Schrittmotor Fahrradgenerator. Windgenerator mit geringer Leistung aus einem Schrittmotor: ein hausgemachtes Gerät aus einem Drucker Verwendung von Schrittmotoren in hausgemachten Produkten

Tigrezno

Nachfolgend finden Sie eine Anleitung, die Ihnen dabei helfen wird, einen alten Scanner in einen beeindruckenden Stromgenerator zu „recyceln“.

Wir brauchen:

• Alter Scanner;
• Gleichrichterdioden (im Projekt wurden 8 1N4007-Dioden verwendet);
• Kondensator 1000 uF;
• PVC Rohr;
• Kunststoffteile (siehe unten);
• Aluminiumplatten (Sie können andere verwenden).

Neben der Leuchtstoffröhre und den elektronischen Komponenten hat der Scanner einen Schrittmotor, den wir brauchen. Das Foto zeigt einen Vierphasen-Schrittmotor.

Hinweis 3. Es wurde die kostenlose Schemaentwicklungssoftware http://qucs.sourceforge.net/ verwendet.

Klingen sammeln. Ausführlicher .

Leider gibt es kein Diagramm des Geräts, aber es ist nicht so schwierig, ein ähnliches aus einem Foto zusammenzubauen.

Ende! Jetzt heißt es auf einen windigen Tag warten und das Gerät ausprobieren, wie man auf dem Foto sieht – das Gerät erzeugt eine stabile Spannung von 4,95 V. Jetzt können Sie Ihren MP3-Player oder Ihr Handy kostenlos aufladen!

• Hier. Großer Mann sagte. Die Frage ist nicht in der "fabelhaften Effizienz": Die Energie ist immer noch kostenlos. Der Planet wird durch solche Kulibins nicht ärmer. Die Frage sind die Arbeitskosten und die Kosten für alles, was verwendet wird. Die Frage ist sehr umstritten: eine vertikale Linie von schrecklichen Ausmaßen oder eine horizontale Linie, aber schwenkbar. Dies ist ein Streitthema (oder besser, wenn jemand seine praktische Erfahrung auslöscht und teilt).
• Hallo an alle. meine ist etwas schwieriger. Beleuchtung des Hofes mit LED-Taschenlampen (5 Stück mit je 7 LEDs). die Batterie kostet 7,2 Volt 700 mA. Zusammengebaut nach dem Spannungsverdopplungsschema. :).
• Der Wind ist durchschnittlich, ich weiß nicht, wie ich ihn messen soll ... er hat ein wenig aufgehört und ist den Wind nicht wert.
• und hier ist der kopf. (Der Multiplikator wurde entfernt, das Kleben ist damit viel ländlicher, und der Unterschied ist minimal, und es macht keinen Lärm). Meine vertikale ist generell leise und leuchtet seit 1,5 Jahren ohne Akku (auch SD).
• mba1 hat Recht, und Vertikale über 200 U / min sind höchst zweifelhaft.
• Es scheint mir, dass die Schaufeln für einen solchen Motor groß sind. Passen Sie die Größe an die Leistung an, Sie sehen, es wird eine völlig korrekte Windmühle sein. Hast du die Parameter geändert?
• Ich habe die Blätter schmaler und kürzer gemacht, der Durchmesser betrug etwa 1,1 m, die Geschwindigkeit wurde erhöht und es dreht sich, wenn Sie keinen Wind spüren. Phanari schon 6 :). Hier ist das Video - http://depositfiles.com/files/18bs0ha7b
• Ich erinnere mich nicht mehr an die Parameter, bei einem durchschnittlichen Wind von etwa 8 Volt, max, jetzt möchte ich nicht wirklich dort klettern, und mein Kopf ist voller anderer, ich warte auf Neodym-Magnete (24 Stk ), sie werden eines Tages kommen :), ich werde einen Generator bauen :).
• Benötigt man einen Schrittmotor, dann nicht vom Scanner, sondern vom Drucker, davon sind zwei im Matrizenhals, auch bei Wartung, bei schneller Kopfbewegung fangen die LEDs an zu leuchten. Ich denke, nicht mit einem ernsthaften Handwerk zu beginnen, sondern mit den Motoren vom Zhiguli-Ofen zu beginnen, oder der Motor vom Glasreiniger liegt in der Garage herum.
• Es gibt Kollektormotoren (z. B. DP ..., DPM ...) mit Fliehkraftdrehzahlbegrenzer. Vielleicht gibt es Ideen, wie man dies für das inverse Problem im Generator anpassen kann? Es kommt mir einfach nicht richtig vor...
• Und von ShD3-SHD5 kann jemand durcheinander kommen?
• Oder mit Motoren aus Flugzeugmodellen, kleine Baugröße, hohe Leistung?
• http://vkontakte.ru/club11998700 - ES GIBT FOTOS UND VIDEOS SD, Neodym, Links ....
• Wie sind die Motoreinstellungen? Volt pro Spule? Stromstärke? wie viele Spulen (Stifte?) und welcher Rotationsgrad?
• es ist wünschenswert, shd auszuwählen - weniger Wicklungswiderstand, höhere Betriebsspannung, dann gibt ein anständiger Impuls einen Schritt :)
• Wenn bei einer höheren Spannung weniger Widerstand vorhanden ist, dann ist die Leistung größer. So können Sie nach GRÖSSE wählen :)
• http://www.youtube.com/watch?v=7WgS4kxobI0&feature=channel_video_title
• Das ist mein Video.
• Wer weiß, kann jeder SD als Generator verwendet werden?Wenn Sie kaufen, leistungsfähiger als in einem Drucker.
• Es ist schwierig, einen leistungsstarken Schrittmotor als Generator zu verwenden. Der Grund ist der große Moment des Starts.

Für den Betrieb fast aller Elektrogeräte sind spezielle Antriebsmechanismen erforderlich. Wir schlagen vor, zu überlegen, was ein Schrittmotor ist, wie er aufgebaut ist, wie er funktioniert und wie er angeschlossen wird.

Was ist ein Schrittmotor?

Ein Schrittmotor ist eine elektrische Maschine, die die elektrische Energie des Netzwerks in mechanische Energie umwandeln soll. Strukturell besteht es aus Statorwicklungen und einem weich- oder hartmagnetischen Rotor. Eine Besonderheit eines Schrittmotors ist die diskrete Rotation, bei der eine bestimmte Anzahl von Impulsen einer bestimmten Anzahl von Schritten entspricht. Solche Geräte werden am häufigsten in CNC-Werkzeugmaschinen, Robotik, Informationsspeicher- und Lesegeräten verwendet.

Im Gegensatz zu anderen Maschinentypen dreht sich ein Schrittmotor nicht kontinuierlich, sondern schrittweise, woher auch der Name des Geräts kommt. Jeder dieser Schritte ist nur ein Teil seines vollen Umsatzes. Die Anzahl der Schritte, die für eine volle Drehung der Welle erforderlich sind, ist je nach Anschlussschema, Motormarke und Steuerungsmethode unterschiedlich.

