Как сделать простой драйвер для двигателя старого жесткого диска своими руками

Схемные особенности

Устройство выполнено по схеме 3-х фазного мультивибратора на полевых транзисторах с изолированным затвором, отдельные однотранзисторные каскады которого имеют идентичную структуру и соединены в кольцо. Каждый предыдущий каскад в таком кольце управляет работой следующего транзистора. Стоки транзисторов напрямую подключены к обмоткам двигателя.

Время нахождения транзисторов схемы в активном состоянии определяется последовательной RC-цепочкой, где на затвор подается напряжение из средней точки.

Принципиальная схема устройства представлена ​​на рисунке.

В схеме устройства задействованы следующие компоненты:

• мощные полевые транзисторы IRFZ44N с каналом N-типа — 3 шт. — http://alii.pub/5ct567
• резистор 1 МОм мощностью 0,25 Вт — 3 шт. — http://alii.pub/5h6ouv
• конденсаторы 10 нФ — 3 шт. — http://alii.pub/5n14g8

Транзисторы снабжены пластинчатым охладителем, имеющим непосредственную гальваническую связь со стоком. Учитывая малую мощность управляемого бесколлекторного двигателя, нет необходимости крепить радиатор к корпусу с низким термическим сопротивлением. Распиновка и направление изгиба проводов, рекомендуемые при сборке, показаны на рисунке.

Низкочастотные модификации

Низкочастотный бесщеточный двигатель сегодня активно используется в промышленной сфере. В то же время он идеально подходит для морозильных камер. В среднем показатель КПД находится на уровне 70%. Окна моделей чаще всего используются с изоляторами. При этом тиристорные модификации достаточно распространены в наше время.

Системы управления используются серией ABP. При этом частота модели зависит от типа ядра и не только. Также следует помнить, что есть модели с двойными роторами. В этом случае магниты расположены вдоль пластины. Статоры чаще всего используют с медными обмотками. При этом низкочастотные бесколлекторные двигатели с датчиками встречаются очень редко.

Некоторые термины, используемые в тематике BLDC и ESC

Когда вы узнаете, как работают двигатели BLDC и контроллеры ESC, вы можете столкнуться с некоторыми терминами, используемыми в этом разделе. Кратко рассмотрим основную часть этих терминов.

Торможение — определяет, как быстро двигатель BLDC может прекратить вращение. Это особенно актуально для летательных аппаратов (дронов, вертолетов и т д.), поскольку им приходится часто менять скорость двигателя для маневрирования в воздухе.

Двигатели с регуляторами АВР5

Эта серия бесщеточных двигателей с регулятором часто используется в промышленности для управления различными электроприборами. В бытовой технике он устанавливается достаточно редко. Особенностью таких бесколлекторных модификаций можно назвать повышенную частоту. При этом для них легко изменить параметр мощности. Катушки в этих модификациях очень разные. Также следует отметить, что магниты чаще всего устанавливаются снаружи коробки ротора.

Затворы в основном используются изолированного типа. Они могут быть установлены как на корпусе статора, так и на сердечнике. В целом настройка устройства проходит достаточно быстро. Однако следует учитывать и недостатки таких систем.

Прежде всего, они связаны с перебоями в подаче электроэнергии на низких частотах. Также важно упомянуть, что модели этого типа имеют достаточно высокое энергопотребление. В то же время блоки не подходят для управления интегрированными электрическими станциями.

Как я сам изготовил частотный преобразователь

Сделал для друга преобразователь частоты и асинхронный привод. Нужен был привод для пилорамы, мощный и хороший. Так как мне нравилось возиться с электроникой, я сразу предложил ему следующую схему:

Я использовал трехфазный мост на транзисторах с диодами обратной связи, которые были в наличии. Управление осуществлялось через оптодрайвер HCPL 3120 микроконтроллера PIC16F628A. На вводе припаял емкость для тушения, чтобы электролиты заряжались равномерно. Затем я припаял шунтирующее реле. Так же установил расцепитель токовой защиты от короткого замыкания и перегрузки. Для управления установил две кнопки и переключатель обратного вращения.

Силовую часть собрал на навесной установке.

