Sterownik silnika krokowego - PWM?

Question

Sterownik silnika krokowego - PWM?

16 Cze 2007 18:39 3644 11

#1 16 Cze 2007 18:39

528649 528649

Użytkownik usunął konto
#1 16 Cze 2007 18:39

Witam

Jestem elektrykiem i nie bardzo znam się na elektronice. Z silnikami krokowymi miałem niewiele do czynienia. Zrobiłem sobie taki prosty sterownik silników krokowych (mikroprocesor + ULN2803A). Na wyjściu ma zwykły niczym nie filtrowany prostokąt. Steruje sporym silnikiem (za dużym jak na ULN3803A który można obciążyć chyba 0,5A "na nóżkę").

Chciałbym trochę zabezpieczyć tego ULN przed przepięciami i go odciążyć. Teraz jeden ULN steruje 2 silnikami. Chcę zrobić modulację PWM i wykorzystywać 2 tranzystory z ULN2803A na 1 fazę. To wszystko ma zwiększyć sprawność układu sterownik+silnik, a do drugiego silnika dołożyć jeszcze jeden ULN2803A

1. Czy lepiej (sprawność) PWM ma mieć wypełnienie sinusoidalne, czy może pierwiastek z sinusoidy? Pierwiastek z sinusoidy szybciej narasta i dłużej trzyma się przy 100% (uznałem że to może być bardziej sensowne niż sinus). Jak to jest zrealizowane w sterownikach stepperów? A może one podają na silnik "zwykły" prostokąt? Czy mógłby ktoś wkleić przebieg napięcia/prądu na wyjściu takiego nie obciążonego drivera do silnika krokowego?

2. Jak zabezpieczyć ULN2803A przed przepięciami? W załączniku schemat w którym zostawiłem miejsce na ew. kondensatory lub coś innego.

3. Jeżeli PWM nie ma przeciwwskazań - to czy mogę połączyć na żywca 2 wyjścia z ULN2803A do jednej fazy, przy czym załączać te wyjścia na przemian (na poziomie cykla PWM, nie cykla fazy silnika). Czy to coś w ogóle da?

4. Czy mogę połączyć 2 wyjścia ULN2803A i w ten sposób uzyskać 1A? (np. dać diody na wyjściu żeby jeden drugiego nie grzał)

Poniżej aktualny prymitywny schemat. Jakby się komuś chciało dorysować to byłbym wdzięczny.
0 11
Załączniki:

Stepper.GIF Download (10.43 KB)
#2 16 Cze 2007 20:20

mrrudzin mrrudzin

Poziom 39

Pomocny post? (0)

#2 16 Cze 2007 20:20

Cytat:

1. Czy lepiej (sprawność) PWM ma mieć wypełnienie sinusoidalne, czy może pierwiastek z sinusoidy? Pierwiastek z sinusoidy szybciej narasta i dłużej trzyma się przy 100% (uznałem że to może być bardziej sensowne niż sinus). Jak to jest zrealizowane w sterownikach stepperów? A może one podają na silnik "zwykły" prostokąt? Czy mógłby ktoś wkleić przebieg napięcia/prądu na wyjściu takiego nie obciążonego drivera do silnika krokowego?

Nie do końca rozumiem co kolega chce uzyskać.
Na wyjściu starownika silnika skokowego będzie zwykły prostokąt. W przypadku modulacji PWM - również prostokąt, ale z jakimś wypełnieniem (wcześniej wypełnienie 0 lub 100%).
Tranzystor ma najmniejsze straty w dwóch stanach:
- gdy jest zamknięty
- gdy jest w pełni otwarty

Wszystkie stany "po drodze" powodują powstawanie dużych strat (wtedy tranzystor stanowi pewną rezystancję (P=I^2*R)

Cytat:

2. Jak zabezpieczyć ULN2803A przed przepięciami? W załączniku schemat w którym zostawiłem miejsce na ew. kondensatory lub coś innego.