Vor- und Nachteile eines Schrittmotors

Die Vorteile der Verwendung eines Schrittmotors umfassen:

• Bei Schrittmotoren entspricht der Drehwinkel der Anzahl der angelegten elektrischen Signale, während nach dem Stoppen der Drehung das volle Drehmoment und die Fixierung beibehalten werden;
• Präzise Positionierung - liefert 3 - 5% des eingestellten Schrittes, der sich nicht von Schritt zu Schritt ansammelt;
• Bietet Hochgeschwindigkeitsstart, Rückwärtsgang, Stopp;
• Es zeichnet sich durch hohe Zuverlässigkeit aus, da im Gegensatz zu Kollektormotoren keine reibenden Komponenten zur Stromabnahme vorhanden sind;
• Der Schrittmotor benötigt keine Rückmeldung für die Positionierung;
• Kann niedrige Drehzahlen für direkt aufgebrachte Last ohne Getriebe liefern;
• Relativ niedrigere Kosten im Vergleich zu denselben;
• Durch Ändern der Frequenz elektrischer Impulse wird ein großer Bereich der Wellendrehzahlsteuerung bereitgestellt.

Die Nachteile der Verwendung eines Schrittmotors sind:

• Es kann zu Resonanzeffekten und Schlupf der Steppereinheit kommen;
• Es besteht die Möglichkeit, dass aufgrund fehlender Rückmeldung die Kontrolle verloren geht;
• Die verbrauchte Strommenge hängt nicht vom Vorhandensein oder Fehlen einer Last ab;
• Schwierigkeiten bei der Steuerung aufgrund der Besonderheit der Schaltung

Gerät und Funktionsprinzip

Reis. 1. Das Funktionsprinzip des Schrittmotors

Abbildung 1 zeigt 4 Wicklungen, die zum Motorstator gehören und deren Anordnung so angeordnet ist, dass sie in einem Winkel von 90º zueinander stehen. Daraus folgt, dass eine solche Maschine durch eine Schrittweite von 90º gekennzeichnet ist.

In dem Moment, in dem die Spannung U1 an die erste Wicklung angelegt wird, bewegt sich der Rotor um die gleichen 90º. Bei abwechselndem Anlegen der Spannung U2, U3, U4 an die entsprechenden Wicklungen dreht sich die Welle weiter bis zur Vollendung eines vollen Kreises. Dann wiederholt sich der Zyklus erneut. Um die Drehrichtung zu ändern, reicht es aus, die Reihenfolge zu ändern, in der die Impulse den entsprechenden Wicklungen zugeführt werden.

Arten von Schrittmotoren

Um verschiedene Betriebsparameter sicherzustellen, sind sowohl die Schrittgröße, um die sich die Welle bewegt, als auch das zur Bewegung aufgebrachte Moment wichtig. Variationen dieser Parameter werden aufgrund der Konstruktion des Rotors selbst, der Verbindungsmethode und der Konstruktion der Wicklungen erreicht.

Je nach Ausführung des Rotors

Das rotierende Element sorgt für eine magnetische Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Feld des Stators. Daher sein Design und technische Eigenschaften bestimmen direkt die Betriebsart und Rotationsparameter des Schrittschaltwerks. Um den Typ des Schrittmotors praktisch zu bestimmen, muss bei stromlosem Netz die Welle gedreht werden, wenn Sie einen Widerstand spüren, deutet dies auf das Vorhandensein eines Magneten hin, ansonsten handelt es sich um eine Ausführung ohne magnetischen Widerstand.

Reaktiv

Ein reaktiver Schrittmotor ist nicht mit einem Magneten am Rotor ausgestattet, sondern besteht aus weichmagnetischen Legierungen, in der Regel wird er aus Platten zusammengesetzt, um Induktionsverluste zu reduzieren. Das Design im Querschnitt ähnelt einem Zahnrad mit Zähnen. Die Pole der Statorwicklungen werden von entgegengesetzten Paaren gespeist und erzeugen eine Magnetkraft, um den Rotor zu bewegen, der sich durch den abwechselnden elektrischen Stromfluss in den Wicklungspaaren bewegt.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Bauweise des Schrittantriebs ist das Fehlen eines durch das Feld erzeugten Sperrmoments gegenüber dem Anker. Tatsächlich ist dies derselbe, bei dem die Drehung des Rotors in Übereinstimmung mit dem Statorfeld verläuft. Der Nachteil ist die Reduzierung des Drehmoments. Der Schritt für ein Strahltriebwerk reicht von 5 bis 15 °.

Mit Dauermagneten

In diesem Fall ist das bewegliche Element des Schrittmotors aus einem Permanentmagneten zusammengesetzt, der zwei- oder mehrpolig sein kann. Die Drehung des Rotors wird durch die Anziehung oder Abstoßung der Magnetpole durch das elektrische Feld bereitgestellt, wenn Spannung an die entsprechenden Wicklungen angelegt wird. Bei dieser Ausführung beträgt die Winkelteilung 45-90°.

hybrid

Es wurde entwickelt, um zusammenzubringen beste Qualitäten zwei Vorgängermodelle, wodurch das Gerät einen kleineren Winkel und eine kleinere Steigung hat. Sein Rotor ist in Form eines zylindrischen Permanentmagneten ausgeführt, der entlang der Längsachse magnetisiert ist. Strukturell sieht es aus wie zwei runde Pole, auf deren Oberfläche sich Rotorzähne aus weichmagnetischem Material befinden. Diese Lösung ermöglichte eine hervorragende Haltekraft und ein hervorragendes Drehmoment.

Die Vorteile eines Hybrid-Schrittmotors sind seine hohe Präzision, Laufruhe und Bewegungsgeschwindigkeit in kleinen Schritten - von 0,9 bis 5 °. Sie werden für High-End-CNC-Maschinen, Computer- und Bürogeräte und moderne Robotik verwendet. Einziges Manko sind die relativ hohen Anschaffungskosten.

Analysieren wir zum Beispiel den Hybridschrittmotor für 200 Wellenpositionierungsschritte. Dementsprechend hat jeder der Zylinder 50 Zähne, einer davon ist ein positiver Pol, der zweite ist ein negativer. Dabei liegt jeder Positivzahn der Nut im Negativzylinder gegenüber und umgekehrt. Strukturell sieht es so aus:

Dadurch ergeben sich auf der Schrittmotorwelle 100 Wechselpole mit hervorragender Polarität. Der Stator hat auch Zähne, wie in Abbildung 6 unten gezeigt, mit Ausnahme der Lücken zwischen seinen Komponenten.

Reis. 6. Arbeitsprinzip des Hybrid-Schrittmotors

Aufgrund dieser Konstruktion ist es möglich, in 50 verschiedenen Positionen eine Verschiebung des gleichen Südpols relativ zum Stator zu erreichen. Durch den Positionsunterschied in der Halbposition zwischen Nord- und Südpol wird die Bewegungsmöglichkeit in 100 Positionen erreicht, und die Phasenverschiebung um eine Viertelteilung ermöglicht eine Verdopplung der Schrittzahl durch sequentielle Anregung , dh bis zu 200 Schritte der Winkelwelle pro 1 Umdrehung.

