בודק מנוע DC וצעיר: 12 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

לפני כמה חודשים חבר שלי נתן לי כמה מדפסות הזרקת דיו שהושלכו ומכונות העתקה. הייתי מעוניין לקצור את יחידות מקור הכוח שלהן, כבלים, חיישנים ובעיקר מנועים. הצילתי את מה שאני יכול ורציתי לבדוק את כל החלקים כדי לוודא שהם תפקודיים. חלק מהמנועים דורגו ב -12 וולט, חלקם ב -5 וולט, חלקם צעדים יותר ואחרים היו מנועי DC. אם רק היה לי מכשיר, שבו אני יכול פשוט לחבר את המנוע, להגדיר את התדירות, מחזור העבודה ולבחור שיטת צעד כדי לבדוק אותו.

החלטתי לבנות אותו מבלי להשתמש במעבד אותות דיגיטלי, או מיקרו -בקר. הצנוע 555 או tl741 כמתנד, מונה 4017 ושערי היגיון רבים למצבי מנוע צעד. בהתחלה היה לי מאוד כיף בעיצוב המעגל, כמו גם בעיצוב הלוח הקדמי של המכשיר. מצאתי קופסת תה הגונה להכנת הכל בפנים. חילקתי את המעגל לארבעה חלקים והתחלתי לבדוק אותו על לוח לחם. עד מהרה הופיעו סימני התסכול הראשונים. זה היה בלגן. הרבה שערים, הרבה ICs, חוטים. זה לא עבד כמו שצריך וחשבתי בין שתי אפשרויות: לעשות את זה פשוט מאוד - רק עבור מנועי DC, או לשים אותו בצד ולסיים אותו לפעמים מאוחר יותר … בחרתי באפשרות השנייה.

שלב 1: תיאוריית שליטה ב- DC ובשלבים

מנוע DC

הדרך הנפוצה ביותר לשלוט על מנוע DC היא באמצעות מה שמכונה אפנון רוחב הדופק (PWM). PWM מוחל על מתג ספציפי ומדליק ומכבה את המנוע. בתמונה ניתן לראות את תקופת ההחלפה המצוינת והקשר שלה לתדר, גם זמן ההחלפה מצוין. מחזור העבודה מוגדר כזמן ההחלפה מחולק לתקופה הכוללת. אם נשמור על התדר קבוע, הדרך היחידה לשנות את מחזור העבודה היא לשנות את הזמן. על ידי הגדלת מחזור העבודה, גם הערך הממוצע של המתח המופעל על המנוע עולה. בשל המתח הגבוה יותר, זרם גבוה יותר זורם דרך מנוע DC והרוטור מסתובב מהר יותר.

אבל באיזו תדירות לבחור? כדי לענות על שאלה זו, הבה נבחן מקרוב מהו בעצם מנוע DC. באופן שווה, ניתן לתאר אותו כמסנן RL (הזנחת EMF לאחור לרגע). אם מופעל מתח על המנוע (מסנן RL), הזרם גדל עם טאו קבוע זמן השווה ל- L / R. במקרה של בקרת PWM, כאשר המתג סגור, הזרם הזורם דרך המנוע גדל ו פוחתת בזמן שהמתג כבוי. בשלב זה, לזרם יש כיוון זהה לקודם והוא זורם דרך דיודת flyback. מנועים בעלי הספק גבוה יותר הם בעלי השראות גבוהה יותר ולכן קבוע זמן גבוה יותר מאשר מנועים קטנים יותר. אם התדירות נמוכה כאשר המנוע הקטן מופעל, ישנה ירידה מהירה בזרם בזמן הכיבוי, ואחריה עלייה גדולה בזמן ההפעלה. אדווה הנוכחית גורמת גם היא לאדווה של מומנט המנוע. אנחנו לא רוצים את זה. לכן, בעת הפעלת מנועים קטנים יותר, תדר ה- PWM צריך להיות גבוה יותר. נשתמש בידע זה בעיצוב בשלבים מאוחרים יותר.

מנוע צעדים

אם ברצוננו לשלוט על מנוע צעד חד קוטבי, המשמש באלקטרוניקה תחביב, יש לנו בחירה בין 3 אפשרויות שליטה בסיסיות (מצבים) - Wave drive (WD), Half Step (HS) ו- Full Step (FS). רצף המצבים האישיים ומיקום הרוטור מצוינים באיור (לשם הפשטות, ציינתי מנוע בעל שני זוגות קטבים). במקרה זה, Wave Drive ו- Full Step גורמים לרוטור להסתובב 90 מעלות וניתן להשיג אותו על ידי חזרה על 4 מצבים. במצב חצי שלב, אנו זקוקים לרצף של 8 מצבים.

בחירת המצב תלויה בדרישות המערכת - אם אנו זקוקים למומנט גדול, הבחירה הטובה ביותר היא שלב מלא, אם מספיק מומנט נמוך יותר ואולי אנו מפעילים את המעגל שלנו מהסוללה, עדיף מצב כונן גל. ביישומים בהם אנו רוצים להשיג את הרזולוציה הזוויתית הגבוהה ביותר ואת התנועה החלקה ביותר, מצב Half Drive הוא בחירה אידיאלית. המומנט במצב זה נמוך בכ -30% בהשוואה למצב Full Drive.