Co rozumiesz pod pojęciem przepięcia?
Chodzi o napiecie indukowane w cewkach silnika podczas ich wyłączania?
Rzuć okiem na notę katalogową - zobaczysz że tranzystory są zabezpieczone diodami zwrotnymi. Jeśli przepięcia to to co się zaindukuje - te diody wystarczą.

Cytat:

3. Jeżeli PWM nie ma przeciwwskazań - to czy mogę połączyć na żywca 2 wyjścia z ULN2803A do jednej fazy, przy czym załączać te wyjścia na przemian (na poziomie cykla PWM, nie cykla fazy silnika). Czy to coś w ogóle da?

A co chcesz tym osiągnąć?

Cytat:

4. Czy mogę połączyć 2 wyjścia ULN2803A i w ten sposób uzyskać 1A? (np. dać diody na wyjściu żeby jeden drugiego nie grzał)

Teoretycznie możesz, ale nie uzyskasz 1A. Zawsze któryś obciąży sie troche mocniej. Myśle że diody na wyjściach zbyt dużo nie dadzą. Diody też mają troche różniące się parametry, wiec wyjścia "rozjadą" się jeszcze bardziej (będą nierównomiernie obciązone). Do tego na diodzie odłoży się 0,7V, co przy niskim zasilaniu jest odczuwalne.
Myśle że jeśli już - lepszym rozwiązaniem byłyby rezystorki o małej rezystancji (0,22ohma?).
0
#3 16 Cze 2007 22:27

528649 528649

Użytkownik usunął konto

Pomocny post? (0)

#3 16 Cze 2007 22:27

Nie zamierzam sterować sinusoidą, nie wspominał bym wtedy o PWM. Wiem że przy przy takich prądach tranzystor nadaje się bardziej do przełączania niż do regulacji.

mrrudzin napisał:

Na wyjściu starownika silnika skokowego będzie zwykły prostokąt. W przypadku modulacji PWM - również prostokąt, ale z jakimś wypełnieniem (wcześniej wypełnienie 0 lub 100%).

No i właśnie chodzi mi o to, czy takie sterowanie ze zmiennym PWM jest używane w praktyce w sterownikach silników krokowych czy nie.

Jeżeli tak to jak zmienia się wypełnienie, co wziąć pod uwagę przy budowie czegoś takiego, jaka jest częstotliwość PWM (np. ja bym zrobił z 40kHz).

mrrudzin napisał:

Co rozumiesz pod pojęciem przepięcia?
Chodzi o napiecie indukowane w cewkach silnika podczas ich wyłączania?
Rzuć okiem na notę katalogową - zobaczysz że tranzystory są zabezpieczone diodami zwrotnymi. Jeśli przepięcia to to co się zaindukuje - te diody wystarczą.

Tak, o to mi chodzi. Nie tylko podczas wyłączania. Podczas włączania też.
mrrudzin napisał:

Cytat:

3. Jeżeli PWM nie ma przeciwwskazań - to czy mogę połączyć na żywca 2 wyjścia z ULN2803A do jednej fazy, przy czym załączać te wyjścia na przemian (na poziomie cykla PWM, nie cykla fazy silnika). Czy to coś w ogóle da?

A co chcesz tym osiągnąć?

Po zastanowieniu - już chyba nic... Chciałem skrócić o połowę czas pracy jednego tranzystora i zwiększyć prąd, ale to chyba i tak nic nie da bo prądu powyżej wartości max i tak nie zwiększę. Pomysł wziął się stąd, że gdzieś widziałem takie rozwiązanie (3 tranzystory zasilające to samo załączane na zmianę) ale już nie pamiętam gdzie i po co to było.

mrrudzin napisał:

Teoretycznie możesz, ale nie uzyskasz 1A. Zawsze któryś obciąży sie troche mocniej. Myśle że diody na wyjściach zbyt dużo nie dadzą. Diody też mają troche różniące się parametry, wiec wyjścia "rozjadą" się jeszcze bardziej (będą nierównomiernie obciązone). Do tego na diodzie odłoży się 0,7V, co przy niskim zasilaniu jest odczuwalne.
Myśle że jeśli już - lepszym rozwiązaniem byłyby rezystorki o małej rezystancji (0,22ohma?).