Beachten Sie Abbildung 6, das Funktionsprinzip eines solchen Schrittmotors besteht darin, dass bei paarweiser Bestromung gegenüberliegender Wicklungen die gegenüberliegenden Pole des Rotors, die sich hinter den Statorzähnen befinden, hochgezogen und die gleichnamigen Pole abgestoßen werden in Drehrichtung davor.

Nach Art der Wicklungen

In der Praxis ist ein Schrittmotor ein mehrphasiger Motor. Die Laufruhe hängt direkt von der Anzahl der Wicklungen ab - je mehr Windungen vorhanden sind, desto gleichmäßiger erfolgt die Drehung, aber auch desto höher sind die Kosten. Dabei steigt das Drehmoment nicht mit der Anzahl der Phasen an, obwohl z normale Operation ihre Mindestanzahl am Motorstator muss mindestens zwei betragen. Die Anzahl der Phasen bestimmt nicht die Anzahl der Wicklungen, daher kann ein Zweiphasen-Schrittmotor vier oder mehr Wicklungen haben.

Unipolar

Ein unipolarer Schrittmotor unterscheidet sich dadurch, dass die Wicklungsverbindungsschaltung einen Zweig vom Mittelpunkt hat. Dies macht es einfach, die Magnetpole zu ändern. Der Nachteil dieser Konstruktion ist die Nutzung von nur der Hälfte der verfügbaren Windungen, wodurch weniger Drehmoment erreicht wird. Daher sind sie groß.

Um die volle Leistung der Spule zu nutzen, bleibt der mittlere Anschluss unbeschaltet. Betrachten Sie die Designs von unipolaren Einheiten, sie können 5 und 6 Pins enthalten. Ihre Anzahl hängt davon ab, ob der mittlere Draht getrennt von jeder Motorwicklung ausgegeben wird oder ob sie miteinander verbunden sind.

Bipolar

Der bipolare Schrittmotor wird über 4 Pins mit dem Controller verbunden. Dabei können die Wicklungen intern sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet werden. Betrachten Sie ein Beispiel seiner Arbeit in der Abbildung.

Im Strukturdiagramm eines solchen Motors sehen Sie mit einer Erregerwicklung in jeder Phase. Aus diesem Grund erfordert die Änderung der Stromrichtung die Verwendung spezieller Treiber in der elektronischen Schaltung (elektronische Chips zur Steuerung). Ein ähnlicher Effekt lässt sich durch Einschalten der H-Brücke erzielen. Im Vergleich zum Vorgänger bietet das bipolare Gerät das gleiche Drehmoment in einem viel kleineren Paket.

Schrittmotor anschließen

Um die Wicklungen mit Strom zu versorgen, benötigen Sie ein Gerät, das einen Steuerimpuls oder eine Reihe von Impulsen in einer bestimmten Reihenfolge liefern kann. Solche Blöcke sind Halbleiterbauelemente zum Anschließen eines Schrittmotors, Mikroprozessortreiber. In dem es eine Reihe von Ausgangsanschlüssen gibt, bestimmt jeder von ihnen die Stromversorgungsmethode und den Betriebsmodus.

Je nach Anschlussschema muss der eine oder andere Ausgang der Steppereinheit verwendet werden. Mit verschiedenen Optionen zum Summieren bestimmter Anschlüsse zum DC-Ausgangssignal wird eine bestimmte Rotationsgeschwindigkeit, ein Schritt oder Mikroschritt einer linearen Bewegung in der Ebene erhalten. Da einige Aufgaben eine niedrige, andere eine hohe Frequenz benötigen, kann derselbe Motor den Parameter auf Kosten des Fahrers einstellen.

Typische Anschlussdiagramme für Schrittmotoren

Je nachdem, wie viele Schlussfolgerungen zu einem bestimmten präsentiert werden Schrittmotor: 4, 6 oder 8 Pins, es wird anders sein und die Möglichkeit, das eine oder andere Schema für ihre Verbindung zu verwenden. Schauen Sie sich die Bilder an, hier sind typische Optionen zum Anschließen eines Schrittschaltwerks:

Schaltplan verschiedene Arten Schrittmotoren

Vorausgesetzt, dass die Hauptpole der Schrittmaschine von demselben Treiber gespeist werden, können gemäß diesen Schemata die folgenden Besonderheiten der Arbeit festgestellt werden:

• Die Ausgänge sind eindeutig mit den entsprechenden Klemmen des Geräts verbunden. Wenn die Wicklungen in Reihe geschaltet werden, erhöht dies die Induktivität der Wicklungen, verringert jedoch den Strom.
• Bietet Passwert Elektrische Eigenschaften. In einer Parallelschaltung steigt der Strom und die Induktivität sinkt.
• Beim Anschluss einer Phase pro Wicklung verringert sich das Drehmoment um niedrige Drehzahlen und Ströme reduzieren.
• Führt im angeschlossenen Zustand alle elektrischen u dynamische Eigenschaften laut Pass Nennströme. Das Steuerschema ist stark vereinfacht.
• Gibt viel mehr Drehmoment ab und wird für hohe Geschwindigkeiten verwendet;
• Wie das vorherige ist es zur Erhöhung des Drehmoments ausgelegt, wird jedoch für niedrige Drehzahlen verwendet.

Schrittmotorsteuerung

Der Betrieb eines Schrittschaltwerks kann auf mehrere Arten erfolgen. Diese unterscheiden sich jeweils in der Art und Weise, wie die Signale an die Polpaare angelegt werden. Insgesamt wird ein Schießstand des Wicklungsaktivierungsverfahrens unterschieden.

Welle- In diesem Modus wird nur eine Wicklung erregt, zu der die Rotorpole angezogen werden. Gleichzeitig ist der Schrittmotor nicht in der Lage, eine große Last zu ziehen, da er nur die Hälfte des Drehmoments erzeugt.

vollen Schritt- In diesem Modus erfolgt ein gleichzeitiges Umschalten der Phasen, dh beide werden gleichzeitig erregt. Dadurch wird das maximale Drehmoment bereitgestellt, bei Parallel- oder Reihenschaltung der Wicklungen entsteht die maximale Spannung bzw. der maximale Strom.

halber Schritt- ist eine Kombination der beiden vorherigen Methoden zum Schalten von Wicklungen. Bei deren Umsetzung wird in einem Schrittmotor Spannung abwechselnd zuerst an eine Spule und dann an zwei gleichzeitig angelegt. Dadurch ergibt sich eine bessere Fixierung auf Höchstgeschwindigkeiten und mehr Schritte.

Für eine weichere Steuerung und Überwindung der Trägheit des Rotors wird eine Mikroschrittsteuerung verwendet, bei der die Sinuskurve des Signals durch Mikroschrittimpulse ausgeführt wird. Dadurch ändern sich die Wechselwirkungskräfte der Magnetkreise in einem Schrittmotor sanfter und als Ergebnis die Bewegung des Rotors zwischen den Polen. Ermöglicht es Ihnen, das Ruckeln des Schrittmotors erheblich zu reduzieren.

Ohne Steuerung

Das H-Brücken-System wird zur Steuerung von bürstenlosen Motoren verwendet. Damit können Sie die Polarität umschalten, um den Schrittmotor umzukehren. Es kann an Transistoren oder Mikroschaltungen durchgeführt werden, die eine logische Kette zum Bewegen von Schlüsseln erstellen.

