Stejnosměrný motor a krokový motor Flashcards
Stejnosměrný motor
Stejnosměrný motor je v elektrotechnice točivý elektrický stroj na stejnosměrný proud, který může pracovat v režimu elektromotor nebo generátor (dynamo).
Princip:
Stejnosměrný motor se skládá z rotoru (upevněn na hřídeli) a statoru (pevná část elektromotoru). Jeden z nich (rotor/stator) musí být vždy elektromagnet, druhý může být buď také elektromagnet nebo permanentní magnet. Kotvou je označován elektromagnet, na kterém dochází k přepólování napájení jeho vinutí (buď pomocí komutátoru nebo řídícím elektronickým obvodem). Kotva může být na statoru i na rotoru (podle konstrukce motoru).
Magnetické toky budícího vinutí a kotvy na sebe silově působí. Stejné póly se odpuzují a opačné přitahují. Tím vzniká točivý moment. Pokud by při pootočení nedošlo k přepnutí vinutí kotvy (komutaci), došlo by k zastavení. Vektory spřaženého magnetického toku by nevyvozovaly vzájemné silové účinky (magnetická pole by byla orientována proti sobě). Tento jev je využíván u elektromagnetického měřicího ústrojí. Pro zachování dosavadního směru otáčení je kotva přepólována tak, aby se rotor pootočil směrem do další neutrální polohy, ale mezi tím dojde opět k další komutaci části vinutí kotvy. Pro plynulejší pohyb má kotva tři a více vinutí.
Rychlost otáčení motoru je dán úrovní napětí v případě řízení pomocí binárních výstupů je možné použít PWM.
Pulzně šířková modulace, neboli PWM (Pulse Width Modulation) je diskrétní modulace pro přenos analogového signálu pomocí dvouhodnotového signálu. Jako dvouhodnotová veličina může být použito například napětí, proud nebo světelný tok. Signál je přenášen pomocí střídy. Pro demodulaci takového signálu pak stačí dolnofrekvenční propust. Vzhledem ke svým vlastnostem je pulsně šířková modulace často využívána ve výkonové elektronice pro řízení velikosti napětí nebo proudu.
DC_Motor_UnoArduSym
V simulátoru UnoArduSim máme k dispozici periférii představující stejnosměrný motor s “vestavěným” motor-driverem.
Využití:
Do pole Pwm zapište pin kterým budete ovládat otážky motoru, očekává se pin s PWM, kvůli snadnému ovládání otáček motoru.
Do pole Dir zapište pin, kterým budete ovládat směr otáčení. Stačí digitální pin.
LOW - Po směru hodinových ručiček
HIGH - Proti směru hodinových ručiček
Do pole Enc zapište pin, na kterém budete sledovat encodér motoru. Enkodér generuje obdélníkové pulzy během otáčení motoru. Během jedné otáčky motoru enkodér vygeneruje 8 kompeltních LOW-HIGH period. Tedy jedna změna znamená pootočení o 22,5°.
Krokový motor
Motor je stroj, který mění jiné druhy energie na mechanickou práci.
Krokový motor je synchronní elektromotor, tzn. že rotor se točí stejnou rychlostí jako točivé magnetické pole ve statoru. Točivé magnetické pole ale není vytvářeno střídavým proudem, ale postupným zapínáním jednotlivých cívek statoru.
Stator motoru se skládá z několika dvojic cívek (obvykle 4 dvojice), které mohou být různě zapojeny (vyvedeny obě strany cívky, dvě a dvě cívky spojeny jednou stranou vinutí, všechny cívky se společnou jednou stranou, sériově, paralelně, …).
Rotor je váleček buď z magneticky měkkého, nebo tvrdého materiálu s vyniklými póly.
Pro řízení krokových motorů nestačí pouze připojit napájení, ale potřebujeme nějakou elektroniku (driver), který bude posílat pulzy do jednotlivých cívek a tím je postupně spínat. Z pohledu řízení dělíme krokové motory na dva typy:
Bipolární
Unipolární
Princip funkce je u obou typů stejný (postupné spínání cívek), rozdíl je v úrovních napětí. Zatímco unipolární pracuje pouze s kladným napětí, takže jeho HIGH / LOW pulzy jsou +5V / 0V, tak bipolární pracuje s oběma polaritami napětí, takže jeho HIGH / LOW pulzy jsou +2,5V a -2,5V.
Steep motor UnoArduSym
V simulátoru UnoArduSim máme k dispozici periférii představující krokový motor.
Do polí pin1, pin2, pin3 a pin4 zapíšeme piny kterými budeme motor ovládat. Pro unipolární verzi jsou 4, pro bipolární verzi jsou jen 2.
Přepínače bipolární / unipolární přepínají typ krokového motoru.
Do pole kroky zapíšeme kolik kroků musí motor udělat, aby se provedla celá jedna otáčka. Maximum je 200 kroků.
Obsluha krokového motoru vyžaduje přesnou znalost zapojení jednotlivých cívek, pro jejich spínání ve správném pořadí. Naštěstí toto nemusíme řešit, protože ve Wiringu máme knihovnu Stepper.h, která nám řízení krokových motorů usnadňuje.
Knihovna Stepper.h
Konstruktory
Nastavení rychlosti
Spuštění
Konstruktory
Konstruktory pro instanci objektu Stepper máme k dispozici dva:
Stepper(steps, pin1, pin2)
Stepper(steps, pin1, pin2, pin3, pin4)
parametr: steps - počet kroků, potřebných pro jedno úplné otočení motoru (o 360°)
parametr: pin1, pin2, pin3, pin4 - piny na kterých je motor připojen k Arduinu. Po bipolární motor použijeme konstruktor se dvěma piny, pro unipolární použijeme konstruktor se čtyřmi piny.
Nastavení rychlosti
Pro nastavení rychlosti otáčení použijeme funkci:Stepper.setSpeed(rpms)
rpms rychlost atáček motoru za minutu
Spuštění
Pro spuštění otáčení (udělání kroku) motoru použijeme funkci:
Stepper.step(steps)
parametr: steps - počet kroků, které má motor udělat.
