Pozdravljeni ljubitelji elektronike! Gotovo ste že kdaj razdirali kak tiskalnik, disketno enoto ali podobno napravo. V veliko napravah se nahajajo koračni motorji, kako pa jih pametno uporabiti je drug problem. V tem članku vam bom opisal, kako koračni motorji delujejo, kako jih krmilimo in kaj moramo narediti, da bodo delovali zanesljivo veliko vrsto let. Na koncu bom opisal projekt, katerega sem realiziral doma, imenuje pa se »CNC-vrtalni stroj«. Krmili se preko serijskega porta računalnika, ima svojo programsko opremo, ki deluje v Win'95, in bere standardne *.NCD datoteke, poleg tega pa ima v svojem jedru že dobro znani mikrokrmilnik AT89C2051.

Glede na to, da še vedno berete te vrstice, sem očitno pritegnil vsaj delček vaše pozornosti in tako je tudi prav. Tudi jaz sem mislil, da je doma izdelati napravo, ki bo sama vrtala tiskana vezja skoraj nemogoče. Vendar pa vam zagotavljam, da boste na koncu rekli »Saj to res ni tako težko. Dalo bi se še izboljšati…« V članku je nekaj besed, katere težko prevedemo v slovenski jezik, zato se opravičujem bralcem, če se jim zdijo čudne. Upam, da bo članek vseeno razumljiv.

KAZALO VSEBINE

DELITEV KORAČNIH MOTORJEV GLEDE IZVEDBE TULJAV
BIPOLARNI MOTOR IMA VEČJI NAVOR
KRMILJENJE S KONSTANTNIM TOKOM
VEČJI NAVOR PRI VIŠJI FREKVENCI
IZKORISTEK – ODLOČILNI FAKTOR
MOŽNE IZBOLJŠAVE UNIPOLARNEGA VEZJA
PREDNOSTI IN SLABOSTI »HALF STEP« NAČINA KRMILJENJA MOTORJA
KOMPENZACIJA IZGUBE NAVORA V HALF STEP NAČINU
KRMILNI SIGNALI ZA LOGIKO
STIKALNI TOKOVNI REGULATOR
PRIMEREN FAZNI TOK V VSEH POGOJIH DELOVANJA
MOTOR NE SLEDI TAKTU PRI VIŠJIH FREKVENCAH V POLKORAČNEM SISTEMU
VEČ NAVORA V POLKORAČNEM POLOŽAJU
BOLJE JE DRSETI KOT KORAKATI
NATANČNOST MIKROKORAKA
ZAKLJUČEK PRED ZAČETKOM
SLOVARČEK IZRAZOV
VIRI



DELITEV KORAČNIH MOTORJEV GLEDE IZVEDBE TULJAV

Namenska integriranja vezja so zelo poenostavila krmiljenje koračnih motorjev. Načrtovalci naprav potrebujejo zaradi tega relativno malo specifičnega znanja o tehnikah krmiljenja koračnih motorjev, vendar razumevanje osnov pomaga pri iskanju optimalne rešitve. S stališča projektanta elektronske naprave lahko razdelimo koračne motorje na dve osnovni skupini: unipolarni in bipolarni koračni motorji. Koračni motor naredi en korak, ko se smer toka v tuljavi (ali tuljavah) zamenja, zato se spremeni tudi magnetno polje na statorskih polih. Razlika med unipolarnimi in bipolarnimi motorji je v tem, kako spremembo magnetnega polja dosežemo.


BIPOLARNI koračni motor ima eno navitje na en polov par, krmili pa se z dvema preklopnima stikaloma, ki izmenično preklapljata napajalno napetost.


UNIPOLARNI koračni motor ima dve navitji na en polov par in se krmili z enim preklopnim stikalom.

Prednost vezja z bipolarnim motorjem je v tem, da ima samo eno navitje, ki je zaradi tega lahko navito z debelejšo žico in ima zato nižjo upornost, glavna pomanjkljivost pa sta dve preklopni stikali, zaradi česar potrebujemo več polprevodnikov. Unipolarno vezje potrebuje le eno preklopno stikalo. Njegova velika slabost pa je, da potrebuje dvojno, bifilarno navitje. To pomeni, da mora biti zaradi prostorske stiske žica tanjša in je zato njena upornost veliko večja, o čemer pa bomo še spregovorili v nadaljevanju.


