Кроковий двигун (ШД, англ «Stepper motor») – це електромеханічний пристрій, який перетворює електричні імпульси в дискретні механічні переміщення ШД відносяться до класу безколекторних електродвигунів постійного струму Як і будь-які безколекторні двигуни, вони мають високу надійність і великий термін служби Прецизійне механічне позиціонування і установка точного кута повороту здійснюється в ШД без датчика зворотного звязку, що значно здешевлює його виробництво

З недоліків – для ШД потрібні досить складні електричні схеми керування і «хитрі» алгоритми функціонування Крім того, вони призначені тільки для статичних систем, тобто тих, які працюють без жорстких механічних струсів і з відносно постійною навантаженням на валу

На Рис 281, a .. B наведені електричні схеми різновидів ШД

Рис 281 Різновиди ШД: а) біполярні б) уніполярні в) багатополюсні

Біполярні ШД (Bipolar Stepper Motors) мають по одній обмотці в кожній з двох фаз Струм в обмотках повинен переполюсовиваться драйвером мостового типу Разом в біполярному двигуні є дві обмотки і, відповідно, чотири отводадля зовнішнього підключення

Уніполярні ШД (Unipolar Stepper Motors) аналогічні біполярним, але мають відвід від середини кожної з обмоток Це дозволяє змінювати напрямок магнітного поля простими ключовими каскадами, а не мостовими схемами У уніполярному ШД середні висновки обмоток можуть електрично зєднуватися всередині корпусу, тому в такому двигуні назовні виходять не 6, а 5 відводів Іноді буває й 8 відводів, якщо кожна полуобмоткі зроблена окремою секцією В останньому випадку уніполярний ШД легко перетворити на біполярний

Багатополюсні ШД (Stepper Motors) характеризуються підвищеним числом фаз, зазвичай 3 .. 5 Зєднання обмоток проводиться за схемою «зірка»

З доступних радіоаматорам ШД найбільший інтерес представляють двигуни від флоппі-дисководів, CD-ROM, DVD-ROM Типова точність їх позиціонування становить 036 072 09 18 36 ° на один крок Робоче напруга 16 .. 12 В, опір обмоток 100 .. 150 Ом Такі ШД, як правило, є уніполярними двофазними з 5 або 6 відводами

Управління роботою ШД здійснюється подачею напруг на обмотки «А», «В» або «А», «В», «С», причому розрізняють полношаговие, двофазні і полушаговие режими розподілу сигналів на тимчасовій осі Формуються вони на виходах MK у вигляді сітки зрушених по фазі імпульсів Дуже зручно використовувати багатоканальний ШІМ, якщо, звичайно, він є в конкретному MK

На Рис 282, а .. ж наведені типові схеми підключення ШД до MK

Рис 282 Схеми підключення ШД до MK (початок):

а) уніполярний ШД M1 може мати 5, а не 6 відводів, якщо середні точки обмоток LJ, L2 зєднуються разом всередині його корпусу Ключі на транзисторах VT1 .. VT4 захищаються від пробою діодами VD1 .. VD4 Опору резисторів R1 .. R4 залежать від потужності ШД

б) управління уніполярним кроковим двигуном M1 проводиться програмно з трьох виходів МК серіями імпульсів Транзисторні ключі знаходяться в драйвері А4/фірми Sanyo

в) DA1 – це мікросхема драйвера (фірма Fairchild), призначена спеціально для управління ШД в флоппі-дисководи і відеокамерах Потужність розсіювання 1 Вт, струм навантаження 1 А, послідовний інтерфейс Входи сумісні з логічними рівнями +3 і +5 В

г) незвичайний ШД на соленоїді M1, який через анкерний механізм управляє рухом хвилинної і годинної стрілок промислових вторинних годин «176М» Напрямок струму в котушці L / змінюється кожен раз при спрацьовуванні контактів реле K1 Тривалість імпульсу 50 .. 100 мс, загальне споживання електроенергії близько 1 кВт / год на місяць

Рис 282 Схеми підключення ШД до MK (закінчення):

д) управління біполярним ШД Ml здійснюється двома ідентичними мостовими схемами A1, A2 на транзисторах структури п-р-п Лінії MK працюють у двох режимах – вихід з низьким рівнем і вхід з Z-станом Діоди VD2 .. VD5 захищають транзистори VT2, VT3 від ЕРС самоіндукції обмоток ШД

е) управління ШД від спеціалізованої мікросхеми DA1 фірми Allegro MicroSystems З верхнього виходу MK задається напрямок обертання ШД, з нижнього – кількість одиничних кроків переміщення по числу генеруються імпульсів

ж) опір кожної з двох обмоток ШД L1, L2 складає близько 75 Ом, тому для їх комутації використовується потужний драйвер DA1, що має виходи з відкритими колекторами Згідно даташіту сумарний струм навантаження по всіх виходів DA1 становить 25 А Резистори R1 . R4 не дають спрацьовувати ШД при рестарт MK або ж вони встановлюються при «слабких» мікроконтролерних портах для збільшення потужності ВИСОКОГО рівня Допускається відсутність резисторів R1 .. R4 Заміна мікросхеми DAI – ULN2004A, K1109KT23

Джерело: Рюмік, С М, 1000 і одна мікроконтролерна схема Вип 2 / С М Рюмік – М: ЛР Додека-ХХ1, 2011 – 400 с: Ил + CD – (Серія «Програмовані системи»)