silniki krokowe cz3.pdf

(516 KB) Pobierz
4542323 UNPDF
Podzespoły
Silniki krokowe
część 3 − sterowanie
Silniki VR
Silniki o zmiennej reluktancji mają zwykle
trzy uzwojenia – porównaj rysunek 16 w
EdW 8/2002 (czasem uzwojeń jest więcej).
W poprzednim odcinku przedstawiona była
zasada ich działania. Wynika z niej, że nale−
ży kolejno zasilać poszczególne uzwojenia.
Zmiana kierunku wirowania następuje po
zmianie kolejności zasilania uzwojeń. Zasila−
nie kolejno uzwojeń w sekwencji A, B, C, A,
B, C, A, ... spowoduje obracanie się wirnika
w jednym kierunku. Zasilanie w sekwencji
A, C, B, A, C, B,... spowoduje obroty w kie−
runku przeciwnym. Można to zrobić, na
przykład zamieniając miejscami końcówki
dwóch uzwojeń. Rysunek 30 pokazuje se−
kwencję sterującą i stopień wykonawczy z
tranzystorami bipolarnymi.
Ponieważ silniki takie nie są już stosowa−
ne, nie będziemy się nimi bliżej zajmować.
Rys. 31
Silniki PM i HB
Pomimo odmiennej zasady działania, silniki
PM (z magnesem stałym) i HB (hybrydo−
we) mogą być i są sterowane w identyczny
sposób . Ogólne zasady sterowania pełnokro−
kowego i półkrokowego zostały przedstawio−
ne w pierwszej części cyklu (EdW 7/2002 str.
22). Warto jednak wgłębić się w zagadnienie,
by w pełni zrozumieć dalsze szczegóły.
sunki 21, 23, 26 pokazują, że w silnikach
trzeba wytworzyć wirujące pole magnetycz−
ne. Można to zrobić, zmieniając kierunek
prądu w uzwojeniach. Rysunek 31b pokazu−
je sposób sterowania z wykorzystaniem
dwóch mostków tranzystorowych. Nazywa−
ne są one często mostkami H (H bridge, full
bridge) z uwagi na podobieństwo do litery H.
W mostkach można też zastosować różne
tranzystory (MOSFET N, MOSFET P, NPN,
PNP, „darlingtony”), ale najczęściej są to al−
bo tranzystory bipolarne NPN, albo MO−
SFET N. Choć taki sposób sterowania po−
zwala w pełni wykorzystać silnik, jego reali−
zacja nie jest najłatwiejsza. Trzeba oddziel−
nie wysterować każdy z ośmiu tranzystorów.
Aby radyklanie uprościć sterownik, wy−
starczy zastosować uzwojenie z odczepem w
środku. Taki prosty sposób pozwala radykal−
nie uprościć sterownik – patrz rysunek 32 .
Prądy płyną niejako w tym samym kierunku,
dlatego silniki z dzielonym uzwojeniem na−
zywane są silnikami unipolarnymi . W silni−
ku według rysunku 31 prądy uzwojeń w ko−
lejnych fazach cyklu płyną w obu kierunkach,
Rys. 30
Silniki
bipolarne
i unipolarne
Choć w rzeczywisto−
ści silniki PM i HB
mają po kilka biegu−
nów, w sumie zawie−
rają tylko dwa uzwo−
jenia, podzielone na
sekcje. Dlatego upro−
szczony model z dwo−
ma uzwojeniami z ry−
sunku 31a (wg rysun−
ku 21) jest doskona−
łym punktem wyjścia
do dalszej analizy. Ry−
24
Wrzesień 2002
Elektronika dla Wszystkich
od podstaw
4542323.160.png 4542323.170.png 4542323.181.png 4542323.192.png 4542323.001.png 4542323.012.png 4542323.023.png
Podzespoły
dlatego takie silniki nazywane są silnikami
bipolarnymi . Rysunek 33 pokazuje spo−
sób wytworzenia zmian pola w obu typach
silników.
Niewątpliwą zaletą silników unipolarnych