Chyba tak zrobię. A może da się z tych darlingtonów porobić źródła prądowe?
0
#4 16 Cze 2007 22:38

mrrudzin mrrudzin

Poziom 39

Pomocny post? (0)

#4 16 Cze 2007 22:38

Cytat:

Tak, o to mi chodzi. Nie tylko podczas wyłączania. Podczas włączania też.

A skąd podczas włączania przepięcie? :>?
0
#5 16 Cze 2007 22:59

bogdan_p bogdan_p

Poziom 39

Pomocny post? (0)

#5 16 Cze 2007 22:59

napisz do czego na to służyć
jeżeli do prostego sterownia to zastąp ULN -na na coś bardziej wydajnego prądowo lub jeszcze prościej 4 tranzystory np TIP122
pamiętaj o jednej sprawie , prąd silnika zależy w dużym stopniu od częstotliwości sterowania , a jedynym sensownym jego ograniczeniem to zastosowanie pomiaru prądu w obwodzie silnika lub tranzystorów sterujących następnie wykorzystnie go w układach analogowych lub analogowo - cyfrowych do regulacji i tu stosuje się sterownie czoperowe lub PWM
przykład scalonego sterownika http://www.elenota.pl/pdf/Allegro/97024.pdf
innym przykładem wprawdzie dla binarnego silnika jest znana para L297+L298 z czoperową regulacją prądu
przeglądnij przyklejony temat o silnikach krokowych , jest wiele różnych przykładów sterownia i samych sterowników
0
#6 17 Cze 2007 00:41

528649 528649

Użytkownik usunął konto

Pomocny post? (0)

#6 17 Cze 2007 00:41

mrrudzin napisał:

Cytat:

Tak, o to mi chodzi. Nie tylko podczas wyłączania. Podczas włączania też.

A skąd podczas włączania przepięcie? :>?

Z samoidukcji :> Podczas zmian płynącego prądu w cewce powstaje napięcie. Kiedy prąd rośnie - indukuje się napięcie ujemne. Kiedy spada - dodatnie. Albo odwrotnie

To chyba mój trzeci wykład z elektrotechniki dzisiaj

Dodano po 13 [minuty]:

bogdan_p napisał:
napisz do czego na to służyć

To ma być uniwersalny sterownik. Chcę przy okazji "powalczyć" z silnikami krokowymi bo stosunkowo mało i nich wiem. Może uda mi się zrobić obrabiarkę CNC.

bogdan_p napisał:

jeżeli do prostego sterownia to zastąp ULN -na na coś bardziej wydajnego prądowo lub jeszcze prościej 4 tranzystory np TIP122

Chodzi mi o tanie rozwiązanie z możliwością sterowania prosto z mikrokontrolera. Silników będzie sporo (4-5) - wyjdzie mi ferma tranzystorów. W razie czego popróbuję z darlingtonami od drukarek (kilka w jednej obudowie, mają ze kilka amperów na wyjściu i "miejsce na radiator"), tylko na razie nie wiem jak to podłączyć i jak tym sterować dlatego zacząłem od ULN2803A.

bogdan_p napisał:

jedynym sensownym jego ograniczeniem to zastosowanie pomiaru prądu w obwodzie silnika lub tranzystorów sterujących następnie wykorzystnie go w układach analogowych lub analogowo - cyfrowych do regulacji i tu stosuje się sterownie czoperowe lub PWM

Zamierzam później mierzyć tam prąd. Układów analogowych raczej unikam. O sterowaniu chopperowym na razie znalazłem tyle w googlach, że jest podobne do PWM i wzmankę o przetwornicach DC-DC :/ Pogrzebię jeszcze może coś znajdę...
0
#7 17 Cze 2007 07:17

mrrudzin mrrudzin

Poziom 39

Pomocny post? (0)