BIPOLARNI MOTOR IMA VEČJI NAVOR

Navor koračnega motorja je premosorazmeren z gostoto magnetnega pretoka v statorski tuljavi. Povečamo ga lahko z večanjem števila ovojev ali s povečevanjem toka skozi navitje. Naravna meja, kjer povečevanje toka ne zadostuje več, je magnetno zasičenje jedra, čeprav to pri delovanju motorja ni ključnega pomena. Mnogo nevarnejši je dvig temperature motorja zaradi izgub v navitjih. Tukaj se pokaže prednost bipolarnega motorja, ki ima v primerjavi z unipolarnim le polovico njegove upornosti, ker je lahko presek žice dvakrat večji. Tok skozi navitja lahko zato povečamo za faktor in s tem dosežemo sorazmerno večji navor. Pri njihovi mejni vrednosti izgubne moči ima zato bipolarni motor okoli 40% večji navor kot unipolarni zgrajen na isti osnovi.


Če pa ne potrebujete tako velikega navora, lahko na ta račun zmanjšate izgube v jedru ali pa uporabite manjši motor.


KRMILJENJE S KONSTANTNIM TOKOM

Če želimo izgubno moč motorja zadržati v razumnih okvirjih, moramo imeti nadzor nad tokom skozi navitja. Enostavna in najbolj priljubljena rešitev je zagotoviti motorju tolikšno napetost, kot jo potrebuje za delovanje. Pri tej metodi tok omejuje notranja upornost navitij (RL). Bolj zapletena a tudi bolj učinkovita in natančna rešitev za omejevanje toka, je uporaba tokovnega generatorja, zaradi katerega dosežemo neodvisnost toka od upornosti navitja. Napajalna napetost takega vezja pa mora biti višja od napajalne napetosti prej omenjenega vezja brez tokovnega generatorja.


Pravo primerjavo med vezjema lahko naredimo šele v spremenljivih pogojih delovanja koračnega motorja oziroma ko ga obremenimo z dinamičnim bremenom. Omenil sem že, da je navor motorja med drugim odvisen tudi od toka skozi navitja. Med delovanjem motorja se magnetno polje enega polovega para zamenja na vsaka dva koraka. Kako hitro tok narašča po svoji eksponencialni krivulji, je odvisno od induktivnosti navitja, njegove upornosti in priključene napetosti. Na sliki 5 zgoraj vidite, kako tok narašča pri nižji frekvenci in doseže svoje vršno stanje, preden se zamenja njegova smer. Če pa se smer toka zamenja pogosteje, kar pomeni večjo frekvenco korakov, tok več ne doseže svojega vršnega stanja. Moč in navor se zaradi tega bistveno zmanjšata pri višjih frekvencah (slika 5 spodaj).



VEČJI NAVOR PRI VIŠJI FREKVENCI

Večji navor pri višjih frekvencah je možen z uporabo tokovnega vira, kot kaže slika 4 desno. Pri tej varianti naj bo napajalna napetost čim višja, kar omogoča hitrejše naraščanje toka v navitjih. Tokovni generator omejuje tok določene faze in se aktivira šele takrat, ko tok doseže njegovo nazivno vrednost. Do tega trenutka je tokovni generator v zasičenju in napajalna napetost je pripeljana direktno na tuljavo.


Slika 6 prikazuje, kako se zaradi večje napajalne napetosti tok hitreje povečuje v tuljavi kot na sliki 5. Zaradi tega hitrejšega spreminjanja toka v tuljavi lahko tudi pri višjih frekvencah tok naraste na želeno vrednost, zato začne navor upadati šele pri veliko višji frekvenci (obratih). Na sliki 7 vidite razliko v navorih med krmiljenjem s konstantno napetostjo in krmiljenjem s konstantnim tokom.


S slike je razvidno, da tudi pri višji frekvenci navor še ne upada, kar pomeni tudi to, da motor takrat bremenu daje največ energije.