Резисторы, соединенные параллельно на 270 кОм с помощью затворных конденсаторов, припаял их сзади платы. Моя плата выглядит так:

Посмотрите на эту мою доску с другой стороны:

Для подключения питающего напряжения собрал блок питания, работающий на импульсах, обратноходовой. Вот схема этого блока питания:

Как запрограммировать микроконтроллер? Простые поворотники для меня не проблема. Мы получили константы в виде массива, над которым работал мой контроллер. Этими значениями были заданы частота и напряжение. Я проверил всю схему на маломощном двигателе вентилятора, 200 Вт. Мой дизайн выглядел так:

Первые испытания дали хорошие результаты. Потом я изменил программу. Я раскрутил двигатель на 4 кВт и пошел устанавливать управление лесопилкой.

Во время установки у нас с другом случайно произошло короткое замыкание и сработала защита, проверили работоспособность. Двигатель мощностью 2 кВт 1500 об/мин с легкостью распиливает доски. Сейчас еще дорабатывается программа по продвижению двигателя выше номинала. Особенности: частота от 2 до 50 герц с шагом 1,5 герц, синхронная частота, постоянное изменение, разгон от 1500 до 3500 герц, скалярное управление U/F, мощность двигателя до 5 кВт.

Удерживая кнопку RUN, разгоните двигатель. Отпускаем, частота держится на уровне. Когда загорается светодиод, станция готова к запуску.

Рекомендации

Применение в быту трехфазных двигателей постоянного тока не вызывает затруднений при управлении ими с помощью специальных драйверов, например:

• реверсивный двигатель постоянного тока;

• два двигателя постоянного тока;

• двигатель постоянного тока с регулятором скорости.

Вооружившись техникой и желанием собрать устройство своими руками, можно смело приступать к работе. При работе драйверов необходимо учитывать конструктивные особенности и некоторые рекомендации по подключению:

• проверьте уровень заряда аккумулятора, напряжение должно быть не менее 12 В;
• избегать высоких значений тока на выходе моста, чтобы не сгорели транзисторы;
• если длительное включение драйвера приводит к перегреву корпуса транзистора, то на стоке транзистора необходимо будет установить сеточный радиатор;
• двигатель с питанием по шине +12 В должен быть выполнен с медным кабелем, рассчитанным на большой ток.

Четырехразрядные модификации своими руками

Сделать четырехбитный бесколлекторный мотор своими руками достаточно просто. Для этого необходимо предварительно подготовить пластину с пазами. Толщина металла в этом случае должна быть около 2,3 мм. Следы в этой ситуации должны находиться на расстоянии 1,2 см. Если рассматривать простую модель, то катушку следует выбирать диаметром 3,3 см. При этом он должен выдерживать пороговое напряжение 20 В.

Колодки для устройства чаще всего выбирают стальные. В этом случае многое зависит от размера пластины ротора. Сам статор необходимо использовать с двойной обмоткой. В этом случае важно подготовить сердечник стального типа. Если рассматривать модификации без регуляторов, то можно завершить сборку бесколлекторного двигателя установкой изолирующего вентиля. При этом контакты устройства необходимо вывести за пределы пластины. Для обычного вентилятора идеально подходят такие бесколлекторные модели.

Прототип на Ардуино

У меня была под рукой Arduino UNO и я решил собрать на ее основе контроллер.

Первым делом я запитал датчики Холла 5 вольтами от Ардуино (достаточно для датчиков). Я подключил сигнальные провода от датчиков к цифровым контактам Arduino и написал простую программу для чтения и обработки сигналов от датчиков.

Затем я собрал H-мост из полевых транзисторов NPN. Подвел к мосту автономный блок питания на 12 вольт. Но при отладке, чтобы убедиться, что он работает, я подключил шесть контактов 5V от Arduino напрямую к портам H-моста. Большинство полевых транзисторов имеют затвор на 20 вольт. Делать этого нельзя, потому что H-мост выйдет из строя и перегреется. Но для краткосрочных тестов сойдет. Как-то при сильном перегреве и жутких шумах, вибрациях и ударах колесо крутилось медленно. Начало.

Использование регуляторов АВТ6

Этот тип бесщеточного регулятора скорости двигателя сегодня востребован. Его характерной чертой смело можно назвать универсальность. Регуляторы обычно устанавливаются на бесщеточные двигатели, мощность которых не превышает 2 кВт. В то же время эти устройства идеально подходят для управления вентиляционными системами. Контроллеры в этом случае можно установить несколькими способами.

