Sprzężenie mikrokontrolera(nie tylko X51)ze światem zewnętrznymsterowanie silników elektrycznych

Ryszard J. Barczyński, 2018Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała StałegoMateriały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

Silniki elektryczne

Silniki elektryczne to maszyny zamieniające energię elektryczną na mechaniczną.Istnieje wiele ich rodzajów, sterowanie niektórymi z nich jest dosyć złożone.

My zainteresujemy się teraz dwoma ich rodzajami (w małych wersjach :-)● Silnikiem komutatorowym prądu stałego● Silnikiem krokowym

Silnikiprądu stałego.

Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałegomożemy zastosować bardzo prosty wzmacniacz oparty na tranzystorze MOS

lub Darlingtona. By regulować obroty możemy zastosować technikę modulacjiszerokości impulsu (PWM).

Silnikiprądu stałego.

Większe możliwości sterowania daje nam układ mostkowy (tak zwany H-bridge).

Silnikiprądu stałego.

Włączone:A i D - obroty w lewoC i B - obroty w prawoA i C lub B i D - wyłączony - hamowanieA i B lub C i D - zwarcie zasilania, dym, ogień wybuch...Żadne - wyłączony - brak zasilania silnika (a również hamowania)

Silniki krokowe

Silniki krokowe to silniki elektryczne, w których impulsowe zasilanieprądem elektrycznym powoduje, że jego wirnik nie obraca się ruchem ciągłym,lecz wykonuje za każdym razem ruch obrotowy o ściśle ustalonym kącie.

Dzięki temu, kąt obrotu wirnika jest ściśle zależny od liczby dostarczonychimpulsów prądowych, a prędkość kątowa wirnika jest równaczęstotliwości impulsów pomnożonej przez wartość kąta obrotu wirnikaw jednym cyklu pracy silnika.

Kąt obrotu wirnika pod wpływem działania jednego impulsu może mieć różnąwartość, zależnie od budowy silnika – jest to zwykle wartość od ułamkado kilkudziesięciu stopni.

Silniki krokowe

Silniki krokowe są stosowane wszędzie tam, gdzie kluczowe znaczeniema możliwość precyzyjnego sterowania ruchem:● w automatyce – w mechanicznych urządzeniach regulacyjnych● w urządzeniach pomiarowych np. zegarach elektronicznych● w robotyce – do sterowania ruchem ramion robotów, kół, itp.● w komputerach – np. w twardych dyskach, drukarkach, skanerach● itp...

Silniki krokowe

Pod względem budowy możemy je podzielić na:● silnik z magnesem trwałym,● silnik o zmiennej reluktancji,● silnik hybrydowy.

Silniki krokoweo zmiennej reluktancji

Silniki krokoweunipolarne (z magnesem stałym i hybrydowe)

Silniki krokowebipolarne (z magnesem stałym i hybrydowe)

Silniki bipolarne wymagają sterowania przepływem prądu w uzwojeniachw obu kierunkach - implikuje to użycie mostka H na każde uzwojenie.

Sterowanie jest odrobinę bardziej skomplikowane niż silników unipolarnychi zależy od konstrukcji mostka - nie będziemy się nim zajmować.

Silnik krokowysilnik unipolarnysekwencje sterujące

Standardowa sekwencja sterującato kolejne włączanie poszczególnych uzwojeń:1 2 3 40 0 0 10 0 1 00 1 0 01 0 0 0

Silnik krokowysilnik unipolarnysekwencje sterujące

Sekwencja sterująca kolejne włączającapo dwa uzwojenia umożliwia uzyskaniewiększego momentu obrotowegokosztem poboru mocy:1 2 3 40 0 1 10 1 1 01 1 0 01 0 0 1

Silnik krokowysilnik unipolarnysekwencje sterujące

1 2 3 40 0 0 10 0 1 10 0 1 00 1 1 00 1 0 01 1 0 01 0 0 01 0 0 1Sekwencja sterująca kolejne włączająca kolejno jedno i po dwa uzwojeniaumożliwia uzyskanie skoku połówkowego, a zatem większą precyzjęsterowania.