Wie Sie sehen können, wird von der Stromversorgung V Spannung an die Brücke angelegt. Wenn die Kontakte S1 - S4 oder S3 - S2 paarweise verbunden sind, fließt Strom durch die Motorwicklungen. Was zu einer Drehung in die eine oder andere Richtung führt.

mit Regler

Mit dem Controller-Gerät können Sie den Schrittmotor in verschiedenen Modi steuern. Der Controller basiert auf die elektronische Einheit, die Gruppen von Signalen bildet und deren Sequenz an die Statorspulen gesendet werden. Um die Möglichkeit einer Beschädigung im Falle eines Kurzschlusses oder einer anderen Notsituation am Motor selbst zu verhindern, ist jeder Ausgang durch eine Diode geschützt, die den Impuls in die entgegengesetzte Richtung nicht verpasst.

Anschluss über unipolare Schrittmotorsteuerung

Beliebte Steuerungsschemata für Schrittmotoren

Regelkreis von einem Regler mit Differenzausgang

Es ist eine der geräuschärmsten Arbeitsweisen. In diesem Fall wird das direkte und inverse Signal direkt mit den entsprechenden Polen verbunden. In einer solchen Schaltung muss eine Abschirmung des Signalleiters aufgebracht werden. Ideal für Lasten mit geringer Leistung.

Steuerkreis von einem Regler mit Open-Collector-Ausgang

In dieser Schaltung werden die positiven Eingänge des Reglers zusammengefasst, die mit dem Pluspol verbunden sind. Bei einer Stromversorgung über 9 V muss ein spezieller Widerstand in die Schaltung aufgenommen werden, um den Strom zu begrenzen. Ermöglicht es Ihnen, die erforderliche Anzahl von Schritten mit einer genau festgelegten Geschwindigkeit einzustellen, die Beschleunigung zu bestimmen usw.

Der einfachste Do-it-yourself-Schrittmotortreiber

Um eine Treiberschaltung zu Hause zusammenzubauen, können einige Gegenstände aus alten Druckern, Computern und anderen Geräten nützlich sein. Sie benötigen Transistoren, Dioden, Widerstände (R) und einen IC (RG).

Beachten Sie beim Erstellen eines Programms das folgende Prinzip: Wenn eine logische Einheit an einen der Ausgänge D angelegt wird (das Ruhesignal Null), öffnet der Transistor und das Signal wird an die Motorspule weitergegeben. Somit ist ein Schritt abgeschlossen.

Basierend auf der Schaltung wird eine Leiterplatte zusammengestellt, die Sie selbst versuchen oder auf Bestellung herstellen können. Danach werden die entsprechenden Teile auf die Platine gelötet. Das Gerät kann den Stepper von einem Heimcomputer aus steuern, indem es an einen normalen USB-Anschluss angeschlossen wird.

Nützliches Video

Wind ist kostenlose Energie! Also nutzen wir es für private Zwecke. Wenn die Errichtung eines Windparks im industriellen Maßstab sehr teuer ist, weil neben dem Generator eine Reihe von Studien und Berechnungen durchgeführt werden müssen, trägt der Staat diese Kosten nicht und aus irgendeinem Grund Investoren in den Ländern der ehemaligen UdSSR sind nicht von besonderem Interesse. Dann können Sie privat eine Mini-Windmühle für Ihre eigenen Bedürfnisse bauen. Es versteht sich, dass das Projekt, Ihr Haus auf alternative Energien umzustellen, ein sehr kostspieliges Unterfangen ist.

Wie bereits erwähnt: Um das optimale Verhältnis der Größen von Windrad und Generator passend zu Ihrem Klima, Ihrer Windrose und Ihrer durchschnittlichen Jahreswindgeschwindigkeit zu wählen, müssen Sie langfristige Beobachtungen und Berechnungen anstellen.

Der Wirkungsgrad einer Windkraftanlage innerhalb derselben Region kann sich erheblich unterscheiden, da die Windbewegung nicht nur von der Klimazone, sondern auch vom Gelände abhängt.

Sie können jedoch zu minimalen Kosten lernen, was Windenergie ist, indem Sie eine kostengünstige Installation zusammenstellen, um eine Last mit geringer Leistung wie ein Smartphone, Glühbirnen oder ein Radio mit Strom zu versorgen. Mit dem richtigen Ansatz können Sie ein kleines Haus oder ein Sommerhaus mit Strom versorgen.

Schauen wir uns an, wie Sie die einfachste Windkraftanlage mit Ihren eigenen Händen bauen können.

Windmühlen mit geringer Leistung aus improvisierten Mitteln

Ein Computerkühler ist ein bürstenloser Motor, der in seiner ursprünglichen Form keinen praktischen Wert hat.

Es muss neu gewickelt werden, da im Original die Wicklungen falsch angeschlossen sind. Spulen abwechselnd wickeln:

Im Uhrzeigersinn;

Gegen den Uhrzeigersinn;

Im Uhrzeigersinn;

Gegen den Uhrzeigersinn.

Sie müssen benachbarte Spulen in Reihe schalten oder noch besser mit einem Stück Draht wickeln, indem Sie sich von einer Nut zur anderen bewegen. Wählen Sie in diesem Fall die Dicke des Drahtes beliebig, es wäre besser, wenn Sie so viele Windungen wie möglich wickeln, und dies ist möglich, wenn Sie den dünnsten Draht verwenden.

Die Ausgangsspannung eines solchen Generators ist variabel und ihr Wert hängt von der Geschwindigkeit (Windgeschwindigkeit) ab. Installieren Sie eine Diodenbrücke aus Schottky-Dioden, um sie auf eine Konstante gleichzurichten. Normale Dioden reichen aus, aber es wird schlimmer, weil . Die Spannung fällt von 1 auf 2 Volt ab.

Lyrischer Exkurs, ein wenig Theorie

Denken Sie daran, der Wert des EMF ist:

wobei L die Länge des in einem Magnetfeld platzierten Leiters ist; V ist die Rotationsgeschwindigkeit des Magnetfelds;

Beim Upgrade des Generators können Sie nur die Länge des Leiters beeinflussen, dh die Anzahl der Windungen jeder der Spulen. Die Anzahl der Windungen - bestimmt die Ausgangsspannung und die Dicke des Drahtes - die maximale Strombelastung.

In der Praxis ist es unmöglich, die Windgeschwindigkeit zu beeinflussen. Es gibt jedoch auch einen Ausweg aus dieser Situation, den Sie herausfinden können typische Geschwindigkeit Windkraftanlage für Ihr Gebiet, konstruieren Sie den passenden Drehzahlpropeller für die Windkraftanlage sowie ein Untersetzungsgetriebe oder einen Riemenantrieb, um eine ausreichende Drehzahl bereitzustellen, um die erforderliche Spannung zu erzeugen.

WICHTIG: Schneller heißt nicht besser! Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Windgenerators zu hoch ist, wird seine Ressource reduziert, die Schmiereigenschaften der Buchsen oder Lager des Rotors verschlechtern sich, und es kommt zu einer Blockierung, und es tritt höchstwahrscheinlich ein Zusammenbruch der Wicklungsisolation im Generator auf

Der Generator besteht aus:

Wir erhöhen die Leistung des Generators von einem Computerkühler

Erstens, je mehr Schaufeln und Raddurchmesser, desto besser, also schauen Sie sich 120-mm-Kühler an.

Zweitens haben wir bereits gesagt, dass die Spannung auch vom Magnetfeld abhängt. Tatsache ist, dass industrielle Generatoren mit hoher Leistung Erregerwicklungen und Generatoren mit geringer Leistung starke Magnete haben. Die Magnete im Kühler sind extrem schwach und lassen das nicht zu gute Ergebnisse vom Generator, und der Spalt zwischen Rotor und Stator ist sehr groß - etwa 1 mm, und das bei bereits schwachen Magneten.

Die Lösung für dieses Problem besteht darin, das Design des Generators radikal zu ändern. Vielmehr wird vom Kühler nur ein Laufrad benötigt, als Generator selbst kann ein Motor aus einem Drucker oder einem anderen Haushaltsgerät verwendet werden. Am gebräuchlichsten sind Bürstenmotoren mit Erregung durch Permanentmagnete.

Als Ergebnis wird es so aussehen.

Die Leistung eines solchen Generators reicht aus, um die LEDs und das Radio mit Strom zu versorgen. Es reicht nicht aus, das Telefon aufzuladen, das Telefon zeigt den Ladevorgang an, aber der Strom ist extrem gering, bis zu 100 Ampere, bei einem Wind von 5-10 Metern pro Sekunde.

Schrittmotoren als Windgenerator

Ein Schrittmotor findet sich sehr häufig in Computer- und Haushaltsgeräten, in diversen Playern, Diskettenlaufwerken (interessant sind alte 5,25“-Modelle), Druckern (insbesondere Punktmatrix), Scannern usw.

Diese Motoren ohne Änderungen können als Generator arbeiten, sie sind ein Rotor mit Permanentmagneten und ein Stator mit Wicklungen, ein typisches Anschlussdiagramm eines Schrittmotors im Generatormodus ist in der Abbildung dargestellt.

Die Schaltung verfügt über einen linearen 5-Volt-Stabilisator, Typ L7805, mit dem Sie eine sichere Verbindung herstellen können Handys zu einer solchen Windmühle, um sie anzugreifen.

Das Foto zeigt einen Generator aus einem Schrittmotor mit installierten Schaufeln.

Der Motor in einem bestimmten Fall mit 4 Ausgangsleitungen, das Diagramm ist entsprechend dafür. Ein Motor mit solchen Abmessungen leistet im Generatorbetrieb ca. 2 W bei leichtem Wind (Windgeschwindigkeit ca. 3 m/s) und 5 m/s bei starkem Wind (bis 10 m/s).

Hier ist übrigens eine ähnliche Schaltung mit einer Zenerdiode anstelle von L7805. Ermöglicht das Aufladen von Li-Ionen-Akkus.

Veredelung einer selbstgebauten Windmühle

Damit der Generator effizienter arbeiten kann, ist es notwendig, einen Führungsschaft dafür herzustellen und ihn beweglich am Mast zu befestigen. Wenn sich dann die Richtung des Windes ändert, ändert sich die Richtung des Windgenerators. Dann tritt folgendes Problem auf: Das Kabel vom Generator zum Verbraucher wird sich um den Mast verdrehen. Um dies zu lösen, müssen Sie einen beweglichen Kontakt bereitstellen. Eine fertige Lösung wird bei Ebay und Aliexpress verkauft.

Die unteren drei Drähte gehen bewegungslos nach unten, und das obere Drahtbündel ist beweglich, ein Schleifkontakt oder ein Bürstenmechanismus ist im Inneren installiert. Wenn Sie keine Gelegenheit zum Kauf haben, seien Sie schlau und lassen Sie sich von der Entscheidung der Designer des Zhiguli-Autos inspirieren, nämlich die Implementierung des beweglichen Kontakts des Signalknopfs am Lenkrad, und tun Sie etwas Ähnliches. Oder verwenden Sie das Kontaktpad vom Wasserkocher.

Durch Verbinden der Steckverbinder erhalten Sie einen beweglichen Kontakt.

Leistungsstarker Windgenerator aus improvisierten Mitteln.

Für mehr Leistung können Sie zwei Optionen verwenden:

1. Generator aus einem Schraubendreher (10-50 W);

Sie benötigen nur einen Motor von einem Schraubendreher, die Option ähnelt der vorherigen, Sie können Lüfterflügel als Schraube verwenden, dies erhöht die Endleistung Ihrer Installation.

Hier ist ein Beispiel für ein solches Projekt:

Achten Sie darauf, wie hier ein Getriebe-Overdrive implementiert wird - die Welle des Windgenerators befindet sich in einem Rohr, an dessen Ende sich ein Zahnrad befindet, das die Drehung auf ein kleineres Zahnrad überträgt, das auf der Motorwelle montiert ist. Auch bei industriellen Windkraftanlagen kommt es zu einer Erhöhung der Motordrehzahl. Reduzierstücke werden überall verwendet.

In einer hausgemachten Umgebung wird die Herstellung eines Getriebes jedoch zu einem großen Problem. Sie können das Getriebe vom Elektrowerkzeug abnehmen, es wird dort zum Absenken benötigt hohe Drehzahlen auf der Welle des Kollektormotors auf die normale Drehzahl der Patrone auf der Bohrmaschine oder der Schleifscheibe:

Die Bohrmaschine hat ein Planetengetriebe;

In den Winkelschleifer ist ein Winkelgetriebe eingebaut (es wird für die Installation einiger Anlagen nützlich sein und die Belastung durch das Heck der Windkraftanlage verringern);

Getriebe aus einer Handbohrmaschine.

Diese Version eines selbstgebauten Windgenerators kann bereits 12-V-Batterien laden, es wird jedoch ein Konverter benötigt, um den Ladestrom und die Spannung zu erzeugen. Diese Aufgabe kann durch die Verwendung eines Autogenerators vereinfacht werden.

Der Vorteil eines solchen Generators ist die Möglichkeit, ihn zum Laden zu verwenden Autobatterien Im Grunde ist es dafür ausgelegt. Autogeneratoren verfügen über ein eingebautes Spannungsreglerrelais, wodurch der Kauf zusätzlicher Stabilisatoren oder Konverter entfällt.

Allerdings wissen Autofahrer das zu gering Leerlauf B. etwa 500-1000 U/min, ist die Leistung eines solchen Generators gering und liefert nicht den richtigen Strom zum Laden der Batterie. Dies führt zu der Notwendigkeit, das Windrad über ein Getriebe oder einen Riemenantrieb zu verbinden.

Über die Auswahl können Sie die Drehzahl bei für Ihre Breitengrade normalen Windgeschwindigkeiten einstellen Übersetzungsverhältnis oder mit Hilfe einer richtig konstruierten Windkraftanlage.

Hilfreiche Ratschläge

Das vielleicht bequemste Design für Windmühlenmasten zur Wiederholung ist auf dem Bild zu sehen. Ein solcher Mast wird auf Seilen gespannt, die an Halterungen im Boden befestigt sind, was für Stabilität sorgt.

Wichtig: Die Höhe des Mastes sollte so hoch wie möglich sein, ungefähr 10 Meter. In höheren Lagen ist der Wind stärker, weil ihm keine Hindernisse in Form von Bodenstrukturen, Hügeln und Bäumen entgegenstehen. Installieren Sie niemals einen Windgenerator auf dem Dach Ihres Hauses. Resonanzschwingungen von Befestigungsstrukturen können die Zerstörung ihrer Wände verursachen.

Achten Sie auf die Zuverlässigkeit des Trägermastes, denn das Design einer Windmühle auf der Basis eines solchen Generators ist viel schwerer und bereits eine ziemlich ernsthafte Lösung, die ein Gartenhaus mit einem Minimum an Elektrogeräten autonom mit Strom versorgen kann. Geräte, die mit 220 Volt betrieben werden, können von einem 12-220-V-Wechselrichter gespeist werden.Die gebräuchlichste Version eines solchen Wechselrichters ist.

Es ist besser, Dieselgeneratoren zu verwenden, inkl. Lastwagen weil sie für niedrige Geschwindigkeiten ausgelegt sind. Im mittleren Dieselmotor Großlastwagen arbeitet im Drehzahlbereich von 300 bis 3500 U/min.

Moderne Generatoren geben 12 oder 24 Volt ab, 100 Ampere Stromstärke sind längst Normalität. Nach einfachen Berechnungen können Sie feststellen, dass ein solcher Generator maximal bis zu 1 kW Leistung liefert und ein Generator aus einem Zhiguli (12 V 40-60 A) 350-500 W, was schon ziemlich ist anständige Figur.

Was sollte ein Windrad für eine selbstgebaute Windkraftanlage sein?

Ich habe im Text erwähnt, dass das Windrad groß und mit einer großen Anzahl von Blättern sein sollte, tatsächlich ist dies nicht der Fall. Diese Aussage galt für jene Mikrogeneratoren, die nicht den Anspruch erheben, ernsthafte elektrische Maschinen zu sein, sondern eher Gewöhnungs- und Freizeitexemplare.

Tatsächlich ist die Konstruktion, Berechnung und Erstellung einer Windenergieanlage eine sehr schwierige Aufgabe. Windenergie wird rationeller genutzt, wenn sie sehr genau gemacht wird und das Profil „Luftfahrt“ ideal angezeigt wird, während sie mit einem minimalen Winkel zur Rotationsebene des Rades installiert werden muss.

Die tatsächliche Leistung von Windrädern mit gleichem Durchmesser und unterschiedlicher Anzahl von Blättern ist gleich, der Unterschied besteht nur in der Geschwindigkeit ihrer Rotation. Je weniger Flügel, desto mehr Drehzahl pro Minute, bei gleichem Wind und Durchmesser. Wenn Sie die maximale Drehzahl erreichen möchten, müssen Sie die Flügel so genau wie möglich mit einem minimalen Winkel zur Rotationsebene montieren.

Sehen Sie sich die Tabelle aus dem Buch „Homemade Wind Farm“ von 1956 an, Hrsg. DOSAAF Moskau. Es zeigt den Zusammenhang zwischen Raddurchmesser, Leistung und Drehzahl.

Zu Hause nützen diese theoretischen Berechnungen wenig, Amateure bauen Windräder aus improvisierten Mitteln, sie verwenden:

• Bleche;

  Abwasserrohre aus Kunststoff.

Sie können ein Hochgeschwindigkeits-2-4-Blatt-Windrad mit Ihren eigenen Händen aus Abwasserrohren zusammenbauen, zusätzlich benötigen Sie eine Metallsäge oder ein anderes Schneidwerkzeug. Die Verwendung dieser Rohre ist auf ihre Form zurückzuführen, nach dem Schneiden haben sie eine konkave Form, die eine hohe Reaktionsfähigkeit auf Luftströmungen gewährleistet.

Nach dem Zuschneiden werden sie mit BOLTS auf einem Metall-, Textolite- oder Sperrholzrohling befestigt. Wenn Sie es aus Sperrholz herstellen, ist es besser, mehrere Schichten Sperrholz auf beiden Seiten mit Schrauben zu kleben und zu verdrehen, dann können Sie Steifigkeit erreichen.

Hier ist eine Idee für ein zweiflügeliges einteiliges Laufrad für einen Schrittmotorgenerator.

Schlussfolgerungen

Sie können eine Windkraftanlage im Bereich von niedrigen Leistungswerten in Watteinheiten, zur Versorgung einzelner LED-Lampen, Leuchtfeuer und kleiner Geräte bis hin zu guten Leistungswerten in Kilowatteinheiten herstellen, Energie in einer Batterie speichern und in ihrer ursprünglichen Form verwenden oder auf 220 Volt umwandeln. Die Kosten für ein solches Projekt hängen von Ihren Bedürfnissen ab, das vielleicht teuerste Element sind der Mast und die Batterien, es kann im Bereich von 300 bis 500 Dollar liegen.

Für den Betrieb eines elektrischen Gerätes ist ein spezieller Antriebsmechanismus erforderlich. Ein Schrittmotor ist ein solches Gerät. Heute gibt es große Auswahl verschiedene Elektromotoren, unterteilt nach Typ und Schema des vom Controller gesteuerten Treibers.

Was ist ein Schrittmotor?

Ein Schrittmotor ist ein Synchronmotor elektromechanisches Gerät, der das Steuersignal auf die mechanische Bewegung des Rotors überträgt. Die Rotation erfolgt in Schritten, die in einer bestimmten Position fixiert sind.

Wie ein Schrittmotor funktioniert

Wenn Spannung an die Klemmen angelegt wird, laufen die Bürsten des Elektromotors an und beginnen sich kontinuierlich zu drehen. Motor Leerlauf bewegen hat eine besondere Eigenschaft, es ist die Umwandlung eingehender Rechteckimpulse in eine vorgegebene Position der anliegenden Antriebswelle.

Die Welle bewegt sich unter fester Winkel mit jedem Impuls. Befinden sich mehrere Getriebeelektromagnete um das zentrale Zahnradeisen herum, sind Geräte mit einem solchen Getriebe recht effektiv. Der Mikrocontroller erregt die Elektromagnete. Ein gezahnter Elektromagnet zieht unter dem Einfluss von Energie die Zähne des Zahnrads an seine Oberfläche, wodurch sich die Motorwelle dreht. Wenn die Zähne mit dem Elektromagneten ausgerichtet sind, bewegen sie sich leicht in Richtung des benachbarten Magnetstücks.

Zum Getriebe fing an sich zu drehen und nivellierte sich Beim vorherigen Rad wird der erste Elektromagnet ausgeschaltet und der nächste eingeschaltet. Der gesamte Vorgang wird dann so oft wie nötig wiederholt. Diese Drehung wird als konstante Tonhöhe bezeichnet. Durch Zählen der Anzahl der Schritte bei einer vollen Umdrehung des Motors wird die Geschwindigkeit seiner Rotation bestimmt.

Schrittmotormodelle

Schrittmotoren nach dem Design des Rotors werden in drei Typen unterteilt: Reaktiv, Permanentmagnet und Hybrid.

1. Gegenwärtig werden Synchronreluktanzmotoren selten verwendet. Sie werden verwendet, wenn ein kleines Moment benötigt wird und der Steigungswinkel zu groß ist. Der Rotor besteht aus einem weichmagnetischen Material mit ausgeprägten Polen, hat einen großen Steigungswinkel und ohne Strom gibt es kein Befestigungsmoment. Dies ist das einfachste und billiger Motor. Der Stator hat sechs Pole und drei Phasen, während der Rotor vier Pole hat. In diesem Fall beträgt der Schritt des Geräts 30 Grad. Durch die Reihenschaltung der Statorphasen entsteht ein rotierendes Magnetfeld. Der Rotor dreht sich in einem Schritt um einen kleineren Winkel als der Statorwinkel, was auf die geringere Polzahl zurückzuführen ist.
2. Permanentmagnetmotor besteht aus einem Permanentmagnetrotor und einem zweiphasigen Stator. Im Gegensatz zu reaktiven Geräten wird bei Permanentmagnetmotoren der Rotor fixiert, nachdem das Steuersignal entfernt wurde. Es passiert also aufgrund großer Drehmomente. Da der Herstellungsprozess des Rotors mit großen technologischen Schwierigkeiten einhergeht (viele Pole + Permanentmagnete), ergibt sich ein großer Winkelschritt von bis zu 90 Grad. Dies ist ihr einziger Nachteil. Beim Arbeiten mit einem unipolaren Steuerkreis können die Windungen in der Mitte abgegriffen werden. Wicklungen ohne Mittelanzapfung werden durch einen bipolaren Steuerkreis geführt. Auf dieser Grundlage wird die Schrittmotorvorrichtung gemäß der Art der Wicklungen in zwei Typen unterteilt, unipolar und bipolar.

Unipolar. Sie können die Position der Magnetpole ändern, ohne die Stromrichtung zu ändern. Es reicht aus, jede Phase der Wicklung separat einzuschalten. Das Gerät besteht aus einer Wicklung pro Phase mit einem Abgriff in der Mitte.

Bipolar . Solche Motoren haben eine Wicklung pro Phase, nein Allgemeine Schlussfolgerung, und es gibt zwei - pro Phase. Aus diesem Grund haben bipolare Geräte mehr Leistung als unipolare Geräte. Um die magnetische Polarität der Pole zu ändern, wird die Richtung des Stroms in der Wicklung geändert.

Hybrid-Motor

Um den Steigungswinkel zu verringern, a Hybrid-Schrittmotor. In seinem Design vereint er die besten Eigenschaften eines Permanentmagnetmotors und eines Reluktanzmotors. Der Rotor ist in Form eines entlang der Längsachse magnetisierten zylindrischen Magneten dargestellt. Der Stator besteht aus zwei oder vier Phasen, die zwischen ausgeprägten Polpaaren angeordnet sind.

So starten Sie einen Schrittmotor, seine Steuerung

Verbindungsarbeit und die Schrittmotorsteuerung hängt davon ab, wie Sie das Gerät betreiben möchten und wie viele Drähte sich auf dem Laufwerk befinden. Schrittmotoren können 4 bis 8 Drähte haben, daher wird ein bestimmtes Schema verwendet, um sie anzuschließen.

• Mit vier Drähten. Jede Phasenwicklung hat zwei Drähte. Um den Treiber Schritt für Schritt anzuschließen, müssen Sie gepaarte Drähte mit einer durchgehenden Verbindung zwischen ihnen finden. Ein solcher Motor wird nur mit einem bipolaren Gerät verwendet.
• Mit fünf Drähten. Die Mittelklemmen des Motors sind intern zu einem massiven Kabel zusammengefasst und zu einer Ader herausgeführt. Es ist unmöglich, die Wicklungen voneinander zu trennen, da viele Lücken entstehen. Sie können aus der Situation herauskommen, wenn Sie feststellen, wo sich die Mitte des Drahtes befindet, und versuchen, ihn mit anderen Leitern zu verbinden. Dies ist der effizienteste und sicherste Modus. Anschließend wird das Gerät angeschlossen und auf Funktionsfähigkeit überprüft.
• Mit sechs Drähten. Jede Wicklung hat mehrere Drähte und einen Mittelabgriff. Zum Trennen des Drahtes wird ein Messgerät verwendet. Der Motor kann an ein unipolares oder bipolares Gerät angeschlossen werden. Beim Anschluss an ein unipolares Gerät werden alle Drähte verwendet. Bei einem bipolaren Gerät ein Ende des Drahtes und eine Mittelanzapfung jeder Wicklung.

Zur Steuerung des Schrittmotors wird ein Controller benötigt. Der Controller ist eine Schaltung, die Spannung an eine der Statorspulen liefert. Der Controller basiert auf einer integrierten Schaltung vom Typ ULN 2003, die einen Satz zusammengesetzter Schlüssel enthält. Jede Taste hat am Ausgang Schutzdioden, die es Ihnen ermöglichen, induktive Lasten ohne zusätzlichen Schutz anzuschließen.

Wie funktioniert ein Schrittmotor?

Das Gerät kann in drei Modi betrieben werden:

• Mikroschrittmodus. Mikroschrittgeräte sind die neuesten Entwicklungen einiger Hersteller und werden hauptsächlich in der Mikroelektronik oder in der industriellen Fördertechnik eingesetzt. Ein spezieller Chip erzeugt eine solche Spannung, dass die Welle in die Position eines Hundertstelschritts gelangt, beispielsweise treten 20.000 Bewegungen pro 1 Umdrehung auf. Der Treiber kann über 50.000 Steuerspannungszyklen pro Umdrehung erzeugen.
• halber Modus. Aufgrund der Tatsache, dass das Vibrationsniveau im Halbschrittmodus reduziert wird, werden solche Geräte häufig in der Industrie eingesetzt. Nachdem eine Phase aktiviert wurde, friert sie in dieser Position ein, bis die nächste einschaltet. Es wird eine Zwischenstellung erreicht und zwei Pole wirken gleichzeitig auf den Zahn ein. Beim Abschalten der ersten Phase bewegt sich der Rotor einen halben Schritt vorwärts.
• Vollständiger Modus. Die Steuerspannung wird der Reihe nach auf alle Phasen übertragen und es ergibt sich ein Vollschritt (200 Bewegungen pro 1 Umdrehung).