jest łatwość sterowania – wystarczy cztery
MOSFET−y i prosty generator sekwencji ste−
rującej – porównaj rysunek 12 i 14 w EdW
7/2002.
Silnik bipolarny wymaga bardziej skom−
plikowanego sterownika. Ma jednak istotną
zaletę. Jak pokazuje rysunek 32, połówki
uzwojenia pracują na przemian, więc jedna z
nich jest zawsze niewykorzystana, co zmniej−
sza maksymalne osiągi. W silniku bipolar−
nym pracuje całe uzwojenie i możliwości sil−
nika można w pełni wykorzystać. Sterowanie
bipolarne daje lepsze wyniki, zwłaszcza przy
małych i średnich prędkościach obrotowych;
moment obrotowy jest wtedy większy o oko−
ło 30...40%. Jak pokazuje rysunek 34 , każdy
silnik unipolarny może pracować jako bipo−
larny – trzeba tylko zwiększyć napięcie zasi−
lania. Jeszcze więcej możliwości daje silnik z
czterema niezależnymi uzwojeniami. Może
pracować jako unipolarny, a także jako bipo−
larny przy szeregowym i równoległym połą−
czeniu uzwojeń według rysunku 35 .
rowanie unipolarne z czterema tranzystorami,
a w razie potrzeby zawsze mogą wykorzystać
sterowanie bipolarne.
Kroki i półkroki
W poprzednim akapicie pojawiło się stwier−
dzenie, że silnik unipolarny ma słabsze osią−
gi, bo zawsze jedno z uzwojeń każdej pary
jest niewykorzystane. Do tego dochodzi po−
krewne zagadnienie związane ze sposobem
sterowania. Rysunek 33 pokazuje, że w każ−
dym takcie cyklu zasilane jest tylko jedno z
dwóch uzwojeń silnika bipolarnego. Drugie
zawsze jest nieczynne. Jeszcze gorzej jest w
silniku unipolarnym, gdzie, jak pokazuje ten
sam rysunek, w każdej chwili wykorzysty−
wane jest tylko 25% wszystkich uzwojeń.
Oczywiście oznacza to, że silnik nie jest w
pełni wykorzystany. Taki sposób sterowania
nosi nazwę sterowania falowego (wave dri−
ve) i jest to jednocześnie tak zwane sterowa−
nie pełnokrokowe.
Wbrew pierwszemu wrażeniu, istnieje bar−
dzo dobry sposób na wykorzystanie wszyst−
kich uzwojeń silnika bipolarnego. Pokazuje to
rysunek 36 (porównaj go z rysunkiem 33).
Teraz w każdej fazie cyklu zasilane są dwa
uzwojenia. Nie dzieje się przy tym nic złego –
bieguny wirnika ustawiają się nie naprzeciw
biegunów stojana, tylko w połowie drogi mię−
dzy nimi.
W silniku unipolarnym można tak samo
zasilać dwa z czterech uzwojeń, co polepsza
moc i moment silnika – zobacz rysunek 37 .
Rys. 34
Przy połączeniu równoległym według ry−
sunku 35d silnik będzie prawidłowo praco−
wał przy napięciu zasi−
lania niższym, niż przy
połączeniu szeregowym
i będzie miał lepsze
osiągi przy dużych pręd−
kościach. Przy połącze−
niu szeregowym mo−
ment obrotowy jest
większy przy małych
prędkościach.
Początkującym moż−
na poradzić, żeby na po−
czątku wykorzystali ste−
Rys. 32
Rys. 33
Rys. 35
Elektronika dla Wszystkich
Wrzesień 2002
25
4542323.034.png 4542323.045.png 4542323.056.png 4542323.067.png 4542323.078.png 4542323.089.png 4542323.098.png 4542323.108.png 4542323.119.png 4542323.130.png 4542323.132.png 4542323.133.png 4542323.134.png 4542323.135.png 4542323.136.png 4542323.137.png 4542323.138.png 4542323.139.png 4542323.140.png
 