Скорость передачи сигнала в этом случае зависит от типа системы управления. Если рассматривать тиристорные модификации, то они обладают достаточно высокой проводимостью. Однако у них редко возникают проблемы с магнитными помехами. Самостоятельно собрать модель такого типа достаточно сложно. В этой ситуации ставни обычно выбирают неизолированные.

Изготовление устройства

Схема устройства достаточно проста и не требует обязательного использования печатной платы. Учитывая свою линейную структуру, в качестве токонесущего элемента можно использовать проволочную шину диаметром 1-2 мм, которая подключается к плюсу источника питания. Общий вывод обмоток подключается к минусу источника питания.

Подключается к трехфазному двигателю жесткого диска общим проводом.

При сборке необходимо проверить отсутствие коротких замыканий между отдельными неизолированными соединениями; при необходимости используйте трубу.

Устройство при отсутствии неисправности в цепи начинает работать сразу после подачи постоянного напряжения. Скорость ротора двигателя можно изменить, заменив конденсаторы или резисторы, а все установленные пассивные компоненты должны быть одного номинала.

Модели с датчиками Холла

Бесщеточные двигатели с датчиком Холла широко используются в системах отопления. В то же время они подходят для электростанций различного класса. Непосредственно используются только одноканальные регуляторы. Катушки в агрегате установлены медного типа.

При этом размер зубов модели зависит исключительно от производителя. Прямые контактные площадки для устройств выбирают контактного типа. На сегодняшний день датчики чаще всего устанавливаются со стороны статора. Однако на рынке есть и модели с более низким положением. В этом случае габариты бесколлекторного двигателя будут великоваты.

Пример использования

В качестве примера давайте настроим ESC на автоматическую калибровку при запуске скетча Arduino. Нам понадобятся следующие компоненты:

Плата Ардуино Уно – 1 шт;

Стол макетный — 1 шт;

Бесколлекторный двигатель — 1;

Потенциометр 10 кОм — 1;

Источник питания 12 В — 1;

Для калибровки в процедуре setup() эмулируем перевод потенциометра в максимальное и минимальное положения. Содержание эскиза показано в записи 2.

После запуска Arduino в процедуре setup() регулятор калибруется, а в процедуре loop() двигатель вращается со скоростью, соответствующей положению потенциометра.

Устройства с регулятором АВР2

Бесколлекторный двигатель с регуляторами такого типа сегодня очень популярен. Эти системы лучше всего подходят для кондиционирования воздуха. Они также широко используются в промышленной сфере для холодильного оборудования. Они способны работать с электрическими станциями разной частоты. Их катушки чаще всего устанавливаются двойного типа. В этом случае статоры можно найти только пульсирующими. Широтные модификации, с другой стороны, не очень распространены.

Датчики в бесколлекторных двигателях с регуляторами этой серии используются только индуктивно. В этом случае частота устройства может контролироваться системой отображения. Колодки обычно устанавливаются контактного типа, и их можно монтировать непосредственно на пластину статора. Контроллер бесколлекторного двигателя в этом случае позволяет достаточно плавно менять частоту. Этот процесс происходит путем изменения параметра выходного напряжения. В целом эти модификации очень компактны.

Мостовые драйверы

Дальше была работа с напряжением 20 вольт для управления воротами. Для этого существуют драйверы транзисторных мостов, они обеспечивают стабильные импульсы 20 вольт на затвор и высокое быстродействие. Сначала у меня были популярные драйвера для маломощных моторов L293D.

Достаточно управлять жалюзи, к тому же ими очень легко пользоваться. Такой драйвер может обеспечить питанием две пары ключей. Поэтому я взял две штуки L293D. Я собрал контроллер с этими драйверами, и колесо стало крутиться намного плавнее, посторонних звуков стало меньше, а нагрев транзисторов уменьшился. Но с увеличением скорости пропадала синхронизация с контроллером, появлялся посторонний звук, колесо дергалось, вибрировало и вовсе останавливалось.

При этом мне попадались два варианта мостовиков:

• ХИП4086
• ИР2101

Что касается HIP4086, то это полноценный мостовой драйвер, рассчитанный на трехфазный электродвигатель. Мне он показался немного запутанным, и мои попытки использовать его в контроллере не увенчались успехом: у меня он так и не заработал. Я не стал углубляться в причины.