IZKORISTEK – ODLOČILNI FAKTOR

Tokovni generator v kombinaciji z visoko napajalno napetostjo zagotavlja, da se tok v tuljavi dovolj hitro spreminja. Ko pa motor miruje, ali pa se vrti zelo počasi, dramatično  narastejo izgube v tokovnem generatorju, čeprav motor takrat ne oddaja bremenu praktično nobene moči. Faktor izkoristka je zelo slab. Zadevo lahko rešimo z uporabo stikalnega (switching, chopper) tokovnega izvora, kot nam kaže slika 8 desno.


Navitje je priključeno direktno na napajalno napetost, dokler tok v njem, katerega merimo s padcem napetosti na Rs, ne naraste na želeno vrednost, nastavljeno z Uref. V tem trenutku stikalo, ki je vezano na Un zamenja položaj in tuljavo kratko spoji. Na ta način se ohrani tok skozi navitje, ki počasi pada zaradi notranjih izgub v bakreni žici. Čas praznenja tuljave je določen z monostabilom ali impulznim generatorjem. Po tem času se stikalo ponovno preklopi na Un in regulacijsko-časovni cikel se ponovi.
Ker so edine izgube pri tem načinu tiste v jedru in izgube v polprevodnikih, ki so v zasičenju, je skupni izkoristek zelo dober. Povprečni tok napajalnika je manjši od toka skozi tuljavo motorja, zaradi prej razloženega koncepta preklapljanja tuljave. Zaradi tega se razbremeni tudi napajalni del, kateri je lahko manjše dimenzioniran. Ta način kontrole faznega toka, kateri mora biti izveden za vsako fazo posebej, predstavlja najboljše razmerje med privedeno električno in oddano mehansko močjo.



MOŽNE IZBOLJŠAVE UNIPOLARNEGA VEZJA

Nobenega smisla ne bi imelo zgoraj opisani način uporabiti pri unipolarnem motorju, ker bi pri njem morali dodati dve stikali na fazo za kratko spajanje tuljave v trenutku praznenja tuljave. Zato bi bilo število komponent enako kot pri bipolarnem motorju, poleg tega pa že poznamo veliko slabost takega motorja – veliko manjši navor. Z ekonomskega stališča bi bilo razumno in upravičeno krmiljenje s tako imenovanim »Bi-Level-Drive« načinom. To vezje potrebuje dve napajalni napetosti. Pri vsakem koraku je navitje za kratek čas spojeno na visoko napajalno napetost. Po določenem času monostabil izklopi stikalo in motor se napaja z nižjo napetostjo preko diode, ki preprečuje toku, da bi tekel iz višje napetosti napajalnika proti nižji.  



To precej poveča hitrost naraščanja toka v tuljavi in obnašanje takega krmilnika je precej podobno tistemu z izvorom konstantnega toka. Lahko se uporabi tudi za krmiljenje bipolarnega motorja, ki je za primer narisan na sliki 10. Vendar pa tako vezje nikakor ne doseže tako dobrih rezultatov kot tokovno stabilizirano in tempirano vezje s slike 8. Razlogi so oscilacije napajalnih napetosti, spreminjanje upornosti navitij s temperaturo itd. Vseeno pa je tako vezje uporabno v velikem številu manj zahtevnih aplikacij.


PREDNOSTI IN SLABOSTI »HALF STEP« NAČINA KRMILJENJA MOTORJA

Half step, kar po naše pomeni pol koraka, je način delovanja motorja, ko mu spremenimo krmilne signale, in se ob vsakem urinem impulzu premakne le za pol koraka. Poglavitna prednost takega krmiljenja je ta, da se motorju poveča resolucija za faktor 2. Tako dosežemo, da ima motor, ki ima sicer resolucijo 1,8°, kar pomeni 200 korakov na obrat, sedaj resolucijo 0,9°, kar pa je 400 korakov na obrat. Vendar to ni vedno glavni razlog, zaradi katerega uporabljamo half step krmiljenje. Velikokrat smo prisiljeni izbrati ta način zaradi motenj v delovanju, ki so posledica resonance  motorja.



