Про безколекторних низькооборотних двигунах і l6234d

Стабілізуючий підвіс для камери своїми руками. Частина 1.

Нижче мова піде про управління низькооборотної трифазними безколекторними моторами в статичному режимі з використанням трифазного моста L6234.

Але спочатку трохи теорії.

Що таке безколекторні мотори?

Як випливає з назви, ці мотори у яких відсутня щітково-колекторний вузол. На деталі, що обертається - роторі - розташовані постійні магніти. На нерухомій частині - статорі - обмотки електромагнітів. У рух такий мотор наводиться зміною струму на різних фазах. Одним із прикладів таких моторів є крокові двигуни. Зміна електричних фаз призводить до зміщення ротора на строго зумовлений кут - один крок.
Також є мотори, розраховані на постійне обертання. Наприклад, двофазні безколекторні мотори використовуються в комп'ютерних вентиляторах. Трифазні мотори використовуються в моделюванні, а також в приводі електричних велосипедів і скутерів.
Відсутність ковзних контактів щіток дозволяє досягати великої потужності і довговічності.

Розглянемо типовий трифазний мотор, який використовується в авіамоделювання.
Якщо ротор з магнітами розташований всередині кільця, утвореного електромагнітними котушками, то такий мотор називають inrunner, такі мотори частіше використовуються в автомоделізмом. У авиамоделизме популярна зворотна компоновка: корпус ротора з кільцем магнітів обертається навколо статора з електромагнітами (див. Малюнок).

Так виглядає в розібраному вигляді звичайний авіамодельний мотор за схемою 12N10P (12 обмоток, 10 полюсів). Обмотки намотані товстої дротом невеликим числом витків. Взято тут: www.amodul.de/bilder/700MX6.jpg

Ці мотори також поділяються за кількістю електромагнітів і кількості полюсів. Найбільш поширена компоновка 12N14P що означає наявність 12 обмоток статора і 14 магнітних полюсів на роторі. Число полюсів завжди кратно 2: адже полюса бувають тільки двох типів - північний і південний. Число обмоток кратно трьом, оскільки двигун трифазний. На схемі показана намотування обмоток. A B C - намотування відповідної обмотки в одну сторону, -a -b -c - в протилежну.

У більшості випадків обмотки з'єднуються «зіркою», як показано на схемі. Подаючи попарно на виходи напруга тієї чи іншої полярності, контролер мотора пробігає повний електричний цикл, що складається з 6 змін полярностей. За цей цикл ротор провертається на два магнітних полюси. Тобто, в нашому випадку, щоб мотор зробив один оборот, електричні фази повинні пройти 7 повних циклів.

Для електричної комутації використовуються трифазні мости, які являють собою три блоки (напівмоста), в кожному з яких по два транзистора - на плюс і на мінус. Для управління мотором на одному з трьох півмилі вибирається «плюс», на іншому «мінус», а третій залишається відключеним. За допомогою ШІМ, транзистори імпульсами коммутируют фазу двигуна до обраної полярності, поки він не провернётся на потрібний кут. Потім схема комутації змінюється. Мікроконтролер в платі управління двигуном визначає моменти, коли фази повинні бути переключені. Для цього використовуються або встановлені на моторі датчики Холла, або ж ЕРС, що виникає в дроті вільної фази.
Для управління малопотужними моторами годиться трифазний міст L6234.

L6234D в корпусі PowerSO20

Терморегулятори L6234D в корпусі PowerSO20

Максимальний струм, на який розрахована мікросхема - 4 Ампера.

Схема включення L6234

Обмотки високоспритних моторів намотуються пучком товстої проволоки, невеликим числом витків, близько 10-20. Вони мають дуже маленьким опором постійному струму, сила струму досягає десятків Ампер, і якщо мотор не обертається, обмотка може перегретсья і перегоріти.
Але існує різновид таких моторів, які призначені для роботи в статичному положенні. Їх обмотки намотуються великим числом витків (близько 100) тонкої дротом. Подаючи різні значення напруг на входи, можна створити в його обмотках магнітне поле потрібної полярності, і тим самим зафіксувати його в потрібному положенні.