שלב 2: תרשים מעגלים

המם הפשוט הזה מתאר כראוי את תהליך החשיבה שלי במהלך העיצוב.

החלק העליון של התרשים מתאר את אספקת החשמל - מתאם 12 וולט, המופחת ל -5 וולט על ידי וסת לינארי. רציתי להיות מסוגל לבחור את מתח הבדיקה המרבי של המנוע (MMTV) - 12 או 5 וולט. מד הדלק המובנה יעקוף את מעגלי הבקרה וימדוד רק את זרם המנוע. יהיה נוח גם להיות מסוגל לעבור בין מדידת זרם פנימית וחיצונית באמצעות מולטימטר.

המתנד יפעל בשני מצבים: הראשון הוא תדר קבוע ומחזור עבודה משתנה, והשני הוא תדר משתנה. שני הפרמטרים הללו יוכלו להיות מוגדרים באמצעות פוטנציומטרים, ומתג סיבוב אחד יהיה בין מצבי וטווחים. המערכת תכלול גם מעבר בין השעון הפנימי והחיצוני באמצעות מחבר שקע 3.5 מ"מ. השעון הפנימי יחובר גם ללוח באמצעות שקע 3.5 מ"מ. מתג אחד וכפתור להפעלה/השבתה של השעון. נהג מנוע DC יהיה נהג mosfet בעל רבע יחיד. הכיוון ישתנה באמצעות מתג dpdt המכני. מוליכים מוטוריים יחוברו באמצעות שקעי בננות.

רצף מנוע הצעד יהיה נשלט על ידי ארדואינו, שיזהה גם 3 מצבי בקרה שצוין על ידי מתג הטבילה. הנהג של מנוע הצעד יהיה uln2003. הארדואינו ישלוט גם ב- 4 נוריות LED שייצגו את האנימציה של פיתולי המנוע המונעים במצבים אלה. מנוע הצעד יתחבר לבוחן באמצעות שקע ZIF.

שלב 3: תרשימים

התרשימים מחולקים לחמישה חלקים. המעגלים הממוסגרים בקופסאות כחולות מייצגים את הרכיבים שיהיו בלוח.

1. ספק כוח
2. מַתנֵד
3. נהג DC
4. נהג צעדים של ארדואינו
5. נהג צעדים של Logic Gates

גיליון מס ' 5 היא הסיבה שהשארתי את הפרויקט הזה בשקר. מעגלים אלה יוצרים רצפים עבור מצבי הבקרה שהוזכרו לעיל - WD, HS ו- FS. חלק זה מוחלף על ידי ארדואינו במלואו בגיליון מס '. 4. מצורפת גם סכמטי נשר מלאים.

שלב 4: רכיבים וכלים נחוצים

רכיבים וכלים נחוצים:

• מולטימטר
• קליפר
• חותך קרטון
• סַמָן
• מַלְקֶטֶת
• צבת עדינה
• חיתוך צבת
• צבת הפשטת חוטים
• מלחם
• לְרַתֵך
• קולופוניה
• חוטים (24 awg)
• מתג 4x spdt
• מתג 2x dpdt
• 4x שקע בננה
• לחץ על הכפתור
• שקע ZIF
• שקע 3.5 מ"מ
• מחבר DC
• ארדואינו ננו
• מתג DIP בעל שלושה קוטבים
• 2x 3 מ"מ LED
• 5x 5 מ"מ LED
• LED דו -צבעי
• ידיות פוטנציומטר
• שקעי DIP
• PCB אוניברסלי
• מחברי דופונט
• קשרים מפלסטיק

וכן

• פוטנציומטרים
• נגדים
• קבלים

עם הערכים שבחרת, המתאימים לטווחי התדרים ובהירות הנורות.

שלב 5: עיצוב הלוח הקדמי

הבוחן הונח בקופסת תה ישנה מעץ. תחילה מדדתי את הממדים הפנימיים ולאחר מכן חתכתי מלבן מקרטון קשיח, ששימש תבנית למיקום הרכיבים. כשהייתי מרוצה מהמיקום של החלקים, מדדתי שוב כל מיקום ויצרתי עיצוב פאנל ב- Fusion360. חילקתי את הלוח ל -3 חלקים קטנים יותר, לשם פשטות בהדפסה תלת מימדית. עיצבתי גם מחזיק בצורת L לקיבוע הלוחות בצד הפנימי של הקופסה.

שלב 6: הדפסה תלת מימדית וצביעת ריסוס

הלוחות הודפסו באמצעות מדפסת Ender-3, מהחומר שנותר אצלי בבית. זה היה כתם ורוד שקוף. לאחר ההדפסה ריססתי את הלוחות והמחזיקים בצבע אקרילי שחור מאט. לכיסוי מלא מרחתי 3 שכבות, הנחתי אותן בחוץ לכמה שעות לייבוש ואוורור כחצי יום. היזהר, אדי צבע עלולים להזיק. השתמש בהם תמיד רק בחדר מאוורר.