Te so lahko tako močne, da motor v resonanci sploh nima več navora. Zato se začne nepredvidljivo obnašati in lahko izgubi svoj položaj. Razlog temu je dejstvo, da motor sam po sebi tvori mehansko nihalo, saj se magnetno polje statorja obnaša kot vzmet, za maso pa služi sam rotor. zaradi tega lahko motor, stimuliran pri tej frekvenci, zaniha. Resonančna frekvenca je odvisna od »napetosti vzmeti«, torej od jakosti magnetnega polja v statorju, ta pa je odvisen od toka. Čim večji je statorski tok, tem višja je resonančna frekvenca. V praksi lahko breme zaduši te oscilacije, vendar samo, če proizvaja dovolj trenja oziroma mehanskega dušenja. V večini primerov polovični koraki pomagajo, da ne pride do tega nezaželenega pojava, saj so koraki pol krajši in rotor ob koraku ne dobi take trenutne hitrosti. Dejstvo, da se polkoračni (half step) način ne posplošuje, pa je nekaj njegovih glavnih slabosti:

•    Polkoračno krmiljenje zahteva dvakrat več urinih impulzov od full step načina, zato se frekvenca krmiljenja podvoji.
•    V položaju polkoraka je navor motorja približno za polovico manjši od navora v celem koraku.


Zaradi teh dejstev se polkoračni način uporablja le takrat, ko je urina frekvenca motorja v mejah nevarnega resonančnega območja. Dinamične izgube so tem večje, čim bolj se obremenitev motorja bliža njegovemu maksimalnemu momentu. Pojav se zmanjšuje pri večanju urine frekvence.


KOMPENZACIJA IZGUBE NAVORA V HALF STEP NAČINU

Jasno je, da je v mejnih primerih izguba navora v polkoračnem načinu velika slabost. Če mora nekdo zaradi tega izbrati večji motor ali pa motor z dvojno resolucijo, ki pa bi deloval v full step načinu zaradi nekaj manjšega momenta, ki ga prinaša polkoračno krmiljenje, bo to zelo vplivalo na ceno končnega izdelka. V takem primeru obstaja alternativna rešitev, ki ne podraži našega stikalnega tokovnega izvora.
Izgubo navora lahko kompenziramo s povečanjem toka za   v tuljavah, ki so ta trenutek aktivne. To smemo narediti tudi, če je bil dosežen mejni tok po specifikaciji motorja, ker se le-ta nanaša na tok skozi obe navitji, ki držita motor v polnem koraku.


Če tok v aktivnem navitju povečamo za  , s tem podvojimo izgubno moč v tem navitju. Vendar pa so takrat neaktivna navitja brez toka tako, da se skupna izgubna moč ne poveča. Kot vemo, pa je ravno pregrevanje motorja glavni razlog zakaj je tok skozi motor in z njim tudi navor omejen. Na zgoraj opisani način dobro kompenziramo izgubo navora, saj ga dvignemo na cca 90% od tistega v polnem koraku, kar znese v dinamičnem sistemu v poprečju 95% od navora v polnokoračnem načinu, kar pa je skoraj zanemarljivo. Izogibati se moramo ustavljanju motorja v polkoraku za daljši čas, saj se takrat vsa izgubna moč troši na enem navitju, kar pa morda nekateri motorji ne bi dobro prenesli. V večini primerov pa to ne bi smel biti prevelik problem. Najboljšo preklopno tehniko za povečevanje toka v trenutku polkoraka bom podrobno opisal v nadaljevanju tega članka.


KRMILNI SIGNALI ZA LOGIKO

Običajni enosmerni motor se vrti, ko nanj priključimo enosmerno napetost. Koračni motor pa potrebuje komutiran signal iz večih ločenih, vendar povezljivih ukazov. V 95% današnjih naprav za te signale skrbijo mikroprocesorski sistemi.

Najenostavneje motor krmilimo v polnokoračnem načinu delovanja (glej sliko 13 iz prejšnje revije). Takrat potrebujemo le dva fazno zamaknjena pravokotna signala. Motor se vrti v smeri urinih kazalcev (CW, clockwise) ali v nasprotni smeri urinih kazalcev (CCW, counter clockwise), glede na to, katera faza vodi. Njegovi obrati so premosorazmerni s frekvenco impulzov.