#7 17 Cze 2007 07:17

Cytat:

Z samoidukcji :> Podczas zmian płynącego prądu w cewce powstaje napięcie. Kiedy prąd rośnie - indukuje się napięcie ujemne. Kiedy spada - dodatnie. Albo odwrotnie Smile

To chyba mój trzeci wykład z elektrotechniki dzisiaj

Nigdy nie powstaje coś z niczego.
Zjawisko indukowania się napięcia występuje, ale tylko przy wyłączaniu indukcyjności.

Cewka silnika stanowi pewną sporą indukcyjność, a ta ma taką właściwość, że nie lubi gdy prąd przez nią płynący się zmienia (stara się przeciwdziałać zmianom prądu).
Załóżmy że masz cewkę zasilaną napięciem 10V przez którą płynie 1A. Zgodnie z prawem ohma

$$R = \frac{U}{I}$$

rezystancja w obwodzie wynosi 10 ohm.

Pamiętając że prąd w cewce nie lubi zmian zobacz co się stanie gdy odłączysz cewkę od zasilania.
Dalej działa prawo ohma

$$U = R \cdot I$$

tyle że rezystancja w obwodzie (wcześniej 10 ohm) dąży do nieskończoności (przerwa w obwodzie stanowi (teoretycznie) nieskończoną rezystancję).

Cewka nie chce dopuścić do przerwania prądu, więc, zgodnie z prawem ohma, wytwarza napięcie o dużej wartości (w rzeczywistości kilkadziesiąt/kilkaset V) i o zwrocie przeciwnym do wcześniej przyłożonego napięcia (tam gdzie był podłączony + cewka wygeneruje -).

Takie napięcie może przebić tranzystor, który ma określone maksymalne napięcie wsteczne. Możnaby oczywiście dać tranzystor wytrzymujący wyższe napięcia, ale po co.
Wystarczy że pojawi się diodazwrotna. Wtedy po odłączeniu cewki prąd będzie dalej płynął - ale zamknie się przez tą właśnie diodę.

A co się dzieje przy włączaniu cewki?
Generalnie nic złego. Prąd "wcześniej" wynosił 0, więc cewka "chce" żeby dalej wynosił 0. W efekcie po podaniu napięcia nie płynie od razu 1A (tak jak w przypadku przyłożenia napięcia do rezystora), a prąd powoli narasta i ustala się przy 1A.
0
Pomocny post

#8 17 Cze 2007 08:29

bogdan_p bogdan_p

Poziom 39

Pomocny post? (0)

Pomocny post #8 17 Cze 2007 08:29
#9 17 Cze 2007 09:05

528649 528649

Użytkownik usunął konto

Pomocny post? (0)

#9 17 Cze 2007 09:05

mrrudzin napisał:

Nigdy nie powstaje coś z niczego.

A kto powiedział że z niczego?

E = -L*(di/dt)

gdzie:
E - siła elektromotoryczna samoindukcji
L - indukcyjność
di - delta I (zmiana prądu)
dt - delta t (czas w jakim ta zmiana nastąpiła)

"Pamiętając że prąd w cewce nie lubi zmian zobacz co się stanie gdy odłączysz cewkę od zasilania. "

Stanie się dokładnie to samo co przy włączaniu. Nawet taka sama różnica prądów przed/po. Tyle że z odwrotnym znakiem. Ani w prawie ohma ani we wzorze na samoidukcję nie widzę żadnych warunków że zmiana prądu ma być ujemna żeby się coś zaindukowało.

Jak to do Ciebie nie przemawia to weź sobie taki silnik, złap za 2 bieguny cewki i włącz. Sam napisałeś że podczas zmian.

Jak koniecznie chcesz prawo ohma stosować to chociaż wstaw tam impedancję a nie rezystancję. Podczas zmian prądu rośnie reaktancja indukcyjna.

