Stepper Motors

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

$config[ads_text] not found
Anonim

Stepper Motors

Digitale kredsløb


Spørgsmål 1

Lad ikke bare sidde der! Byg noget !!

At lære at analysere digitale kredsløb kræver meget undersøgelse og praksis. Normalt praktiserer eleverne ved at arbejde igennem masser af prøveproblemer og kontrollere deres svar mod dem fra lærebogen eller instruktøren. Mens dette er godt, er der en meget bedre måde.

Du vil lære meget mere ved faktisk at opbygge og analysere rigtige kredsløb, så din testudstyr giver svarene "i stedet for en bog eller en anden person. Følg disse trin for succesfulde øvelser i kredsløbsopbygning:

  1. Tegn skematisk diagram for det digitale kredsløb, der skal analyseres.
  2. Opbyg forsigtigt dette kredsløb på et brødbræt eller andet passende medium.
  3. Kontroller nøjagtigheden af ​​kredsløbets konstruktion, efter hver ledning til hvert forbindelsessted, og kontroller disse elementer en for en på diagrammet.
  4. Analyser kredsløbet, bestemmer alle output logiske tilstande for givne indgangsforhold.
  5. Mål forsigtigt de logiske tilstande for at kontrollere nøjagtigheden af ​​din analyse.
  6. Hvis der er fejl, skal du omhyggeligt kontrollere dit kredsløbs konstruktion mod diagrammet, og analyser derefter kredsløbet omhyggeligt igen og mål igen.

Sørg altid for, at strømforsyningsspændingsniveauet er inden for specifikationen for de logikkredsløb, du planlægger at bruge. Hvis TTL, skal strømforsyningen være en 5 volt reguleret forsyning, justeret til en værdi så tæt på 5.0 volt DC som muligt.

En måde du kan spare tid på og reducere muligheden for fejl er at begynde med et meget simpelt kredsløb og trinvis tilføje komponenter for at øge dens kompleksitet efter hver analyse, i stedet for at opbygge et helt nyt kredsløb for hvert øvelsesproblem. En anden tidsbesparende teknik er at genbruge de samme komponenter i en række forskellige kredsløbskonfigurationer. På den måde må du ikke måle en komponents værdi mere end én gang.

Reveal svar Skjul svar

Lad elektronerne selv give dig svarene på dine egne "praksisproblemer"!

Bemærkninger:

Det har været min erfaring, at eleverne kræver meget praksis med kredsløbsanalyse at blive dygtige. Til dette formål giver instruktører normalt deres elever mange øvelsesproblemer til at arbejde igennem og giver svar til, at eleverne tjekker deres arbejde imod. Mens denne tilgang gør eleverne dygtige i kredsløbsteori, undlader det at uddanne dem fuldt ud.

Studerende behøver ikke bare matematisk praksis. De har også brug for rigtige, praktisk praktiske bygningskredsløb og brug af testudstyr. Så jeg foreslår følgende alternative tilgang: eleverne skal bygge deres egne "praksisproblemer" med virkelige komponenter og forsøge at forudsige de forskellige logiske tilstande. På den måde kommer den digitale teori "levende", og de studerende får praktisk færdighed, de ikke ville vinde ved blot at løse boolske ligninger eller forenkle Karnaugh-kort.

En anden grund til at følge denne metode er at lære studerende videnskabelig metode : processen med at teste en hypotese (i dette tilfælde logiske tilstand forudsigelser) ved at udføre et rigtigt eksperiment. Studerende vil også udvikle rigtige fejlfindingskompetencer, da de lejlighedsvis laver kredsløbsbyggeri fejl.

Tilbring et par øjeblikke med din klasse for at gennemgå nogle af de "regler" for bygningskredsløb, før de begynder. Diskuter disse spørgsmål med dine elever på samme socratiske måde, som du normalt vil diskutere arbejdsarkets spørgsmål, snarere end blot at fortælle dem, hvad de burde og ikke burde gøre. Jeg ophører aldrig med at blive overrasket over, hvor dårlige eleverne får fat i instruktioner, når de præsenteres i et typisk foredrag (instruktørmonolog) format!

Jeg anbefaler stærkt CMOS logik kredsløb til hjemme eksperimenter, hvor eleverne måske ikke har adgang til en 5 volt reguleret strømforsyning. Moderne CMOS-kredsløb er langt mere robust med hensyn til statisk udladning end de første CMOS-kredsløb, så frygt for, at eleverne beskadiger disse enheder ved ikke at have et "korrekt" laboratorieopsætning derhjemme, er stort set ugrundede.

En note til de instruktører, der kan klage over den "spildte" tid, der kræves for at få eleverne til at opbygge virkelige kredsløb i stedet for bare at matematisk analysere teoretiske kredsløb:

Hvad er formålet med eleverne, der tager dit kursus? Panelarkontrolpanelets standardpanel?

Spørgsmål 2

I dette kredsløb styrer en mikrocontroller rotationen af ​​en speciel type motor kendt som en stepper motor ved sekventielt at aktivere en transistor ad gangen (således at aktivere en motorspole ad gangen). Med hvert trin i sekvensen drejer motoren et fast antal grader, typisk 1, 8 grader pr trin:

Hver motorspole trækker en relativt stor strøm, når den strømes, hvilket gør det nødvendigt for transistorerne at "interpose" mellem mikrocontrollerudgangene og motorspolen.