V polkoračnem načinu se stvar zaplete. Osnovna dva krmilna signala se prelevita v najmanj štiri signale. Če potrebujemo na izhodu vezja v določenem trenutku visoko impedanco, kar je nujno potrebno pri višjih obratih, potem potrebujemo kar šest krmilnih signalov, kar je razvidno tudi s slike 13. Glede na to, da so vsi signali med sabo sorodni, jih lahko generiramo s standardnimi logičnimi vrati. Vendar pa v primeru, ko potrebujemo polkoračni način delovanja, logika postane dokaj zapletena, zato se tudi podraži, tako vezje pa nam povrh vsega zavzame tudi več prostora. V takem primeru se bolj izplača uporabiti namensko integrirano vezje. Tako vezje nam poleg tega zmanjša zasedenost mikroprocesorja, saj namesto šestih krmilnih signalov potrebujemo le tri, dva statična in enega dinamičnega. Kot primer bom opisal vezje, ki uporablja integrirano vezje L297.


To vezje ima poleg osnovnih treh krmilnih vhodov tudi dodatne, ki jih lahko koristno uporabimo v naši aplikaciji. Trije najpomembnejši so:

1.    CLOCK – urini impulzi, vsak impulz premakne motor za en korak (ali polkorak)
2.    CW/CCW – smer vrtenja motorja
3.    HALF/FULL – način »korakanja«, polnokoračno ali polkoračno

Signala, ki se redkeje uporabljata pa sta:

4.    RESET – postavi stanje izhodov A-D na izhodiščno kombinacijo (0101)
5.    ENABLE  - postavi izhode iz končne stopnje na visoko impedanco

Kadar uporabimo več vezij L297, jih lahko med sabo sinhroniziramo, kot kaže slika 16. Na ta način prihranimo nekaj elementov in se izognemo motnjam med posameznimi sklopi. Poleg omenjenih vhodov ima vezje L297 še dva vhoda za merjenje toka (komparator), šest krmilnih izhodov, izhod »HOME«, ki je na logični enki, ko je motor v položaju 0101, ter en vhod in en izhod namenjen sinhronizaciji.



STIKALNI TOKOVNI REGULATOR

Osnovna funkcija stikalnega tokovnega vira je zagotavljanje dovolj velikega toka skozi navitji tudi pri višjih frekvencah korakov. Funkcijski bloki stikalnega tokovnega regulatorja se ne razlikujejo bistveno od blokov stikalnega napajalnika; flip-flop-i, komparatorji in oscilator so potrebni za njegovo izvedbo. Te bloke se da brez težav stlačiti v integrirano vezje, ki generira kontrolne signale, v našem primeru v L297. Oscilator na nogici 16 resetira dva flip-flopa na začetku vsake periode. Izhoda flip-flopov sta potem vezana na logiko, ki ustrezno obdela tudi ta dva signala. Ko oscilator aktivira flip-flop, začne tok v navitju naraščati po eksponencialni krivulji, dokler napetost na uporu ni enaka referenčni napetosti na komparatorju. Komparator potem »setira« (postavi na 1) flip-flop, zaradi česar se postavita oba izhodna ojačevalnika na isto napetost in tako kratko skleneta tuljavo. Mostič se postavi na staro stanje, ko signal iz oscilatorja spet resetira flip-flop in cikel se ponovi.


Uporaba enega oscilatorja za krmiljenje obeh stopenj zagotavlja enako stikalno frekvenco za obe navitji, poleg tega pa preprečuje, da bi med njima lahko prihajalo do motenj. Na sliki 17 je prikazan funkcijski diagram vezja L297 in izhodne stopnje z L298, na sliki 18 pa oblike signalov, ki sodelujejo v tej regulaciji.


Pomembno je tudi dejstvo, sta flip-flopa resetirana toliko časa, kot ga določa RC-člen na nogici 16. Zaradi tega tokovne konice in motnje pri preklopih ne morejo prezgodaj setirati flip-flopa. Tako se lahko tokovne konice ignorirajo in tokovnem tipalu ne potrebujemo nobenega filtra.