שלב 7: חיווט לוח

אישית, החלק האהוב עלי ביותר, אבל הזמן הרב ביותר (אני מתנצל מראש על כך שלא השתמשתי בצינורות המכווצים, הייתי במצוקה בזמן - אחרת בהחלט הייתי משתמש בהם).

סוגריים מתכווננים עוזרים רבות בעת הרכבה וטיפול בלוחות. אפשר גם להשתמש ביד שלישית כביכול, אבל אני מעדיף את המחזיק. כיסיתי את ידיותיו בבד טקסטיל כדי שהפנל לא יישרט במהלך העבודה.

הכנסתי והברגתי את כל המתגים והפוטנציומטרים, הלדים ומחברים אחרים ללוח. לאחר מכן, הערכתי את אורך החוטים שיחברו את הרכיבים בלוח וגם את אלה שישמשו לחיבור למחשב הלוח. אלה נוטים להיות קצת יותר ארוכים וטוב להאריך אותם מעט.

אני כמעט תמיד משתמש בשטף הלחמה נוזלי בעת חיבור הלחמות. אני מורחת כמות קטנה על הסיכה ואז מפחית ומחברת אותה לחוט. השטף מסיר כל מתכת מחומצנת מהמשטחים, מה שהופך אותו להרבה יותר קל להלחם את המפרק.

שלב 8: מחברי לוח-לוח

כדי לחבר את הלוח למחשב הלוח, השתמשתי במחברים מסוג dupont. הם זמינים באופן נרחב, זולים ובעיקר קטנים מספיק כדי להתאים בנוחות לקופסה שנבחרה. הכבלים מסודרים לפי התוכנית, בזוגות, שלישיות או מרובעים. הם מקודדים בצבע כך שהם ניתנים לזיהוי בקלות וקלים לחיבור. יחד עם זאת, זה מעשי לעתיד לא ללכת לאיבוד בסבך חוטים אחיד. לבסוף, הם מאובטחים מבחינה מכנית בעזרת קשרי פלסטיק.

שלב 9: PCB

מכיוון שחלק התרשים שנמצא מחוץ ללוח אינו נרחב, החלטתי ליצור מעגל במחשב אוניברסלי. השתמשתי במחשב רגיל בגודל 9X15 ס מ. הנחתי את קבלים הכניסה יחד עם הרגולטור הליניארי וגוף הקירור בצד שמאל. לאחר מכן התקנתי שקעים עבור מונה IC 555, 4017 ונהג ULN2003. שקע לדלפק 4017 יישאר ריק כאשר תפקידו משתלט על ידי arduino. בחלק התחתון יש נהג ל- mosfet F630 בערוץ N.

שלב 10: ארדואינו

חיבור המערכת עם ארדואינו מתועד בגיליון סכמטי מס '. 4. נעשה שימוש בסידור הסיכות הבא:

• 3 כניסות דיגיטליות למתג DIP - D2, D3, D12
• 4 יציאות דיגיטליות למחווני LED - D4, D5, D6, D7
• 4 יציאות דיגיטליות לנהג צעד - D8, D9, D10, D11
• כניסה אנלוגית אחת לפוטנציומטר - A0

מחווני LED המייצגים את פיתולי המנוע הבודדים, נדלקים לאט מכפי שהפיתולים מופעלים בפועל. אם מהירות ההבהוב של נוריות הלדים תואמת את פיתולי המנוע, היינו רואים בה תאורה רציפה של כולן. רציתי להשיג ייצוג פשוט ברור והבדלים בין המצבים האישיים. לכן, מחווני ה- LED נשלטים באופן עצמאי במרווחים של 400 ms.

הפונקציות לשליטה במנוע הצעד נוצרו על ידי הסופר קורנליוס בבלוג שלו.

שלב 11: הרכבה ובדיקה

לבסוף, חיברתי את כל הפאנלים למחשב הלוח והתחלתי לבדוק את הבוחן. מדדתי את המתנד וטווחיו בעזרת אוסצילוסקופ, כמו גם בקרת תדר ומחזור. לא היו לי בעיות גדולות, השינוי היחיד שעשיתי היה להוסיף קבלים קרמיים במקביל לקבלים האלקטרוליטיים של הכניסה. הקבל הנוסף מספק הנחתה של הפרעות בתדירות גבוהה שהוכנסו למערכת על ידי אלמנטים טפיליים של כבל מתאם DC. כל פונקציות הבוחן פועלות כנדרש.

שלב 12: Outro

עכשיו אני יכול סוף סוף פשוט לבדוק את כל המנועים שהצלחתי להציל לאורך השנים.

אם אתה מתעניין בתיאוריה, בתוכנית או בכל דבר אחר על הבוחן, אל תהסס לפנות אלי.

תודה שקראתם וזמנכם. הישאר בריא ובטוח.