А я взял IR2101 — драйвер полумоста, обеспечивающий работу нижнего и верхнего ключей на одну фазу. Несложно догадаться, что вам понадобится три таких драйвера. Кстати, драйвер очень удобный, подключение безболезненное и простое. В результате получилась такая схема:

И готовый результат

Собрал контроллер с этим драйвером и завел двигатель. Ситуация с работой электродвигателя кардинально не изменилась, симптомы остались те же, что и в случае с драйвером L293D.

Для чего предназначен инвертор — его принцип действия

Преобразователь воздействует на скорость вращения асинхронных двигателей. Двигатели преобразуют электричество в механическое движение. Вращательное движение преобразуется в механическое движение. Это создает большое удобство. Асинхронные двигатели очень популярны во многих аспектах жизни людей.

Скорость электродвигателя можно изменить с помощью других устройств. Но у них много недостатков. Они сложны в использовании, дороги, работают некачественно, диапазон регулировки мал.

Преобразователь частоты для трехфазного двигателя легко решает эту проблему. Всем известно, что использование частотников для изменения скорости – самый лучший и правильный метод. Такое устройство обеспечивает плавный пуск и торможение, а также контролирует многие процессы, происходящие в двигателе. В этом случае аварийные ситуации сводятся на нет.

Для того чтобы плавно и быстро регулировать работу двигателя, специалисты разработали специальную электрическую схему. Использование частотника в работе дает возможность работать двигателю бесперебойно, экономично. Эффективность достигает 98%. Это делается путем увеличения частоты переключения. Механические устройства не могут выполнять такие функции.

Виды электродвигателей

Существуют следующие типы двигателей постоянного тока:

• с возбуждением с помощью постоянных магнитов;
• с последовательным соединением якоря и обмоток возбуждения;
• с параллельным соединением якоря и обмоток возбуждения;
• со смешанным соединением якоря и обмоток возбуждения;
• клапанный двигатель (бесколлекторный двигатель постоянного тока), выполненный по замкнутой системе; в этом типе двигателя используются преобразователь (силовой полупроводниковый преобразователь), преобразователь координат и РПД (датчик положения ротора).

Двигатель переменного тока представляет собой электродвигатель, работающий от переменного тока. Существуют следующие типы двигателей переменного тока:

• гистерезисный двигатель;
• клапанный реактивный двигатель;
• асинхронный электродвигатель с частотой вращения ротора, отличной от скорости магнитного поля, создаваемого напряжением;
• синхронный электродвигатель с частотой вращения ротора, соответствующей скорости магнитного поля, создаваемого напряжением.

Также есть УКД (универсальный коллекторный двигатель) с функцией режима работы как на переменном токе, так и на постоянном токе.

Другой тип двигателя — шаговый двигатель с ограниченным числом положений ротора. Некоторое указанное положение ротора фиксируется подачей тока на необходимые соответствующие обмотки. При снятии напряжения питания с одной обмотки и передаче его на другую происходит процесс перехода в другое положение.

Двигатель переменного тока при питании от промышленной сети обычно не позволяет достичь скорости более трех тысяч оборотов в минуту. По этой причине при необходимости достижения более высоких частот применяют коллекторный двигатель, дополнительными преимуществами которого являются легкость и компактность при сохранении необходимой мощности.

Иногда также используется специальный передаточный механизм, называемый мультипликатором, который изменяет кинематические параметры устройства до требуемых технических показателей. Коллекторные блоки иногда занимают до половины площади всего двигателя, поэтому двигатели переменного тока уменьшаются в размерах и облегчаются по весу за счет применения преобразователя частоты, а иногда за счет наличия сети с повышенной частотой до 400 Гц.

Ресурс любого асинхронного двигателя переменного тока заметно выше коллекторного. Он определяется состоянием изоляции обмоток и подшипников. Синхронный двигатель при использовании инвертора и датчика положения ротора считается электронным аналогом классического коллекторного двигателя, поддерживающего работу на постоянном токе.

Читайте также: Выпрямители с удвоением напряжения: какие они, типовые схемы

Аппаратное прерывание

И тут я понял, что не так: Ардуино не успевает обрабатывать показания датчиков Холла! Поэтому пришлось использовать пины Arduino с аппаратным прерыванием. Так как у Arduino UNO таких выводов всего два, а для датчиков нужно три, то нужно брать Arduino Leonardo или Iskra Neo, где таких выводов четыре.