Identificer, hvilken type logisk signal ("høj" eller "lav") fra mikrokontrollerens outputporte er nødvendig for at aktivere hver transistor. Vis også, hvordan strømtab og dele tæller, kan reduceres ved at udskifte hver bipolær forbindelsestransistor med et passende MOSFET i følgende diagram:

Reveal svar Skjul svar

Hver stepper motor spole bliver aktiveret, når den respektive mikrocontroller output går til en "lav" (Ground potential) tilstand.

Opfølgningsspørgsmål: Hvis modstandene skulle efterlades på plads, ville det modificerede (MOSFET i stedet for BJT) kredsløb stadig fungere korrekt "noter skjult"> Noter:

Formålet med dette langvarige spørgsmål er ikke kun at få eleverne til at finde ud af, hvordan man erstatter en BJT med en MOSFET, men også at introducere dem til begrebet mikrocontroller, hvilket er en enhed af stigende betydning i moderne elektroniske systemer.

Der er ikke vist nogen kommuterende dioder i dette kredsløb for enkelhedens skyld. Hvis nogen studerende spørger om dette, rose dem til at bemærke!

Spørgsmål 3

Stepper motor spoler trækker typisk en masse strøm, hvilket kræver brugen af ​​strømtransistorer til at "buffer" styrekredsløbet til motoren. En typisk stepper motor slutdrev kredsløb ser sådan ud (kun en af ​​de fire output transistorer er vist, for korthed):

Dioden installeres selvfølgelig for at forhindre højspændingsstigninger i at ødelægge udgangstransistoren hver gang den slukker. Dette medfører imidlertid et andet problem: med de frihjulede dioder på plads tager det magnetiske felt dannet i hver spole længere tid at "forfalde", når dens respektive transistor slukker. Denne tidsforsinkelse medfører en maksimal rotationshastighed på steppermotoren, fordi motoren ikke bevæger sig til det næste trin, indtil magnetfeltet fra det foregående trin er forsvundet.

Hvilken modifikation kan der foretages til dette kredsløb for at gøre det muligt for transistorerne at skifte hurtigere, kørsel af steppermotoren med en højere rotationshastighed "# 3"> Reveal svar Skjul svar

Jeg vil ikke forklare præcis, hvorfor denne løsning virker, men jeg vil lade Michael Faraday give dig en matematisk "hint:"

v = N d φ


dt

Opfølgningsspørgsmål: Hvilke faktorer bestemmer modstandsværdien af ​​den nye modstand vist i diagrammet "Noter skjult"> Noter:

Bed dine elever om at beskrive hastigheden af ​​forandringen af ​​magnetisk flux i hver spole ved transistorafbrydelse, uden at der er sat kommuterende dioder på plads (forudsat at transistoren kunne modstå de transiente spændinger, der produceres af induktoren). Det bør være klart for dine elever, at optagelse af dioder for at forhindre højspændingsspidserne bogstaveligt at skabe problemet med magnetisk feltaffaldstid.

Spørgsmål 4

Dette skiftregister kredsløb driver de fire spoler af en unipolær stepper motor en ad gangen i et roterende mønster, der bevæger sig i taktens tempo. Driftstransistorkredsløbet (Q1, Q2 og modstandene R2 til R6) er kun vist for en af ​​de fire spoler. De øvrige tre skifteregistreringsudgange har identiske drevkredsløb forbundet med respektive motorspoler:

Antag, at dette stepper motor kredsløb fungerede fint i flere år, så pludselig stoppede arbejder. Forklar hvor du ville tage dine første få målinger for at isolere problemet, og hvorfor du ville måle der.

Reveal svar Skjul svar

Mit første skridt ville være at undersøge tilstedeværelsen af ​​tilstrækkelig jævnstrøm til både skiftregister IC og motoren (transistordrev kredsløb). Derefter ville jeg bruge et voltmeter eller en logisk sonde for at kontrollere pulserende ved et af shiftregisterets Q-udgange. Det ville fortælle mig, om problemet var med skiftregistret eller med strømkredsløbet.

Bemærkninger:

Dette er et godt spørgsmål at diskutere med dine elever, da det hjælper dem med at forstå, hvordan man kan "opdele og erobre" et funktionssystem.

Spørgsmål 5

Steppermotorer anvendes ofte i servomekanismer med lav effekt, som dem, der findes i små robotter, computerprintere og andre præcisionselektromekaniske maskiner. Forklar hvorfor denne type elmotor er mere populær end DC-motorer med permanent magnet eller andre motortyper. Tip: Svaret er tæt forbundet med navnet på selve motoren ("stepper").

Reveal svar Skjul svar

I modsætning til andre motortyper bevæger steppermotorerne sig i diskrete "trin", som udlåner sig meget godt til digitale stillingspositioner.

Bemærkninger:

Sørg for, at eleverne får en chance for at mærke bevægelsen af ​​en stepper motor i egne hænder, når du diskuterer stepper motorer i klassen. Hvis du ikke har nogen stepper motorer til rådighed, opnås de let ved at redde dele fra slidte computerprintere!

  • ← Forrige regneark

  • Regneark Indeks

  • Næste regneark →