4542323.141.png 4542323.142.png 4542323.143.png 4542323.144.png
 
4542323.145.png
 
4542323.146.png
 
4542323.147.png 4542323.148.png 4542323.149.png 4542323.150.png 4542323.151.png 4542323.152.png 4542323.153.png 4542323.154.png
 
4542323.155.png
 
4542323.156.png
 
4542323.157.png
 
4542323.158.png
 
4542323.159.png
 
4542323.161.png 4542323.162.png 4542323.163.png 4542323.164.png 4542323.165.png 4542323.166.png 4542323.167.png 4542323.168.png 4542323.169.png 4542323.171.png 4542323.172.png 4542323.173.png 4542323.174.png 4542323.175.png 4542323.176.png 4542323.177.png 4542323.178.png 4542323.179.png 4542323.180.png 4542323.182.png 4542323.183.png 4542323.184.png 4542323.185.png 4542323.186.png 4542323.187.png 4542323.188.png 4542323.189.png 4542323.190.png 4542323.191.png 4542323.193.png 4542323.194.png 4542323.195.png 4542323.196.png 4542323.197.png 4542323.198.png 4542323.199.png 4542323.200.png 4542323.201.png 4542323.202.png 4542323.002.png 4542323.003.png 4542323.004.png 4542323.005.png 4542323.006.png 4542323.007.png 4542323.008.png 4542323.009.png 4542323.010.png 4542323.011.png 4542323.013.png 4542323.014.png 4542323.015.png 4542323.016.png 4542323.017.png 4542323.018.png 4542323.019.png 4542323.020.png 4542323.021.png
Podzespoły
Sterowanie, zarówno silników bipolar−
nych, jak i unipolarnych, według rysunków
36, 37, bywa stosowane w praktyce. Nazy−
wany je sterowaniem pełnokrokowym
(full step). (Sposób sterowania według ry−
sunku 33 to też sterowanie pełnokrokowe,
ale dla rozróżnienia nazywamy je sterowa−
niem falowym).
Jeszcze częściej wykorzystuje się stero−
wanie półkrokowe (half step), będące połą−
czeniem poprzednio omówionych. Sekwen−
cja sterująca i położenia przykładowego sil−
nika bipolarnego pokazane są na rysunku
38 , a unipolarnego na rysunku 39 – porów−
naj rysunki 33, 36, 37. Na przemian zasila się
jedno oraz dwa uzwojenia, przez co bieguny
wirnika ustawiają się albo naprzeciw biegu−
nów stojana, albo w połowie między nimi.
Osiągi silnika są wprawdzie nieco gorsze, niż
przy pracy pełnokrokowej (bo nie zawsze
oba uzwojenia są zasilane), jednak praca pół−
krokowa ma istotne zalety. Typowe przebiegi
sterujące silnika unipolarnego przy pracy
pełno− i półkrokowej pokazane są na rysun−
ku 40 . Nie podaję przebiegów sterujących
dla ośmiu tranzystorów w mostkach zasilają−
cych silnik bipolarny. Zazwyczaj wykorzy−
stuje się do tego specjalizowane układy sca−
lone, a dociekliwi Czytelnicy w razi potrzeby
bez trudu uzyskają je po analizie rysunków
31, 38 i 39. Kierunek obrotów zmienia się
najczęściej przez zmianę sekwencji sterują−
cej. W prostych zastosowaniach można po
prostu zamienić końcówki A+, A− jednej pa−
ry uzwojeń.
Pokazane rysunki dotyczą prościutkiego
silnika PM z jedną parą biegunów wirnika.
Choć silnik HB ma inny sposób działania,
a typowy silnik PM ma więcej biegunów, po−
kazane zasady dotyczą wszystkich silników
PM i HB.
Leszek Potocki
Ciąg dalszy w nastepnym numerze EdW.
Rys. 40
Rys. 36
Rys. 37
Rys. 38
Rys. 39
26
Wrzesień 2002
Elektronika dla Wszystkich
4542323.022.png 4542323.024.png 4542323.025.png 4542323.026.png 4542323.027.png 4542323.028.png 4542323.029.png 4542323.030.png 4542323.031.png 4542323.032.png 4542323.033.png 4542323.035.png 4542323.036.png 4542323.037.png 4542323.038.png 4542323.039.png 4542323.040.png 4542323.041.png 4542323.042.png 4542323.043.png 4542323.044.png 4542323.046.png 4542323.047.png 4542323.048.png 4542323.049.png 4542323.050.png 4542323.051.png 4542323.052.png 4542323.053.png 4542323.054.png 4542323.055.png 4542323.057.png 4542323.058.png 4542323.059.png 4542323.060.png 4542323.061.png 4542323.062.png 4542323.063.png 4542323.064.png 4542323.065.png 4542323.066.png 4542323.068.png 4542323.069.png 4542323.070.png 4542323.071.png 4542323.072.png 4542323.073.png 4542323.074.png 4542323.075.png 4542323.076.png 4542323.077.png 4542323.079.png 4542323.080.png 4542323.081.png 4542323.082.png 4542323.083.png 4542323.084.png 4542323.085.png 4542323.086.png 4542323.087.png 4542323.088.png 4542323.090.png 4542323.091.png 4542323.092.png 4542323.093.png 4542323.094.png 4542323.095.png 4542323.096.png
 
4542323.097.png
 
4542323.099.png 4542323.100.png 4542323.101.png
 
4542323.102.png 4542323.103.png 4542323.104.png 4542323.105.png 4542323.106.png 4542323.107.png 4542323.109.png 4542323.110.png 4542323.111.png 4542323.112.png 4542323.113.png 4542323.114.png 4542323.115.png 4542323.116.png 4542323.117.png 4542323.118.png 4542323.120.png 4542323.121.png 4542323.122.png 4542323.123.png 4542323.124.png 4542323.125.png 4542323.126.png 4542323.127.png 4542323.128.png 4542323.129.png 4542323.131.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin