डीसी और स्टेपर मोटर टेस्टर: 12 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

कुछ महीने पहले, मेरे एक मित्र ने मुझे कुछ छोड़े गए इंकजेट प्रिंटर और कॉपी मशीन दिए। मुझे उनकी बिजली स्रोत इकाइयों, केबलों, सेंसरों और विशेष रूप से मोटर्स की कटाई में दिलचस्पी थी। मैंने जो किया वह बचाया और मैं यह सुनिश्चित करने के लिए सभी भागों का परीक्षण करना चाहता था कि वे कार्यात्मक थे। कुछ मोटर्स को 12 वी पर रेट किया गया था, कुछ को 5 वी पर, कुछ स्टेपर थे और अन्य डीसी मोटर्स थे। यदि केवल मेरे पास एक उपकरण होता, जहां मैं बस मोटर को जोड़ सकता था, आवृत्ति, कर्तव्य चक्र सेट कर सकता था और इसका परीक्षण करने के लिए एक कदम विधि का चयन कर सकता था।

मैंने इसे डिजिटल सिग्नल प्रोसेसर, या माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग किए बिना बनाने का फैसला किया। थरथरानवाला के रूप में विनम्र 555 या tl741, स्टेपर मोटर मोड के लिए 4017 काउंटर और कई लॉजिक गेट। पहले तो मुझे सर्किट को डिजाइन करने में, साथ ही डिवाइस के लिए फ्रंट पैनल को डिजाइन करने में बहुत मजा आया। मुझे सब कुछ अंदर रखने के लिए एक अच्छा लकड़ी का चाय का डिब्बा मिला है। मैंने सर्किटरी को चार भागों में विभाजित किया है और इसे ब्रेडबोर्ड पर परीक्षण करना शुरू कर दिया है। जल्द ही, निराशा के पहले लक्षण दिखाई दिए। वहाँ गड़बड़ थी। बहुत सारे गेट, बहुत सारे आईसी, तार। यह ठीक से काम नहीं कर रहा था और मैं दो विकल्पों के बीच सोच रहा था: इसे बहुत सरल बनाने के लिए - सिर्फ डीसी मोटर्स के लिए, या इसे एक तरफ रख दें और इसे कभी-कभी बाद में खत्म कर दें … मैंने दूसरा विकल्प चुना।

चरण 1: डीसी और स्टेपर नियंत्रण सिद्धांत

डीसी यंत्र

डीसी मोटर को नियंत्रित करने का सबसे आम तरीका तथाकथित पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम) है। PWM को एक विशिष्ट स्विच पर लगाया जाता है और मोटर को चालू और बंद करता है। तस्वीर में आप संकेतित स्विचिंग अवधि और आवृत्ति से इसके संबंध को देख सकते हैं, स्विचिंग समय भी इंगित किया गया है। कर्तव्य चक्र को कुल अवधि से विभाजित स्विचिंग समय के रूप में परिभाषित किया गया है। यदि हम आवृत्ति को स्थिर रखते हैं, तो कर्तव्य चक्र को बदलने का एकमात्र तरीका समय पर परिवर्तन करना है। कर्तव्य चक्र को बढ़ाकर, मोटर पर लागू होने वाले वोल्टेज का माध्य मान भी बढ़ जाता है। उच्च वोल्टेज के कारण, डीसी मोटर के माध्यम से एक उच्च धारा प्रवाहित होती है और रोटर तेजी से घूमता है।

लेकिन किस आवृत्ति को चुनना है? इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, आइए देखें कि वास्तव में डीसी मोटर क्या है। समान रूप से, इसे एक RL फ़िल्टर के रूप में वर्णित किया जा सकता है (केवल एक पल के लिए EMF की उपेक्षा करना)। यदि मोटर (आरएल फिल्टर) पर एक वोल्टेज लगाया जाता है, तो करंट एक समय स्थिर ताऊ के साथ बढ़ता है जो एल / आर के बराबर होता है। पीडब्लूएम नियंत्रण के मामले में, जब स्विच बंद होता है, तो मोटर के माध्यम से बहने वाली धारा बढ़ जाती है और स्विच बंद होने के दौरान घट जाती है। इस बिंदु पर, करंट की दिशा पहले की तरह ही होती है और फ्लाईबैक डायोड से प्रवाहित होती है। उच्च शक्ति वाले मोटर्स में उच्च अधिष्ठापन होता है और इस प्रकार छोटे मोटर्स की तुलना में उच्च समय स्थिर होता है। यदि छोटी मोटर संचालित होने पर आवृत्ति कम होती है, तो स्विच-ऑफ समय के दौरान वर्तमान में तेजी से कमी आती है, इसके बाद स्विच-ऑन समय के दौरान बड़ी वृद्धि होती है। यह करंट रिपल भी मोटर टॉर्क को रिपल करने का कारण बनता है। हम ऐसा नहीं चाहते। इसलिए, जब छोटी मोटरों को बिजली दी जाती है, तो पीडब्लूएम आवृत्ति अधिक होनी चाहिए। हम इस ज्ञान का उपयोग बाद के चरणों में डिजाइन में करेंगे।

स्टेपर मोटर

यदि हम हॉबी इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग की जाने वाली एकध्रुवीय स्टेपर मोटर को नियंत्रित करना चाहते हैं, तो हमारे पास 3 बुनियादी नियंत्रण विकल्प (मोड) - वेव ड्राइव (WD), हाफ स्टेप (HS) और फुल स्टेप (FS) का विकल्प है। व्यक्तिगत मोड का क्रम और रोटर की स्थिति को चित्र में दर्शाया गया है (सादगी के लिए, मैंने दो जोड़ी ध्रुवों के साथ एक मोटर का संकेत दिया है)। इस मामले में, वेव ड्राइव और फुल स्टेप रोटर को 90 डिग्री घुमाते हैं और 4 राज्यों को दोहराकर प्राप्त किया जा सकता है। हाफ स्टेप मोड में, हमें 8 राज्यों के अनुक्रम की आवश्यकता होती है।

मोड का चुनाव सिस्टम की आवश्यकताओं पर निर्भर करता है - अगर हमें एक बड़े टॉर्क की जरूरत है, तो सबसे अच्छा विकल्प फुल स्टेप है, अगर कम टॉर्क पर्याप्त है और शायद हम अपने सर्किट को बैटरी से पावर देते हैं, तो वेव ड्राइव मोड को प्राथमिकता दी जाती है। उन अनुप्रयोगों में जहां हम उच्चतम कोणीय संकल्प और सबसे आसान गति प्राप्त करना चाहते हैं, हाफ ड्राइव मोड एक आदर्श विकल्प है। इस मोड में टॉर्क फुल ड्राइव मोड की तुलना में लगभग 30% कम है।

चरण 2: सर्किट आरेख

यह सरल मेम डिजाइन के दौरान मेरी सोच प्रक्रिया का उपयुक्त वर्णन करता है।

आरेख का ऊपरी भाग बिजली की आपूर्ति का वर्णन करता है - एक 12 वोल्ट एडाप्टर, जो एक रैखिक नियामक द्वारा 5 वोल्ट तक कम हो जाता है। मैं मोटर (एमएमटीवी) के अधिकतम परीक्षण वोल्टेज को चुनने में सक्षम होना चाहता था - या तो 12 या 5 वोल्ट। बिल्ट-इन एमीटर कंट्रोल सर्किट को बायपास करेगा और केवल मोटर करंट को मापेगा। मल्टीमीटर का उपयोग करके आंतरिक और बाहरी वर्तमान माप के बीच स्विच करने में सक्षम होना भी सुविधाजनक होगा।

थरथरानवाला दो मोड में काम करेगा: पहला एक स्थिर आवृत्ति और एक चर कर्तव्य चक्र है, और दूसरा एक चर आवृत्ति है। इन दोनों मापदंडों को पोटेंशियोमीटर का उपयोग करके सेट किया जा सकेगा, और एक रोटरी स्विच स्विचिंग मोड और रेंज होगा। सिस्टम में 3.5 मिमी जैक कनेक्टर के माध्यम से आंतरिक और बाहरी घड़ी के बीच एक स्विच भी शामिल होगा। आंतरिक घड़ी को 3.5 मिमी जैक के माध्यम से पैनल से भी जोड़ा जाएगा। घड़ी को सक्षम/अक्षम करने के लिए एक स्विच और एक बटन। डीसी मोटर ड्राइवर सिंगल क्वाड्रेंट एन-चैनल मॉसफेट ड्राइवर होगा। यांत्रिक dpdt स्विच का उपयोग करके दिशा बदल दी जाएगी। मोटर लीड को केले के जैक के माध्यम से जोड़ा जाएगा।

स्टेपर मोटर अनुक्रम को एक आर्डिनो द्वारा नियंत्रित किया जाएगा, जो डिप स्विच द्वारा निर्दिष्ट 3 नियंत्रण मोड को भी पहचान लेगा। स्टेपर मोटर का चालक uln2003 होगा। Arduino 4 LED को भी नियंत्रित करेगा जो इन मोड में संचालित मोटर वाइंडिंग के एनीमेशन का प्रतिनिधित्व करेगा। स्टेपर मोटर को ZIF सॉकेट के जरिए टेस्टर से जोड़ा जाएगा।

चरण 3: स्कैमैटिक्स

रेखाचित्रों को पाँच भागों में बाँटा गया है। नीले बक्से में बनाए गए सर्किट उन घटकों का प्रतिनिधित्व करते हैं जो पैनल पर होंगे।

1. बिजली की आपूर्ति
2. थरथरानवाला
3. डीसी चालक
4. Arduino Stepper ड्राइवर
5. लॉजिक गेट्स स्टेपर ड्राइवर

शीट संख्या 5 यही वजह है कि मैंने इस प्रोजेक्ट को झूठा छोड़ दिया। ये सर्किट पहले बताए गए नियंत्रण मोड - WD, HS और FS के लिए क्रम बनाते हैं। इस भाग को पूरी तरह से शीट एनआर में आर्डिनो द्वारा बदल दिया गया है। 4. पूर्ण ईगल स्कीमैटिक्स भी संलग्न है।

चरण 4: आवश्यक घटक और उपकरण

आवश्यक घटक और उपकरण:

• मल्टीमीटर
• कैलिपर
• कार्डबोर्ड कटर
• निशान
• चिमटी
• बारीक सरौता
• काटने वाला सरौता
• वायर स्ट्रिपिंग सरौता
• सोल्डरिंग आयरन
• मिलाप
• तारपीन
• तार (24 awg)
• 4x एसपीडीटी स्विच
• 2x डीपीडीटी स्विच
• 4x केला जैक
• दबाने वाला बटन
• ZIF सॉकेट
• 2x 3.5 मिमी जैक
• डीसी कनेक्टर
• अरुडिनो नैनो
• 3-पोल डीआईपी स्विच
• 2x 3 मिमी एलईडी
• 5x 5 मिमी एलईडी
• बाइकलर एलईडी
• पोटेंशियोमीटर नॉब्स
• डीआईपी सॉकेट
• यूनिवर्सल पीसीबी
• ड्यूपॉन्ट कनेक्टर्स
• प्लास्टिक केबल संबंध

और

• तनाव नापने का यंत्र
• प्रतिरोधों
• संधारित्र

आपके चुने हुए मूल्यों के साथ, आवृत्ति रेंज और एल ई डी की चमक के अनुरूप।

चरण 5: फ्रंट पैनल डिज़ाइन

परीक्षक को लकड़ी के एक पुराने चाय के डिब्बे में रखा गया था। पहले मैंने आंतरिक आयामों को मापा और फिर मैंने हार्ड कार्डबोर्ड से एक आयत काटा, जो घटकों के प्लेसमेंट के लिए एक टेम्पलेट के रूप में काम करता था। जब मैं पुर्जों की नियुक्ति से खुश था, तो मैंने प्रत्येक स्थिति को फिर से मापा और Fusion360 में एक पैनल डिज़ाइन बनाया। मैंने 3डी प्रिंटिंग में सरलता के लिए पैनल को 3 छोटे भागों में विभाजित किया। मैंने बॉक्स के अंदरूनी किनारों पर पैनलों को ठीक करने के लिए एक एल-आकार का धारक भी डिज़ाइन किया है।

चरण 6: 3डी प्रिंटिंग और स्प्रे-पेंटिंग

पैनल मेरे पास घर पर मौजूद अवशिष्ट सामग्री से एंडर -3 प्रिंटर का उपयोग करके मुद्रित किए गए थे। यह एक पारदर्शी गुलाबी पेटी थी। छपाई के बाद, मैंने मैट ब्लैक एक्रेलिक पेंट के साथ पैनलों और धारकों को स्प्रे किया। पूर्ण कवरेज के लिए, मैंने 3 कोट लगाए, उन्हें कुछ घंटों के लिए सूखने और लगभग आधे दिन तक हवादार करने के लिए बाहर रखा। सावधान रहें, पेंट का धुआं हानिकारक हो सकता है। इनका इस्तेमाल हमेशा हवादार कमरे में ही करें।

चरण 7: पैनल वायरिंग

व्यक्तिगत रूप से, मेरा पसंदीदा, लेकिन सबसे अधिक समय लेने वाला हिस्सा (मैं सिकुड़ने वाली ट्यूबों का उपयोग नहीं करने के लिए अग्रिम रूप से क्षमा चाहता हूं, मैं एक समय की कमी में था - अन्यथा मैं निश्चित रूप से उनका उपयोग करूंगा)।

पैनलों को माउंट करने और संभालने में एडजस्टेबल ब्रैकेट बहुत मदद करते हैं। तथाकथित तीसरे हाथ का उपयोग करना भी संभव है, लेकिन मैं धारक को पसंद करता हूं। मैंने इसके हैंडल को एक कपड़े के कपड़े से ढक दिया ताकि काम के दौरान पैनल खरोंच न हो।

मैंने पैनल में सभी स्विच और पोटेंशियोमीटर, एलईडी और अन्य कनेक्टर डाले और खराब कर दिए। इसके बाद, मैंने उन तारों की लंबाई का अनुमान लगाया जो पैनल पर घटकों को जोड़ेंगे और वे भी जिनका उपयोग पीसीबी से कनेक्ट करने के लिए किया जाएगा। ये थोड़े लंबे होते हैं और इन्हें थोड़ा बढ़ा देना अच्छा होता है।

सोल्डरिंग कनेक्टर्स के दौरान मैं लगभग हमेशा लिक्विड सोल्डर फ्लक्स का उपयोग करता हूं। मैं पिन और फिर टिन पर थोड़ी मात्रा लगाता हूं और इसे तार से जोड़ता हूं। फ्लक्स सतहों से किसी भी ऑक्सीकृत धातु को हटा देता है, जिससे जोड़ को मिलाप करना बहुत आसान हो जाता है।

चरण 8: पैनल-बोर्ड कनेक्टर

पैनल को पीसीबी से जोड़ने के लिए, मैंने डुपॉन्ट टाइप कनेक्टर का इस्तेमाल किया। वे व्यापक रूप से उपलब्ध हैं, सस्ते हैं और, सबसे महत्वपूर्ण बात, चुने हुए बॉक्स में आराम से फिट होने के लिए काफी छोटे हैं। केबलों को योजना के अनुसार जोड़े, ट्रिपल या चौगुनी में व्यवस्थित किया जाता है। वे आसानी से पहचाने जाने और कनेक्ट करने में आसान होने के लिए रंग-कोडित हैं। साथ ही, भविष्य के लिए तारों की एक समान उलझन में न खो जाना व्यावहारिक है। अंत में, वे यांत्रिक रूप से प्लास्टिक केबल संबंधों के साथ सुरक्षित हैं।

चरण 9: पीसीबी

चूंकि पैनल के बाहर आरेख का हिस्सा व्यापक नहीं है, इसलिए मैंने एक सार्वभौमिक पीसीबी पर एक सर्किट बनाने का फैसला किया। मैंने नियमित 9x15 सेमी पीसीबी का इस्तेमाल किया। मैंने इनपुट कैपेसिटर को लीनियर रेगुलेटर और हीटसिंक के साथ बाईं ओर रखा। इसके बाद, मैंने IC 555, 4017 काउंटर और ULN2003 ड्राइवर के लिए सॉकेट स्थापित किए। 4017 काउंटर के लिए सॉकेट खाली रहेगा क्योंकि इसका कार्य arduino द्वारा लिया जाता है। निचले हिस्से में एन-चैनल मस्जिद F630 के लिए एक ड्राइवर है।

चरण 10: अरुडिनो

Arduino के साथ सिस्टम का कनेक्शन स्कीमैटिक्स शीट एनआर में प्रलेखित है। 4. पिनों की निम्नलिखित व्यवस्था का उपयोग किया गया था:

• डीआईपी स्विच के लिए 3 डिजिटल इनपुट - डी2, डी3, डी12
• एलईडी संकेतकों के लिए 4 डिजिटल आउटपुट - D4, D5, D6, D7
• स्टेपर ड्राइवर के लिए 4 डिजिटल आउटपुट - D8, D9, D10, D11
• पोटेंशियोमीटर के लिए एक एनालॉग इनपुट - A0

एलईडी संकेतक जो व्यक्तिगत मोटर वाइंडिंग का प्रतिनिधित्व करते हैं, वाइंडिंग की तुलना में धीरे-धीरे प्रकाश करते हैं जो वास्तव में संचालित होते हैं। यदि एल ई डी की चमकती गति मोटर वाइंडिंग के अनुरूप होती है, तो हम इसे उन सभी की निरंतर रोशनी के रूप में देखेंगे। मैं अलग-अलग तरीकों के बीच एक स्पष्ट सरल प्रतिनिधित्व और अंतर प्राप्त करना चाहता था। इसलिए, एलईडी संकेतक 400 एमएस अंतराल पर स्वतंत्र रूप से नियंत्रित होते हैं।

स्टेपर मोटर को नियंत्रित करने के कार्य लेखक कॉर्नेलियस ने अपने ब्लॉग पर बनाए थे।

चरण 11: विधानसभा और परीक्षण

अंत में, मैंने सभी पैनलों को पीसीबी से जोड़ा और परीक्षक का परीक्षण शुरू किया। मैंने थरथरानवाला और उसकी श्रेणियों को एक आस्टसीलस्कप, साथ ही आवृत्ति और कर्तव्य चक्र नियंत्रण के साथ मापा। मुझे कोई बड़ी समस्या नहीं थी, मैंने जो एकमात्र बदलाव किया, वह था इनपुट इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के समानांतर सिरेमिक कैपेसिटर जोड़ना। जोड़ा गया संधारित्र डीसी एडेप्टर केबल के परजीवी तत्वों द्वारा सिस्टम में पेश किए गए उच्च-आवृत्ति हस्तक्षेप का क्षीणन प्रदान करता है। सभी परीक्षक कार्य आवश्यकतानुसार काम करते हैं।

चरण 12: आउट्रो

अब मैं अंत में उन सभी मोटरों का परीक्षण कर सकता हूं जिन्हें मैंने वर्षों से उबारने में कामयाबी हासिल की है।

यदि आप सिद्धांत, योजना, या परीक्षक के बारे में कुछ भी रुचि रखते हैं, तो मुझसे संपर्क करने में संकोच न करें।

पढ़ने और अपना समय देने के लिए धन्यवाद। स्वस्थ और सुरक्षित रहें।