Структурная схема драйвера для шагового двигателя

Так как мы используем полушаговый режим для шагового двигателя, то очень важным является переход в состояние с одной выключенной фазой. Чтобы заставить ротор принять соответствующее положение, ток в отключенной фазе должен быть уменьшен до нуля как можно быстрее.

Длительность спада тока зависит от напряжения на обмотке в то время, когда она теряет свою запасенную энергию. Замыкая в это время обмотку на источник питания, который представляет максимальное напряжение, имеющееся в системе, обеспечивается максимально быстрый спад тока.

Для двигателя, у которого запитана одна обмотка, зависимость момента от угла поворота ротора относительно точки равновесия является приблизительно синусоидальной.

Зависимость для двухобмоточного двигателя показана на рисунке 2.7.

Рисунок 2.7 Зависимость момента от угла поворота ротора для одной запитанной обмотки.

Реально характер зависимости может быть несколько другой, что объясняется неидеальностью геометрии ротора и статора.

Электрический угол фактически определяет угол поворота магнитного поля статора и позволяет строить теорию независимо от числа шагов на оборот для конкретного двигателя.

Если запитать одновременно две обмотки двигателя, то момент будет равен сумме моментов, обеспечиваемых обмотками по отдельности (рисунок 2.9). При этом, если токи в обмотках одинаковы, то точка максимума момента будет смещена на половину шага. На половину шага сместится и точка равновесия ротора (точка е на рисунке 2.8).

Рисунок 2.8 Зависимость момента от угла поворота ротора для двух запитанных обмоток.

Этот факт и положен в основу реализации полушагового режима. Величина и направление магнитного поля показаны на векторной диаграмме (рисунок. 2.9).

+ Y включены две фазы, о ток 100%.

Рисунок 2.9 Величина и направление магнитного поля для разных режимов питания фаз.

Оси X и Y совпадают с направлением магнитного поля, создаваемого обмотками первой и второй фазы двигателя. Когда двигатель работает с одной включенной фазой, ротор может занимать положения 1, 3, 5, 7.

Если включены две фазы, то ротор может занимать положения 2, 4, 6, 8. К тому же, в этом режиме больше момент, так как он пропорционален длине вектора на рисунке. Оба эти метода управления обеспечивают полный шаг, но положения равновесия ротора смещены на полшага. Если скомбинировать два этих метода и подать на обмотки соответствующие последовательности импульсов, то можно заставить ротор последовательно занимать положения 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, что соответствует половинному шагу.

По сравнению с полношаговым режимом, полушаговый режим имеет следующие преимущества:

• • более высокая разрешающая способность без применения более дорогих двигателей
• • меньшие проблемы с явлением резонанса. Резонанс приводит лишь к частичной потере момента, что обычно не мешает нормальной работе привода.

Недостатком полушагового режима является довольно значительное колебание момента от шага к шагу.

Для реализации драйвера его схема должна выполнять три главных задачи:

• • иметь возможность включать и выключать ток в обмотках, а также менять его направление
• • поддерживать заданное значение тока
• • обеспечивать как можно более быстрое нарастание и спад тока для хороших скоростных характеристик

В схеме драйвера для шагового двигателя, направление меняется путем переполюсовки выводов обмоток. Для переполюсовки требуется полный Нмост (рисунок 2.10).

Управление ключами в том и другом случае осуществляется логической схемой, реализующей нужный алгоритм работы. Предполагается, что источник питания схем имеет номинальное для обмоток двигателя напряжение.

+U.

Рисунок 2.10 Принципиальная схема Н-моста.

Нужно отметить, что при раздельном управлении транзисторами Н-моста возможны ситуации, когда источник питания закорочен ключами. Поэтому логическая схема управления построена таким образом, чтобы исключить эту ситуацию даже в случае сбоев управляющего микроконтроллера.

Драйвер для двигателя НВ4218АС был взят от стримера фирмы Archive. Структурная схема драйвера изображена на рисунке 2.11 Полная схема драйвера в дипломном проекте не приводится.

Рисунок 2.11 Структурная схема драйвера для двигателя НВ4218АС.

Выбранный шаговый двигатель включен в биполярном режиме управления фазами. Подключения обмоток двигателя осуществляется по мостовой схеме. Данное подключение позволяет, изменять полярность напряжение на обмотках. Ключи мостовой схемы управляются тригерной схемой, которая позволяет открывать ключ AD или ВС. В тоже время тригерная схема исключает открывание ключей AD и ВС одновременно, что защищает ключи от сквозных токов. Тригерная схема управляется логическими уровнями Логические уровни тригерной схемы приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 — Таблица истинности тригерной схемы.

Рисунок 2.12 показывает состояние мостовой схемы при подаче на тригерную схему управления кода «10». Рисунок 2.13 показывает состояние мостовой схемы при подаче на тригерную схему управления кода «01».

Управление тригерной схемой осуществляется микроконтроллером.

Рисунок 2.12 Открыт ключ AD.

Выбор двигателя для сверления отверстий

Для сверления отверстий в ГГП и фрезерования печатных проводников в ПП был применён коллекторный двигатель постоянного тока ДПМ -25-НЗ-04, который не требует специальной схемы драйвера, достаточно концевого датчика.

Двигатель типа ДМП является двигателем с возбуждением от постоянных магнитов с пазовым якорем и имеет следующее исполнение:

НЗс одним выводным концом вала и встроенным центробежным контактным регулятором часто ты вращения.

В таблице 2.1. приведены характеристики двигателя ДПМ -25-НЗ-04.

Таблица 2.1. Характеристика двигателя ДПМ -25-НЗ-04.

Чертеж двигателя ДПМ -25-НЗ-04 приведён на рисунке 2.14 В таблице 2.2 приведены габаритные размеры (мм) и масса двигателя ДПМ -25-НЗ-04.

Таблица 2.2. — Габаритные размеры ДПМ -25-НЗ-04 в (мм).