Tranzystory nie lubią wstecznych przepięć, a z dodatnimi jakoś sobie radzą, dlatego nie wiesz nic na temat tych drugich.
0
#10 17 Cze 2007 09:32

mrrudzin mrrudzin

Poziom 39

Pomocny post? (0)

#10 17 Cze 2007 09:32

Cytat:

Sam napisałeś że podczas zmian.

Tak, zgadza się.
Ale gdy silnik stoi, to na jego zaciskach jest 0V
Gdy zaczynasz nim kręcić - przechodzi w tryb pracy prądnicowej. Jednak napięcie w ten sposób wygenerowane jest stosunkowo niewielkie (napewno mniejsze od znamionowego napięcia zasilania).

Cytat:

Jak to do Ciebie nie przemawia to weź sobie taki silnik, złap za 2 bieguny cewki i włącz.

Jeśli włącze do zasilania będą zachodziły zjawiska jak opisane wcześniej, jeśli będe przykładał zewnętrzny moment - silnik zacznie generować napiecie - pisałem o tym wyżej.
0
#11 17 Cze 2007 11:45

528649 528649

Użytkownik usunął konto
Pomocny post? (0)

#11 17 Cze 2007 11:45

mrudzin:
Mylisz samoindukcję z indukcją. Całkiem pokręciłeś. Dla samoindukcji wszystko jedno, czy silnik stoi czy się kręci. A jak go zablokujesz i będzie stał, to przy wyłączaniu nic się Twoim zdaniem nie zaindukuje?

W załączniku masz plik excelowy który obrazuje zależność indukcji WŁASNEJ E = -L(di/dt) czyli samoindukcję.

Prawa ohma i indukcji WZAJEMNEJ cewki stojana z magnesem wirnika w to nie mieszaj

Jakby ktoś nie miał excela to załączam jeszcze obrazek.
0
Załączniki:

samoindukcja.GIF Download (21.64 KB)

Samoindukcja.xls Download (33.5 KB)
#12 17 Cze 2007 17:49

528649 528649

Użytkownik usunął konto

Pomocny post? (0)

#12 17 Cze 2007 17:49

Pytałem o kilka ważnych dla mnie spraw:
1. Zabezpieczenia scalaka - ok, wiem
2. Jaką modulacje pwm zastosować (sinus czy jak...) - nadal nie wiem, ale sobie daruję
3. Mostkowanie ULN2803A - wszystko już wiem

Temat uważam za zamknięty. Jak coś zrobię to wrzucę zrzuty z oscyloskopu itd. Pozdrawiam.

Kamil
0

score 0 · Accepted Answer

Cytat:
To ma być uniwersalny sterownik. Chcę przy okazji "powalczyć" z silnikami krokowymi bo stosunkowo mało i nich wiem. Może uda mi się zrobić obrabiarkę CNC.

przecież to wszystko masz tu https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic594106.html
konkretne sterowniki http://pminmo.com/
forum o CNC http://www.cnc.info.pl/portal.php
drivery z drukarek to praktycznie układy podobne do ULN-nów o prądzie ok 1A

Cytat:
Silników będzie sporo (4-5) - wyjdzie mi ferma tranzystorów.

tak właśnie się robi i nikt nie narzeka , koszt jest o wiele mniejszy niż scalone stopnie mocy , jeżeli tak bardzo nie lubisz tranzystorów to godnym polecenia jest STA 401a http://www.elenota.pl/pdf/Sanken/sta401ae.pdf
wracając do sterownia to budując typowy sterownik CNC z sygnałami sterującymi step / dir / enable możesz również bez problemu sterować nimi z mikrokontrolera , nawet jest to prostsze od sterowania pełnym sygnałem na każde uzwojenie
zdecyduj się na rodzaj zastosowanych silników unipolarne czy bipolarne i na pewno znajdziesz odpowiednie sterowniki w podanych wcześniej linkach