Для управління можна використовувати той же самий трифазний міст L6234. На входи включення (ENx) подається постійний високий рівень, тобто всі три напівмоста постійно включені. А ось входи вибору полярності (INx) підключаються до ШІМ-виходів мікроконтролера. У мікроконтролерах типу ATmega48 / 88/168/328 і т.п. можна налаштувати 6 ШІМ-виходів, а значить, управляти відразу двома такими моторами.
Дуже важливо, щоб всі ШІМ виходи працювали синфазно. Тобто, якщо кожен ШІМ налаштований на одне і те ж значення, то перемикатися вони повинні строго одночасно. L6234 дозволяє комутувати на частоті до 50кГц, тому, для плавної безшумної роботи, можна сміливо налаштовувати ШІМ виходи МК на максимальну частоту. При частоті МК 8 МГц і phase-correct режимі виходу, частота ШІМ складе 15 686 Гц.
Для синхронізації таймерів в ATmega48 / 88/168/328 можна скористатися регістром GTCCR, який зупинить рахунок таймера. Нижче приклад налаштовує всі 6 ШІМ виходів синфазно. Timer1 при цьому працює в 8-бітному режимі:

GTCCR = (1 «TSM) | (1 «PSRASY) | (1 «PSRSYNC); // Блокування рахунку
OCR0A = 0;
OCR0B = 0;
OCR1A = 0;
OCR1B = 0;
OCR2A = 0;
OCR2B = 0;

TCCR0A = 0b10100001;
TCCR0B = 0b00000001;
TCNT0 = 0;

TCCR1A = 0b10100001;
TCCR1B = 0b00000001;
TCNT1 = 0;

TCCR2A = 0b10100001;
TCCR2B = 0b00000001;
TCNT2 = 0;

(1 «TSM); // Розблокування і одночасний запуск таймерів

Якщо на всі 3 ШІМ виходу, керуючі одним мотором, подається один і той же значення, то, хоча полярність кожного моста швидко змінюється майже 16 тисяч разів в секунду, оскільки це відбувається одночасно, струм через обмотки не йде. Але якщо значення ШІМ хоч одного висновку відрізняється від інших, то з'являється невеликий проміжок часу, коли різні фази коммутируются з різною полярністю, і через обмотки йде струм. Чим більше різниця значень ШІМ, тим більшу частину часу струм буде йти.
Для того, щоб зафіксувати мотор в потрібному положенні, значення ШІМ повинні бути пропорційні синусу, зі зміщенням на третину періоду (тобто на 2/3 * Pi).
Інакше кажучи, значення ШІМ для i-ї (від 0 до 2) фази мотора можна обчислити за формулою:
PWM (i) = 128 + sin (A + i * 2/3 * Pi) * P
Де P - видається потужність (до 127), A - електричний кут. Змінюючи A можна домогтися повороту мотора на певний кут. Нагадаю, що зміна електричного кута на повний цикл, призводить до повороту мотора на два магнітних полюси. У схемі з 14 магнітами для цілого обороту потрібно 7 циклів зміни електричного кута
Якщо речову арифметику замінити на целочисленную, а значення синуса зберігати в таблиці, то швидкості МК цілком вистачить на управління такими моторами.

Like 41 Share: Follow this User

Prev джедайського контролер світла Next Перехідник з акумулятора на прикурювач

на мою думку виходить що тривалості повинні розраховуватися слід. чином:
PWM1 = max_pwm * sin (desired_angle + 0 * 120)
PWM2 = max_pwm * sin (desired_angle + 1 * 120)
PWM3 = max_pwm * sin (desired_angle + 2 * 120)
де max_pwm це період ШІМ-а тобто 0,064 мс.
тобто ми відразу шукаємо у скільки разів тривалість заповнення повинна бути менше ніж тривалість усього періоду ШІМ.
Я не претендую на істину, ви як раз таки набагато краще розбираєтеся. Поясніть, якщо не важко

max_pwm - це половина розрядності Шиман
Тобто якщо ШІМ у нас 8бітних, то на вхід йому подається число від 0 до 255. Умовно візьмемо середину - 128, і в максимумі синус може бути 127. Звичайно, напевно правильніше було-б щось на зразок round (127.5 + sin (...) * 127.5) але для простоти я взяв 128 і 127 відповідно

підкажіть як змінювати швидкість обертання мотора. я правильно розумію, що треба зменшувати період Шиман?

немає. ШІМ впливає тільки на потужність.
А ось швидкість зміни фаз і задає швидкість обертання мотора. Це ж синхронний двигун.

А чому мотора два, а не три?

Шимова більше немає;) Та й двох вистачить на перший час

Зрозуміло. А навіщо перемотувати мотори, начебто на хоббікінге є вже готові, з тонким дротом.

Не обов'язково перемотувати. На ebay продають готові за запитом gimbal motor.