Переписав программу для прерываний и подключив вместо УНО Искру Нео, я повторил тесты.

Руль наконец-то заработал четко, без вибраций, шумов, стал отлично разгоняться без рассинхронизации. Прототип оказался жизнеспособным. Но это еще не полноценный контроллер, так как он не имел обвязки с защитой и выдавал качественный сигнал ШИМ.

Трехразрядные модификации

Трехбитный бесколлекторный двигатель отлично подходит для систем вентиляции. Его датчики обычно электрического типа. При этом катушки устанавливаются достаточно широко. Благодаря этому процесс индукции осуществляется быстро. В этом случае частота устройства зависит от статора. Обмотка чаще всего медная.

Трехразрядные бесколлекторные двигатели выдерживают максимальное напряжение на уровне 20 В. Тиристорные модификации сегодня встречаются достаточно редко. Также следует отметить, что магниты в таких конфигурациях могут быть установлены как с внешней, так и с внутренней стороны пластины ротора.

Работа схемы

Схема подключения двигателя BLDC и контроллера ESC к плате Arduino показана на следующем рисунке.

Как видите, схема довольно проста. Контроллеру ESC нужен блок питания с напряжением 12В и током не менее 5А. Вы можете использовать адаптер или аккумулятор Li-Po для питания схемы. Три фазы (провода) двигателя BLDC должны быть подключены к трем выходным проводам контроллера ESC в любом порядке.

Предупреждение: некоторые контроллеры ESC не имеют выходных проводов, и в этом случае вам необходимо припаять провода от двигателя BLDC к контактам контроллера ESC. Обязательно изолируйте эти оголенные места (пайки) изолентой, потому что по этим проводам может протекать довольно большой ток, и любое короткое замыкание может повредить двигатель и контроллер ESC.

Схема BEC (Battery Eliminator Circuit) в контроллере ESC будет обеспечивать (регулировать) постоянное напряжение +5 В самостоятельно, чтобы его можно было использовать непосредственно для питания платы Arduino. Для управления скоростью двигателя в схеме используется потенциометр, подключенный к контакту A0 на плате Arduino.

Внешний вид составной конструкции показан на следующем рисунке.

Прототип на базе микросхемы MC33035

Параллельно с разработкой контроллера на Arduino я рассматривал альтернативные варианты логической части контроллера. И это привело меня к чипу MC33035. Это старая разработка от Motorola, сейчас выпущенная ON Semiconductor. Разработан специально для мощных трехфазных двигателей.

• Отвечает за всю логическую часть контроллера
• Считывает показания с датчиков Холла
• Определяет положения осей
• Посылает сигналы для ворот H-моста их драйверам
• Имеет возможность подключения индикатора ошибок, перегрева
• Обрабатывает и передает ШИМ-сигнал (ШИМ)
• Выполняет реверс (реверсивное движение колеса)

Словом, чип содержит все необходимое для управления электродвигателем. Стоимость очень низкая: на Алиэкспресс — около 50 руб. Для сборки на его основе полноценного контроллера потребуется микросхема МС33035, драйверы полумоста и Н-мост с полевыми транзисторами.

Я также собрал контроллер на этом чипе. Работает отлично, стабильно, руль крутится как надо на разных скоростях. Но функционал микросхемы ограничен, если нужно настроить различные функции, отображение скорости, одометра, расхода батареи, то опять же нужно будет подключаться к Ардуино или чему-то подобному.

Схема с MC33035

Основным преимуществом контроллера на базе MC33035 является простота использования. Вы просто покупаете микросхему, собираете Н-мост, припаиваете все это на плате с небольшой обвязкой — и контроллер готов. Если вам нужно просто запустить двигатель с помощью ШИМ-сигнала и управлять им, это лучший вариант.

Контроллер на базе Arduino — более сложный вариант, нужно писать логику, обеспечивать дополнительную защиту контроллера. А вот для экспериментов, прототипов, дополнительного функционала, использования разных режимов работы двигателя, это подходящий вариант. Поэтому я решил пока отложить MC33035 и продолжить работу с Arduino.

Как сделать инвертор самому своими руками?

Наряду с производством заводских инверторов, любители изготавливают их сами, своими руками. Здесь нет ничего сложного. Такой преобразователь частоты преобразует одну фазу, делает из нее три фазы. Электродвигатель с подобным преобразователем частоты используется дома, ток не пропадет.

