahu stejnosměrný motor, jakmile se jeho motor otáčky pomalu zvyšuje, dokud nedosáhne jmenovité rychlosti. Nyní, pokud je motor zatížen, otáčky se snižují nad jmenovitou hodnotu a pokud se zatížení dále zvyšuje, otáčky se dále snižují. Pokud se nyní vypne napájení, motor se okamžitě nezastaví, protože bude mít moment setrvačnosti, zastaví se pomalu. Nyní zvažte, že se jedná o případ, že v tiskárně se odtok papíru nezastaví včas,při každém spuštění a zastavení ztrácíme papír. Musíme počkat, až motor zvolí rychlost a v pravý čas dojde ke ztrátě papíru. To je pro většinu řídicích systémů nepřijatelné, proto k řešení tohoto druhu problémů používáme krokové motory.
Krokový motor nefunguje na konstantní napětí. Lze s ním pracovat pouze na řízených a uspořádaných výkonových pulzech. Než půjdeme dál, musíme si promluvit o krokových motorech UNIPOLAR a BIPOLAR. Jak je znázorněno na obrázku v krokovém motoru UNIPOLAR, můžeme použít středové klepání obou fázových vinutí pro společnou zem nebo pro společný výkon. V prvním případě můžeme vzít černou a bílou pro společnou zem nebo energii. V případě, že 2 černá je považována za společnou. V případě 3 oranžová černá červená žlutá všechny dohromady pro společné uzemnění nebo napájení.
V krokovém motoru BIPOLAR máme fázové konce a žádné středové odbočky, takže budeme mít pouze čtyři svorky. Pohon tohoto typu krokového motoru je odlišný a složitý a také řídicí obvod nelze snadno navrhnout bez mikrokontroléru.
Obvod, který jsme zde navrhli, lze použít pouze pro krokové motory typu UNIPOLAR.
Pulzování výkonu krokového motoru UNIPOLAR bude probráno ve vysvětlení obvodu.
Součásti obvodu
- +9 až +12 napájecí napětí
- 555 IC
- 1KΩ, 2K2Ω rezistory
- 220KΩ potenciometr nebo variabilní rezistor
- 1µF kondenzátor, 100µF kondenzátor (není povinný, připojený paralelně k napájení)
- 2N3904 nebo 2N2222 (počet kusů závisí na typu krokového motoru, pokud je to 2 stupeň, který potřebujeme 2, pokud je to čtyřstupňový, potřebujeme čtyři)
- 1N4007 (počet diod se rovná počtu tranzistorů)
- CD4017 IC,.
Schéma zapojení a vysvětlení krokového motoru řidiče
Na obrázku je schéma zapojení dvoustupňového budiče krokového motoru. Jak je znázorněno na schématu zapojení, obvod 555 zde má generovat hodiny nebo obdélníkovou vlnu. Frekvenci generování hodin v tomto případě nelze udržet na konstantní hodnotě, takže musíme získat proměnnou rychlost pro krokový motor. Chcete-li získat tuto proměnnou rychlostí hrnec nebo předvolba se rozvíjejícím v sérii s 1K odpor ve větvi mezi 6 th a 7 -tého kolíku. Jak se hrnec mění, mění se odpor ve větvi, a tak se frekvence hodin generuje 555.
Na obrázku je důležitá pouze třetí vzorec. Vidíte, že frekvence je nepřímo úměrná R2 (což je 1K + 220k POT v obvodu). Pokud se tedy R2 zvýší, frekvence se sníží. Pokud je tedy hrnec upraven tak, aby zvyšoval odpor ve větvi, frekvence hodin klesá.
Hodiny generované časovačem 555 jsou přivedeny na počítadlo DECADE BINARY. Nyní binární čítač dekády počítá počet impulzů přiváděných na hodiny a nechává odpovídající výstup pinů jít vysoko. Například pokud je počet událostí 2, pak pin čítače Q1 bude vysoký a pokud je počet 6, pin Q5 bude vysoký. Je to podobné jako u binárního čítače, ale počítání bude v desítkové soustavě (tj. 1 2 3 4 __ 9), takže pokud je počet sedm, bude vysoký pouze pin Q6. V binárním čítači Q0, Q1 a Q2 (1 + 2 + 4) budou kolíky vysoké. Tyto výstupy jsou napájeny do tranzistoru, aby řádně poháněly krokový motor.
Na obrázku vidíme čtyřstupňový obvod budiče krokového motoru velmi podobný dvoustupňovému. V tomto obvodu lze pozorovat, že RESET připojený k Q2 předtím je nyní přesunut do Q4 a otevřené piny Q2 a Q3 jsou připojeny k dalším dvěma tranzistorům, aby se získala čtyřpulzní hnací sada pro spuštění čtyřstupňového krokového motoru. Je tedy jasné, že můžeme řídit až desetistupňový krokový motor. Měli byste však posunout kolík RESET nahoru, aby se vešly na místo tranzistorů.
Zde umístěné diody slouží k ochraně tranzistorů před induktivním stočením vinutí krokového motoru. Pokud by nebyly umístěny, mohlo by dojít k poškození tranzistorů. Čím vyšší je frekvence pulzů, tím větší je šance, že vybuchnete bez diod.
Práce řidiče krokového motoru
Pro lepší pochopení krokové rotace krokového motoru uvažujeme čtyřstupňový krokový motor, jak je znázorněno na obrázku.
Nyní zvažte například, že všechny cívky jsou magnetizovány najednou. Rotor zažívá síly stejné velikosti z celého okolí, takže se nepohybuje. Protože všichni mají stejnou velikost a vyjadřují opačný směr. Pokud nyní cívka D pouze magnetizuje, zuby 1 na rotoru zažívají přitažlivou sílu směrem k + D a zuby 5 rotoru zažívají odpudivou sílu proti –D, tyto dvě síly představují aditivní sílu ve směru hodinových ručiček. Rotor se tedy pohybuje a dokončí krok. Poté se zastaví, aby se další cívka energizovala, aby dokončil další krok. To pokračuje, dokud nejsou čtyři kroky dokončeny. Aby se rotor mohl otáčet, musí probíhat tento cyklus pulzování.
Jak bylo vysvětleno dříve, předvolba je nastavena na hodnotu pro určitou frekvenci pulzů. Tyto hodiny se přivádějí do čítače dekády, aby z nich získaly pravidelné výstupy. Výstupy z dekády čítače jsou dány tranzistorům k postupnému pohonu vysoce výkonných cívek krokového motoru. Složitá část je, že jakmile je sekvence úplná, řekněme 1, 2, 3, 4, krokový motor dokončí čtyři kroky, a tak je připraven znovu spustit, avšak čítač má kapacitu jít na 10, a tak pokračuje bez přerušení. Pokud k tomu dojde, musí krokový motor počkat, dokud čítač nedokončí svůj cyklus 10, což je nepřijatelné. To je regulováno připojením RESET k Q4, takže když čítač počítá pět, resetuje se a začíná od jednoho, tím se spustí sekvence krokového motoru.
Takhle krokovač kontinuálně postupuje a tak dochází k rotaci. U dvoustupňového zapojení musí být pin RESET připojen k Q2, aby se čítač resetoval ve třetím impulzu. Tímto způsobem lze upravit obvod tak, aby poháněl desetistupňový krokový motor.