3.3 Схемы управления шаговыми двигателями
Для работы двигателей требуется блок управления, а также внешний источник питания. Управляющие последовательности импульсов для шаговых двигателей с пятью выводами можно получить, использовав схему управления с четырьмя ключевыми каскадами, построенными на транзисторах.
В нашем случае выводы шагового двигателя расположены, как показано на рисунке 3.3. Вариант простой схемы управления шаговыми двигателями показана в приложении А.
В блоке управления цифровая часть построена на микросхемах серии К561. Шаговый двигатель в этой схеме имеет параллельное включение и управляется при помощи ключевых каскадов на транзисторах VT3 – VT6. Учитывая то, что в рабочем режиме через эти каскады может протекать ток значительной величины, при выборе этих транзисторов следует проверить их соответствие предельно допустимому току. Выходные каскады питаются от нестабилизированного источника питания напряжением 12 В. От этого же источника через стабилизатор на напряжение 5 В осуществляется питание цифровой части блока управления. Изменить частоту импульсов, а, следовательно, и скорость вращения двигателя в довольно широких пределах можно изменив номинал емкости С3 в задающем генераторе.
3.4 Разработка блока питания
Для функционирования схемы управления шаговыми приводами требуется блок питания, с выходов которого можно было бы снимать 5 В стабилизированного напряжения и 12 В нестабилизированного.
Предлагаемый блок питания (рисунок 3.4) представляет собой двухполупериодный выпрямитель со стабилизатором. Разберемся в устройстве и работе блока. Сетевой трансформатор Т1 обмоткой I подключается к электроосветительной сети напряжением 220 В через плавкий предохранитель FU1. Обмотка II трансформатора и диоды VD1 – VD4, включенные по мостовой схеме, образуют двухполупериодный выпрямитель.
Параллельно выпрямительному мосту подключен оксидный конденсатор С1, сглаживающий пульсации выпрямленного напряжения. С него напряжение подается к нагрузке через стабилизатор напряжения, выполняющий функцию дополнительного фильтра выпрямителя и одновременно регулятора выходного напряжения блока питания. Ток в цепи нагрузки и напряжение на нагрузке зависят от состояния транзистора VT2. Когда этот транзистор открыт и сопротивление его участка эммитер-коллектор мало, все напряжение выпрямителя падает на нагрузке. Когда же транзистор закрыт и сопротивление участка эммитер-коллектор становится большим, то почти все напряжение выпрямителя падает на этом участке, а на долю нагрузки практически ничего не остается. Состоянием же транзистора VT2 управляет транзистор VT1, который, в свою очередь, управляется постоянным напряжением, подаваемым на его базу с резистора R1. Оба транзистора включены по схеме эммитерные повторители и работают как двухкаскадный усилитель тока.
Управляющую цепь стабилизатора напряжения образует параметрический стабилизатор, состоящий из резистора R1 и стабилитрона VD9 [6].
С третьей обмотки транзистора через диодный мост и конденсатор будем снимать нестабилизированное напряжение величиной 12 В.
3.5 Выбор элементов блока питания
Мощность, потребляемая трансформатором из питающей сети, определяется умножением коэффициента 1,1 [11] на сумму мощностей, потребляемых всеми нагрузками. Множитель учитывает потери мощности на нагрев в трансформаторе. Мощность, отдаваемая в нагрузку, определяется из соотношения
,
тогда входная мощность
.
Выбор трансформатора осуществлен из расчета максимально потребляемого тока и напряжения питания всеми потребителями
;
.
Исходя из этого, рекомендован трансформатор типа ТПП 276-220-12 с напряжением на вторичных обмотках 12 В и мощностью 10 Вт. В схеме блока питания применяются два диодных моста. Исходя из параметров трансформатора, можно применить диоды, рассчитанные на средний прямой ток 1 А и обратное напряжение от 50 В, например Д226, Д229. На конденсаторе С1, С2 реализован емкостный фильтр, через который замыкается основная часть переменной составляющей тока, минуя стабилизатор напряжения, в результате чего происходит сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения. Конденсаторы С1 и С2 – электролитические, имеющие рабочее напряжение 25 В и емкость 500 мкФ (К50-6), значение емкости достаточно велико, чтобы обеспечить хорошее качество выходного напряжения [12].