Выпрямительный блок в схеме ставится в начале. Далее идут фильтры, отсекающие текущие переменные. Для изготовления этих инверторов используются транзисторы IGBT.

За тиристорами будущее, хотя они уже давно используются в настоящем. Покупной частотник на биполярных транзисторах стоит дорого и редко где используется (сервоприводы, металлорежущие станки с векторным управлением).

Эти станции, такие как конвейеры и конвейеры, карусельные машины, водонасосные станции, системы климат-контроля — это большая часть всего применения заводских агрегатов, где лучше использовать преобразователи частоты для управления электродвигателями с короткозамкнутым ротором якоря и вы можете управлять скоростью двигателя, если вы используете потенциал, изменяя частоту до 50 герц.

Транзисторы и Н-мост

А вот для поочередной подачи тока на каждую из фаз и смены их полярности нужны транзисторы. Нужны также передача больших токов, высокая скорость переключения и четкость открытия/закрытия ворот. В этом случае удобнее проверять порты по напряжению, а не по току. Поэтому оптимальны полевые транзисторы (MOSFET). Чаще всего они используются в контроллерах. Очень редко можно встретить комбинированный вариант транзисторов.

Для переключения фаз с изменением их полярности используется классическая Н-мостовая схема (H-Bridge) из полевых транзисторов.

Он состоит из трех пар транзисторов. Каждая из пар подключается к соответствующей фазе обмотки двигателя и обеспечивает питание номиналом (+ или -). Транзисторы, отвечающие за включение фазы с положительным значением, называются верхними ключами. При отрицательном — ниже. Для каждого шага открывается пара ключей: верхний фазы и нижний соседней фазы. В результате ток переходит из одной фазы в другую и приводит в движение электродвигатель.

Из схемы видно, что мы не можем включать одновременно верхний и нижний ключи в одной фазе: произойдет короткое замыкание. Поэтому очень важно быстро переключать верхний и нижний выключатели, чтобы в переходных режимах не произошло короткого замыкания. И чем качественнее и быстрее мы обеспечим коммутацию, тем меньше будут потери и нагрев/перегрев транзисторов Н-моста.

Для начала осталось отдать управление портами ключам H-моста. Для управления Н-мостом нужно:

1. Считайте показания датчиков Холла.
2. Решите, в каком положении какую пару ключей включить.
3. Передача сигналов на соответствующие затворы транзисторов.

Что такое драйвер шагового двигателя?

Драйвер шагового двигателя — это электронное устройство, которое заставляет шаговый двигатель «шагать» по управляющим сигналам. Стандартом де-факто в управлении шаговыми двигателями являются сигналы STEP/DIR/ENABLE. STEP — сигнал шага, DIR — сигнал направления вращения, ENABLE — сигнал включения драйвера.

Более научное определение состоит в том, что драйвер шагового двигателя представляет собой электронный блок питания, который на основе цифровых управляющих сигналов управляет сильноточными/высоковольтными обмотками шагового двигателя и позволяет шаговому двигателю совершать шаговые движения (вращаться).

Управлять шаговым двигателем намного сложнее, чем обычным коллекторным — нужно переключать напряжения в обмотках в определенной последовательности с одновременным контролем тока. Поэтому для управления шаговым двигателем были разработаны специальные устройства — драйверы шаговых двигателей. Драйвер шагового двигателя позволяет управлять вращением ротора шагового двигателя в соответствии с управляющими сигналами и электронно делить физический шаг шагового двигателя на более мелкие шаги.

Источник питания, сам шаговый двигатель (его обмотки) и управляющие сигналы подключены к драйверу шагового двигателя. Сигналами управления по умолчанию являются управление STEP/DIR или CW/CCW и сигнал ENABLE.

Протокол STEP/DIR:

Сигнал STEP — Тактовый сигнал, сигнал шага. Импульс вызывает вращение ротора шагового двигателя на один шаг (не физический шаг шагового двигателя, а заданный на драйвере шаг — 1:1, 1:8, 1:16 и т.д.). Обычно драйвер выполняет шаг по переднему или заднему фронту импульса.

Сигнал DIR — Потенциальный сигнал, сигнал направления. Логическая единица — шаговый двигатель вращается по часовой стрелке, ноль — шаговый двигатель вращается против часовой стрелки или наоборот. Инвертировать сигнал DIR обычно можно либо из управляющей программы, либо переключить соединение фаз шагового двигателя в разъёме переключателя в драйвере.