PRIMEREN FAZNI TOK V VSEH POGOJIH DELOVANJA

Stikalni način regulacije toka nam razkrije, da se fazni tok kontrolira z dvema podatkoma; z referenčno napetostjo na vhodu komparatorja in z velikostjo upornosti upora, na katerem primerjamo napetost. Ta napetost je definirana z enačbo  . S spremembo referenčne napetosti je enostavno nastavljati tok v zelo širokem razponu. Vprašanje je le, s kakšnim razlogom in v kakšnih razmerah. Večji fazni tok pomeni večji navor, pa tudi večjo porabo energije. Če analiziramo porabo energije pri nekem momentu, ugotovimo, da imamo, ne glede na položaj motorja, vedno enako porabo. Več energije potrebujemo pri zagonu in ustavljanju motorja, medtem ko ta miruje ponavadi ne potrebujemo tako velikega momenta. Ko motor stoji, teče tok neprekinjeno skozi fazni navitji, vsa privedena energija se pretvori v toploto. To ima za posledico segrevanje motorja, kar pomeni tudi nepotrebno porabo energije. Zato je smiselno tok skozi motor kontrolirati vsaj v dveh nivojih, glede na to, kaj se z njim dogaja. Seveda ima kontrolo nad tokom zopet naš mikroprocesor (mikrokontroler, če že hočete). Na sliki 22 je prikazano vezje z delilnikom napetosti in transistorjem kot stikalom. Če bi mu dodali še eno tako vezje, bi lahko imeli kontrolo toka z dvema bitoma, to pomeni štiri različne tokovne nivoje, kar je dovolj za večino aplikacij. Slika 20 prikazuje optimalni fazni tok med mirovanjem, pospeševanjem, transportom, zaviranjem in zopet mirovanjem.



MOTOR NE SLEDI TAKTU PRI VIŠJIH FREKVENCAH V POLKORAČNEM SISTEMU

V položaju polkoraka mora biti eno fazno navitje brez toka. Če se motor premika iz polnega koraka v polkorak, pomeni, da se mora eno navitje motorja popolnoma izprazniti. Če pogledamo sliko 13, lahko iz diagrama logičnih stanj razberemo, da se v trenutku polkoraka oba izhoda končne stopnje postavita v isti položaj, kar pomeni za tuljavo kratek stik (slika 21, zgoraj). Zaradi tega se tok skozi tuljavo počasi zmanjšuje, to pa pri višjih frekvencah pomeni, da tokovni diagram za polkorak ni lep in sam polkorak ni lepo izpeljan (slika 21, sredina). Zaradi tega razloga integrirano vezje L297 generira »inhibit« ukaz (prepoved), ki v primeru polkoraka postavi izhodni mostič na stanje visoke izhodne impedance in se tuljava se izprazni na zunanjih diodah. Tuljava se izprazni praktično tako hitro, kot napolni ob vklopu, kar je razvidno iz spodnje skice (slika 21). V primeru polnokoračnega načina sta oba inhibit izhoda ves čas na visokem stanju.



VEČ NAVORA V POLKORAČNEM POLOŽAJU

To temo smo že dodobra obdelali, zato se bom omejil le na način, kako to izpeljemo. V bistvu je to zelo enostavno, ker je tok skozi navitji odvisen od velikosti referenčne napetosti. V ta namen bomo uporabili inhibit izhoda, ki sta aktivna samo v polkoračnem načinu.


V primeru, ko je katero koli od obeh inhibit izkodov na logični ničli, je tranzistor zaprt in referenčna napetost se direktno prenese na referenčni vhod. V tem primeru je tok povečan za 1,41 od normalnega, ki teče v primeru, ko sta oba inhibita na visokem stanju. Graf toka skozi tuljavi je že delom podoben svojemu idealu-sinusu.


Če seštejemo vse pluse in minuse ugotovimo, da ima polkoračni način delovanja zelo veliko prednosti. Motor lahko krmilimo praktično brez strahu pred resonanco, pridobili smo na resoluciji in praktično nismo izgubili momenta motorja v tem načinu, če ga primerjamo s polnokoračnim.


BOLJE JE DRSETI KOT KORAKATI

Če naj bi motor gladko polzel, namesto, da bi korakal, naj bi bil fazni tok popolnoma sinusen. Prednosti tega so zelo očitne:

•    pojava resonance ni več,
•    hrup se drastično zmanjša,
•    jermeni in kolesje, ki ga poganja motor ne občuti več tolikšnih sunkov,
•    dodatno lahko povečamo resolucijo motorja.

