Sprzężenie mikrokontrolera
(nie tylko X51)
ze światem zewnętrznym
sterowanie silników elektrycznych
Ryszard J. Barczyński, 2009
Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego
Materiały 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
Silniki
prądu stałego.
Jeżeli zależy nam jedynie na włączaniu i wyłączaniu małego silnika prądu stałego
możemy zastosować bardzo prosty wzmacniacz oparty na tranzystorze MOS
lub Darlingtona. By regulować obroty możemy zastosować technikę modulacji
szerokości impulsu (PWM).
Silniki
prądu stałego.
Większe możliwości sterowania daje nam układ mostkowy (tak zwany H-bridge).
Silniki
prądu stałego.
Włączone:
A i D - obroty w lewo
C i B - obroty w prawo
A i C lub B i D - wyłączony - hamowanie
A 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 zasilanie
prądem 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 dostarczonych
impulsów prądowych, a prędkość kątowa wirnika jest równa
częstotliwości impulsów pomnożonej przez wartość kąta obrotu wirnika
w jednym cyklu pracy silnika.
Kąt obrotu wirnika pod wpływem działania jednego impulsu może mieć różną
wartość, zależnie od budowy silnika ą jest to zwykle wartość od ułamka
do kilkudziesięciu stopni.
Silniki krokowe
Silniki krokowe są stosowane wszędzie tam, gdzie kluczowe znaczenie
ma możliwość precyzyjnego sterowania ruchem:

w automatyce ą w mechanicznych urządzeniach regulacyjnych

w urządzeniach pomiarowych np. zegarach elektronicznych

w robotyce ą do sterowania ruchem ramion robotów, kół, itp.

w komputerach ą 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 krokowe
o zmiennej reluktancji
Silniki krokowe
unipolarne (z magnesem stałym i hybrydowe)
Silniki krokowe
bipolarne (z magnesem stałym i hybrydowe)
Silniki bipolarne wymagają sterowania przepływem prądu w uzwojeniach
w obu kierunkach - implikuje to użycie mostka H na każde uzwojenie.
Sterowanie jest odrobinę bardziej skomplikowane niż silników unipolarnych
i zależy od konstrukcji mostka - nie będziemy się nim zajmować.
Silnik krokowy
silnik unipolarny
sekwencje sterujące
Standardowa sekwencja sterująca
to kolejne włączanie poszczególnych uzwojeń:
1 2 3 4
0 0 0 1
0 0 1 0
0 1 0 0
1 0 0 0
Silnik krokowy
silnik unipolarny
sekwencje sterujące
Sekwencja sterująca kolejne włączająca
po dwa uzwojenia umożliwia uzyskanie
większego momentu obrotowego
kosztem poboru mocy:
1 2 3 4
0 0 1 1
0 1 1 0
1 1 0 0
1 0 0 1
Silnik krokowy
silnik unipolarny
sekwencje sterujące
1 2 3 4
0 0 0 1
0 0 1 1
0 0 1 0
0 1 1 0
0 1 0 0
1 1 0 0
1 0 0 0
1 0 0 1
Sekwencja sterująca kolejne włączająca kolejno jedno i po dwa uzwojenia
umożliwia uzyskanie skoku połówkowego, a zatem większą precyzję
sterowania.