CW/CCW протокол:

Сигнал CW — синхронизирующий сигнал, ступенчатый сигнал. Импульс заставляет ротор шагового двигателя повернуться на один шаг (не физический шаг шагового двигателя, а заданный на драйвере шаг — 1:1, 1:8, 1:16 и так далее) по часовой стрелке. Обычно драйвер выполняет шаг по переднему или заднему фронту импульса.

Сигнал CW — синхронизирующий сигнал, ступенчатый сигнал. Один импульс заставляет ротор шагового двигателя повернуться на один шаг (не физический шаг шагового двигателя, а шаг, установленный на драйвере — 1:1, 1:8, 1:16 и так далее) против часовой стрелки. Обычно драйвер выполняет шаг по переднему или заднему фронту импульса.

ENABLE signal — Потенциальный сигнал, сигнал включения/выключения драйвера. Обычно логика работы следующая: логическая единица (на вход подается 5В) — драйвер ШД выключен и обмотки ШД отключены, ноль (на вход ничего не подается или 0В) — драйвер ШД Включается, и на обмотки шагового двигателя подается питание.

Драйверы SD могут иметь дополнительные функции:

• Контроль перегрузки по току.

• Контроль напряжения питания, защита от воздействия обратной ЭДС от шагового двигателя. По мере замедления вращения шаговый двигатель вырабатывает напряжение, которое добавляется к напряжению питания и кратковременно увеличивает его. При более быстром торможении напряжение противоЭДС больше, а напряжение питания больше. Этот удар электрическим током может привести к отказу привода, поэтому водитель защищен от поражения электрическим током. При превышении порогового значения напряжения питания драйвер отключается.

• Контроль переполюсовки при подключении управляющих сигналов и питающих напряжений.

• Режим автоматического снижения тока на холостом ходу (без сигнала STEP) для уменьшения нагрева шагового двигателя и энергопотребления (режим AUTO-SLEEP).

• Автоматический компенсатор резонанса промежуточной частоты шагового двигателя. Резонанс обычно появляется в диапазоне 6-12 об/мин, шаговый двигатель начинает гудеть и ротор останавливается. Возникновение и сила резонанса сильно зависят от параметров шагового двигателя и его механической нагрузки. Автоматический компенсатор резонанса промежуточной частоты позволяет полностью устранить резонанс шагового двигателя и сделать вращение плавным и стабильным во всем диапазоне частот.

• Схема изменения формы фазных токов с увеличением частоты (морфинг, переход из микрошагового режима в ступенчатый с увеличением частоты). Заявленный в ТХ крутящий момент шаговый двигатель способен обеспечить только в полношаговом режиме, поэтому в обычном драйвере шагового двигателя без морфинга при использовании микрошага шаговый двигатель работает на 70% от максимальной мощности. Драйвер шагового двигателя с морфингом позволяет получить максимальную отдачу по крутящему моменту от шагового двигателя во всем диапазоне частот.

• Встроенный генератор частоты STEP является удобной функцией для тестирования драйвера без подключения к ПК или другому внешнему генератору частоты STEP. Генератор также будет полезен для построения простых систем движения без использования ПК.

Конструкция

Электродвигатель тягового клапана (каталог Интерскол, Lenze, Fighter for ESP, ESP) состоит из датчиков, указывающих положение ротора машины синхронного типа. Совокупность этих механизмов называется электромеханической частью двигателя. Управляющая часть устройства включает в себя микроконтроллер и силовой мост. Блок управления двигателем относится к логистической неконструктивной части системы.

Механическая часть агрегата представляет собой синхронный привод, собранный из изолированных стальных пластин. Такая конструкция помогает уменьшить вихревые токи, возникающие в обмотке и роторе.

Датчики Холла используются для нормальной работы устройства. Если в бесколлекторном двигателе нет индикаторных блоков, то сигналы поступают непосредственно на магнитную установку. Эти же блоки управляют реверсивным режимом. Это необходимо для того, чтобы двигатель не останавливался при погружении, а также давал возможность удаленно контролировать работу и изменять настройки. Эта функция необходима для добычи нефти, угля, газа и бурения.