V tem primeru nam ni potrebno več uporabljati integriranega vezja L297, ker so signali za krmiljenje bistveno enostavnejši od tistih v polkoračnem načinu. Ker pa v tem primeru potrebujemo mikroprocesor z dvema D/A pretvornikoma, ki nam generirata dve »polnovalno usmerjeni« sinusni napetosti, je najbolje, da nam tudi signale A do D generira kar procesor. V tem primeru lahko uporabite integrirano vezje L6506, ki vsebuje dva tokovna generatorja in preprostejšo logiko. Na sliki vidimo primer takega vezja. L6506 skrbi za tokova skozi obe navitji, L298N služi kot končna stopnja, vse signale pa generira mikroprocesor.


Ker želimo skozi navitji generirati sinusna tokova z zamikom 90°, moramo tudi referenčno napetost spreminjati po sinusoidah, ki spominjajo na polnovalno usmerjene signale iz omrežja. V opisanem primeru bi bilo najbolje uporabiti mikrokontroler z vgrajenim D/A pretvornikom, saj se tako znebimo odvečnih integriranih vezij. Izkazalo se je, da je 5-bitna resolucija (32 nivojev) že dovolj za gladko drsenje motorja, vendar pa tudi večja resolucija ne more škoditi. Čeprav nam tako vezje prinaša veliko prednosti, moramo vedeti, da je frekvenca korakov zelo visoka. Zavedati se moramo, da smo naredili kontroler, ki daje občutek drsenja motorja, vendar ta še vedno nima neskončne resolucije. Lahko pa število korakov motorja povečamo za nekajkrat, kar za seboj potegne tudi višjo urino frekvenco za poganjanje motorja, saj ima ta manjše korake. Poleg tega mora procesor skrbeti za pravilno obliko signalov, kar pa zahteva pri tako visokih frekvencah veliko procesorske moči. V primeru večjih obratov lahko zato preklopimo vezje na polnokoračni način, saj ima tok v navitjih tako ali drugače trikotno obliko.



NATANČNOST MIKROKORAKA

Vsako želeno povečanje resolucije motorja ima svoje fizične meje. Tisti, ki mislite, da bo 7,2° motor, ki ga poganjamo kot 1,8°, imel tako natančno pozicioniranje kot 1,8° v polnokoračnem načinu, morate vedeti nekaj omejitev:

•    naraščanje navora, glede na kot koraka, je pri 7,2° motorju štirikrat počasnejše kot pri 1,8° motorju (slika 26). Zaradi tega trenje ali povratni moment bremena povzročita tudi sorazmerno večjo napako položaja motorja
•    pri večini komercialnih motorjev razmerje med sinusnim tokom in položajem ni dovolj linearno zaradi nehomogenega magnetnega polja med rotorjem in statorskimi poli.

Zaradi tega obstajajo na tržišču posebni koračni motorji, ki so prirejeni za ta način delovanja, seveda pa je njihova cena nekaj večja od klasičnih koračnih motorjev.



ZAKLJUČEK PRED ZAČETKOM

Teorijo koračnih motorjev smo dokaj podrobno obdelali. Upam, da ni bila preveč suhoparna in težko razumljiva in da vam bo pomagala pri realizaciji projektov s koračnimi motorji. Poleg tega je bil članek teoretični uvod v realizacijo CNC-vrtalnega stroja, o katerega bom podrobno opisal.


SLOVARČEK IZRAZOV

stepping (stepper) motor = koračni motor
full step = polni korak
half step = polovični korak
microstep = mikro korak
wawe drive = poganjanje s sinusnim tokom
shaping = oblikovanje toka
torque = navor
unipolar = motor, ki ima na polu eno navitje
bipolar = motor, ki ima na polu dve navitji (bifilarno)
CW (clockwise) = v smeri urinega kazalca
CCW (counter clockwise) = nasprotno urinemu kazalcu
miniangle = majhen kot, vrsta motorjev
switch = stikalo, preklopnik
switching = preklapljanje/preklopni
to chop = sekati
chopper = sekalnik


VIRI

SGS THOMSON application note
http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/1679.pdf


Avtor: Srečko Lavrič
srecko.lavric@guest.arnes.si