Регулятор униполярного шагового двигателя

Если возникает необходимость автоматизировать какой либо процесс на производстве (например подачу проволоки) или для каких либо других целей то можно использовать шаговый двигатель (как один из наиболее дешёвых вариантов) управляемый специальным электронным устройством. Если двигателем необходимо создавать небольшие усилия то можно использовать например маломощный униполярный шаговый двигатель например от принтера, факса, сканера или другой подобной техники. Такие двигатели обычно имеют 4 обмотки соединенный в одну общую точку а оставшиеся концы обмоток выводятся наружу. Для того чтобы начал вращать можно например на общую точку подать + питания а остальные выводы по очереди, в нужном порядке, замыкать на 0 питания (GND, земля, ...). Это проще чем управление биполярным двигателем т.к. не нужны мосты. Можно сделать и наоборот общую очку соединить с нулем питания а на остальные выводы, в нужном порядке, подавать + питания. Но если двигатель не очень мощный и обмотки потребляют не более 0.5А то для управления таким двигателем можно использовать популярную недорогую микросхему ULN2003 - эта микросхем - это 7 составных транзисторов в одном корпусе с соединёнными эмиттерами силовых транзисторов и с входами которые можно подключать напрямую к выходам микроконтроллера без резисторов т.к. они уже есть внутри ULN2003. Управлять этой микросхемой можно например с простого недорогого микроконтроллера PIC16F84 -возможностей у этого микроконтроллера не очень много, например в нем нет встроенных АЦП и компараторов (напр. для того чтобы можно было подключить потенциометры напрямую ко входам), максимальная тактовая частота у него сравнительно небольшая (до 10 МГц), всего 1 килобайт flash памяти и т.д. но для несложных задач он подходит. Рассмотрим схему:

Рисунок 1 - Регулятор униполярного шагового двигателя

Схема не сложная. Выводы RB4....RB7 сконфигурированы как выходы, они управляют микросхемой ULN2003 которая управляет двигателем. Резисторы R3....R6 - нужны для ограничения тока обмоток двигателя и подбираются в зависимости от используемого двигателя, м.б. если активного сопротивления обмоток двигателя достаточно то эти резисторы можно заменить перемычками. Все остальные выводы которые не участвуют в управлении микросхемой ULN2003 сконфигурированы как входы. Регулятор имеет 2 режима: 1) постоянное вращение и 2) вращение "рывками". Переключение режимов осуществляется переключателем S1. Кнопкой SB1 осуществляется запуск/остановка двигателя. Кнопкой SB5 регулируется скорость вращения в обоих режимах, кнопкой SB4 количество шаров "рывка", кнопкой SB2 задержка между рывками, кнопкой SB3 осуществляется сброс настроек на настройки по умолчанию. При каждом изменении настроек они сохраняются в EEPROM памяти микроконтроллера поэтому при отключении и подаче питания снова настройки восстанавливаются для того чтобы не надо было их каждый раз заново устанавливать при каждом включении и выключении. Посмотреть как этот регулятор работает можно на видео:

КАРТА БЛОГА (содержание)

Индукционный нагреватель на ZVS генераторе

ZVS генератор используемый в индукционных нагревателях очень прост в изготовлении и имеет малое количество деталей из которых он состоит. Давайте рассмотрим схему:

Рисунок 1 - Индукционный нагреватель на ZVS генераторе

Индуктором являются катушки L1 и L3 которые являются одной катушкой со средним выводом который через дроссель L2 подключен к плюсу питания. Стабилитроны VD2 и VD4 нужны для защиты затворов транзисторов от высокого напряжения. Через диоды VD1 и VD3 осуществляются обратные связи которые необходимы для возникновения генерации. Индуктор (на катушках L1 и L3) и конденсатор C1 образуют колебательный LC контур в котором создаются синусоидальные колебания. Частоту можно рассчитать в программе на странице http://electe.blogspot.ru/2011/02/blog-post_13.html или по формуле на той странице. По осциллограммам, при проверке данного нагревателя, получилось выяснить частоты на которых работает данный генератор:

f1 = 80 кГц - частота без холодной железяки в индукторе,
f2 = 67 кГц - частота с холодной железякой в индукторе.
При помещении стального предмета внутрь индуктора, увеличивается индуктивность LC контура и следовательно уменьшается резонансная частота. Когда стальной предмет нагревается он теряет свои ферромагнитные свойства и индуктивность уменьшается а частота увеличивается. После того как стальной предмет нагревается до красна и его ферромагнитные свойства теряются, его нагрев замедляется и при низкой мощности нагревателя дальнейший нагрев не происходит (см. видео ниже).

Индукционный нагреватель на ZVS генераторе хорошо подходит для нагрева железных предметов до красна. Если нужно нагреть их до бела и расплавить или нужно нагреть другие металлы например медь, алюминий, олово и т.д. то такой генератор скорее всего не "потянет". Транзисторные ключи силовых преобразователей должны работать в ключевом режиме для уменьшения потерь. Обычно при рассмотрении работы схем с транзисторами работающими в ключевом режиме, эти транзисторы представляют как управляемые идеальные ключи:

Рисунок 2 - Идеальная модель zvs генератора

Но на самом деле данный генератор далёк от идеала т.к. полевые транзисторы имеют паразитные ёмкости, сопротивление в открытом состоянии, проводимость в закрытом и т.д. Наибольшую неидеальность в схему привносят паразитные ёмкости т.к. они достаточно большие для того чтобы помешать транзистору быстро коммутироваться. Обычно эти емкости измеряются пикофарадами но если транзистору надо открываться и закрываться например 80000 раз в секунду то с этими емкостями приходиться считаться. Схема более приближенная к реальности будет выглядеть примерно так:

Рисунок 3 - Неидеальная модель zvs генератора с паразитными емкостями и активным сопротивлением

Т.е. полевой MOSFET транзистор - это скорее переменный резистор с паразитными емкостями затвора нежели идеальный переключатель. Для управления такими транзисторами обычно используют специальные микросхемы - драйверы.

Рисунок 4 - Управление MOSFET транзистором через драйвер

 Но в схеме ZVS генератора таких нет, поэтому транзисторы в нём будут нагреваться сильнее чем если бы драйвера там были. В ZVS генераторе заряд емкости затвор - исток и разряд емкости затвор - сток происходит через резистор подключенный к плюсу питания:

Рисунок 5 - Заряд емкости затвор - исток и разряд емкости затвор - сток

Понятно что резисторы ограничивают ток и желательно чтобы их сопротивление было как можно меньше но в данной схеме обойти это ограничение не получиться если кардинально её не менять. С разрядом емкости затвор - исток и зарядом емкости затвор - сток ситуация такая:

Рисунок 6 - Разряд емкости затвор - исток и заряд емкости затвор - сток

Разряд емкости затвор - исток происходит через другой открытый транзистор и открытый диод обратной связи. Несмотря на эти недостатки, данный генератор можно собрать и найти ему применение!

Предыдущее видео по работе генератора https://youtu.be/XoV4T0r0V7o
Предыдущая статья по работе генератора https://electe.blogspot.ru/2018/01/lc.html?showComment=1517669681734#c2199538723359217471

Электродуговой нагреватель https://youtu.be/tWJkg8M7nCU

транзистор irf640 http://got.by/28ui15, http://got.by/28uibn

готовый индукционный нагреватель на zvs генераторе http://ali.pub/28uimc

КАРТА БЛОГА (содержание)