Фото — Принцип работы погружного двигателя

Шаговый микропроцессор обрабатывает все данные о положении ротора в соответствии с настройками, управляемыми сигналами ШИМ. Следует отметить, что при низком уровне этих сигналов потребуется их усиление. Для этого используются специальные устройства, работающие по принципу микротрансформаторов.

Технические характеристики:

<td>10; 1. 3; 17; 235361000; 2000 г.; 3000; 400067<td>23; 35; 47; 706371000; 2000 г.; 3000; 400028

Марка, тип	Крутящий момент, Нм	Длина и т д	Максимально допустимая частота, мин-1	Вес (кг
ДМВ 55	0,05; один	61	420; 1800	0,4
5 ДВМ 55	0,23; 0,47; 0,7; 1,3	218	2000 г.; 3000; 4000; 6000	4,5
5 ДВМ 155	2,3; 3,5; 4,7; 7	342	2000 г.; 3000; 4000; 6000	1. 3
5 ДВМ 165
5 ДВМ 215

Фото — Параметры бесколлекторных двигателей

Двигатели рассчитываются по следующим формулам:

Формула фазового баланса: IRΣ+ EΣ= U

Сумма ЭДС – E1= Emsin(∂+∂0), амплитуда ЭДС – Em= ko1pФw1Ω = (ko1pФN1Ω) / 2

Обозначение угла коммутации двигателя:

Ua = -Uq*sin0

Ub = Uq*cos0

Двухразрядные модели

Бесколлекторные электродвигатели этого типа часто используются в морозильном оборудовании. При этом для них подходит широкий спектр компрессоров. В среднем мощность модели может достигать 3 кВт. Схема бесколлекторного двигателя обычно включает двухконтурный двигатель с медной обмоткой. Статоры устанавливаются только импульсные. В зависимости от производителя длина зубцов может варьироваться. Датчики применяются как электрического, так и индуктивного типа. Для систем отопления эти модификации плохи.

Также следует помнить, что сердечники бесколлекторных двигателей в основном стальные. При этом прорези для магнитов используются довольно широкие, и располагаются они очень близко друг к другу. Из-за этого частота устройств может быть высокой. Регуляторы для таких модификаций чаще всего выбирают одноканального типа.

Зачем нужен контроллер ESC

Как мы уже знаем, для работы BLDC двигателей необходим какой-то контроллер, который преобразует постоянное напряжение от аккумулятора в последовательность импульсов, подаваемых в определенном порядке на провода (фазы) двигателя. Этот контроллер называется ESC (Electronic Speed ​​Controller). Основной обязанностью этого контроллера является подача питания на провода BLDC двигателя, чтобы двигатель вращался в правильном направлении.

Это делается путем считывания обратной ЭДС (обратной ЭДС) с каждого провода и подачи тока на катушку, когда магнит пересекает ее. Внутри контроллер ESC содержит множество различной электроники, и при желании вы можете детально изучить устройство, используя соответствующие материалы в Интернете. Здесь мы лишь кратко рассмотрим основные компоненты конструкции.

Рабочая схема Н-моста с IR2110

H-мост предназначен для управления двигателями, когда потребляемая мощность превышает 300 Вт. Если детали на изображении слишком мелкие, нажмите на это изображение — оно увеличится.

В этих схемах используются МОП-транзисторы. Система управления выполнена на базе микроконтроллеров. В результате на выходе получится чистая синусоида.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы рассмотрим только основные фрагменты.

Для управления двигателем BLDC мы будем генерировать ШИМ-сигнал с частотой 50 Гц и рабочим циклом от 0 до 100%.

Значение рабочего цикла будет контролироваться потенциометром. То есть вращением потенциометра мы будем управлять скоростью вращения мотора. Как уже упоминалось, управление двигателем BLDC очень похоже на управление серводвигателем с ШИМ 50 Гц, поэтому в этом случае мы будем использовать ту же библиотеку, что и для управления серводвигателем.

Если вы новичок в платформе Arduino, то прежде чем читать эту статью дальше, рекомендуем вам изучить принципы формирования ШИМ-сигнала в Arduino и подключения серводвигателя к плате Arduino.

ШИМ-сигнал может быть сгенерирован только на цифровых контактах платы Arduino, которые отмечены символом. В нашей схеме мы будем управлять контроллером ESC с контакта 9 платы Arduino, поэтому с помощью следующей команды мы подключим контроллер ESC к этому контакту.