Spezifikation des Schrittmotors

In der Elektrotechnik und im Maschinenbau gilt ein Schrittmotor als komplexes Gerät, das viele mechanische und elektrische Möglichkeiten beinhaltet. In der Praxis gelten folgende Vorgaben:

1. Nennstrom und -spannung. Der maximal zulässige Strom ist in den mechanischen Parametern des Elektromotors angegeben. Der Nennstrom ist der wichtigste elektrische Parameter, bei dem der Motor so lange wie nötig betrieben werden kann. Die Nennspannung wird selten angegeben, sie wird nach dem Ohmschen Gesetz berechnet. Es zeigt die konstante maximale Spannung an der Motorwicklung im statischen Modus.
2. Phasenwiderstand. Der Parameter zeigt an, welche maximale Spannung an die Phasenwicklung angelegt werden kann.
3. Phaseninduktivität. Wie schnell der Strom in der Wicklung ansteigt, zeigt dieser Parameter. Damit der Strom beim Schalten von Phasen mit hohen Frequenzen schneller ansteigt, muss die Spannung mehr getan werden.
4. Die Anzahl der vollen Schritte in 1 Umdrehung. Der Parameter zeigt die Genauigkeit des Elektromotors, seine Laufruhe und die zulässige Kapazität.
5. Drehmoment. Die mechanischen Daten zeigen die Drehzahl, die vom Drehmoment abhängt. Der Parameter gibt die maximale Rotationszeit des Elektromotors an.
6. Haltephase. Diese Phase zeigt das Drehmoment, wenn das Gerät gestoppt ist. Zwei Phasen des Gerätes müssen mit Nennstrom versorgt werden.
7. Stupor-Moment. Bei fehlender Versorgungsspannung ist es erforderlich, dass die Motorwelle gedreht werden kann.
8. Energiezeit des Rotors. Zeigt an, wie schnell der Motor beschleunigt. Je niedriger der Wert, desto schneller die Beschleunigung.
9. Die Spannung unterbrechen. Der Parameter bezieht sich auf den Bereich der elektrischen Sicherheit und zeigt die niedrigste Spannung an, die die Isolierung zwischen dem Gehäuse und den Wicklungen des Geräts durchbricht.

In diesem Artikel werde ich den gesamten Zyklus der Herstellung eines Schrittmotortreibers für Experimente beschreiben. Dies ist nicht die endgültige Version, sie ist für die Steuerung eines Elektromotors ausgelegt und wird nur für Forschungsarbeiten benötigt, die Schaltung des endgültigen Schrittmotortreibers wird in einem separaten Artikel vorgestellt.

Um eine Schrittmotorsteuerung herzustellen, ist es notwendig, das Funktionsprinzip der elektrischen Schrittmotormaschinen selbst zu verstehen und wie sie sich von anderen Arten von Elektromotoren unterscheiden. Und es gibt eine riesige Vielfalt an elektrischen Maschinen: Gleichstrom, Wechselstrom. Wechselstrommotoren werden in Synchron- und Asynchronmotoren unterteilt. Ich werde nicht jeden Elektromotortyp beschreiben, da dies den Rahmen dieses Artikels sprengen würde, ich werde nur sagen, dass jeder Motortyp seine eigenen Vor- und Nachteile hat. Was ist ein Schrittmotor und wie steuert man ihn?

Ein Schrittmotor ist ein bürstenloser Synchronmotor mit mehreren Wicklungen (normalerweise vier), bei denen ein Strom, der an eine der Statorwicklungen angelegt wird, eine Blockierung des Rotors bewirkt. Die sequentielle Aktivierung der Motorwicklungen verursacht diskrete Winkelbewegungen (Schritte) des Rotors. Der Schaltplan eines Schrittmotors lässt dessen Aufbau erahnen.

Und dieses Bild zeigt die Wahrheitstabelle und das Diagramm des Betriebs des Steppers im Vollschrittmodus. Es gibt auch andere Betriebsarten von Schrittmotoren (Halbschritt, Mikroschritt etc.)

Es stellt sich heraus, dass Sie den Rotor des Elektromotors in eine Richtung drehen können, wenn Sie diese Folge von ABCD-Signalen wiederholen.
Und wie dreht man den Rotor in die andere Richtung? Ja, es ist sehr einfach, Sie müssen die Signalfolge von ABCD auf DCBA ändern.
Aber wie dreht man den Rotor auf einen bestimmten Winkel, zum Beispiel 30 Grad? Jedes Modell eines Schrittmotors hat einen solchen Parameter wie die Anzahl der Schritte. Für Stepper, die ich aus Nadeldruckern gezogen habe, ist dieser Parameter 200 und 52, d.h. Um eine volle Umdrehung von 360 Grad zu machen, müssen einige Motoren 200 Schritte gehen und andere 52. Es stellt sich heraus, dass Sie gehen müssen, um den Rotor in einem Winkel von 30 Grad zu drehen:
- im ersten Fall 30:(360:200)=16.666... ​​​​(Schritte) kann auf 17 Schritte aufgerundet werden;
-im zweiten Fall 30:(360:52)=4,33... (Schritte), kann auf 4 Schritte aufgerundet werden.
Wie Sie sehen können, gibt es einen ziemlich großen Fehler. Wir können daraus schließen, dass der Fehler umso kleiner ist, je mehr Schritte der Motor hat. Der Fehler kann reduziert werden, wenn Sie eine Halbschritt- oder Mikroschritt-Betriebsart oder mechanisch verwenden - verwenden Sie in diesem Fall ein Untersetzungsgetriebe, die Bewegungsgeschwindigkeit leidet.
Wie regelt man die Rotordrehzahl? Es reicht aus, die Dauer der an die Eingänge ABCD angelegten Impulse zu ändern, je länger die Impulse entlang der Zeitachse sind, die weniger Geschwindigkeit Rotordrehung.
Ich glaube, diese Informationen werden ausreichen, um ein theoretisches Verständnis für den Betrieb von Schrittmotoren zu haben, alle anderen Kenntnisse können durch Experimentieren erlangt werden.
Und so wenden wir uns der Schaltung zu. Wir haben herausgefunden, wie man mit einem Schrittmotor arbeitet, es bleibt, ihn mit dem Arduino zu verbinden und ein Steuerprogramm zu schreiben. Leider ist es aus einem einfachen Grund unmöglich, die Motorwicklungen direkt an die Ausgänge unseres Mikrocontrollers anzuschließen - Mangel an Leistung. Jeder Elektromotor leitet einen ausreichend großen Strom durch seine Wicklungen und eine Last von nicht mehr als40 mA (ArduinoMega 2560-Parameter) . Was tun, wenn eine Last gesteuert werden muss, z. B. 10 A, und sogar eine Spannung von 220 V? Dieses Problem kann gelöst werden, wenn zwischen dem Mikrocontroller und dem Schrittmotor eine Stromversorgung integriert wird. Schaltplan, dann wird es möglich sein, mindestens einen dreiphasigen Elektromotor zu steuern, der eine tonnenschwere Luke in den Raketenschacht öffnet :-). In unserem Fall muss die Luke zum Raketenschacht nicht geöffnet werden, wir müssen nur den Schrittmotor zum Laufen bringen, und der Schrittmotortreiber hilft uns dabei. Natürlich können Sie fertige Lösungen kaufen, davon gibt es viele auf dem Markt, aber ich werde meinen eigenen Treiber erstellen. Dazu benötige ich Mosfet-Power-Key-FETs, wie gesagt, diese Transistoren sind ideal, um den Arduino mit beliebigen Lasten zu verbinden.
Die folgende Abbildung zeigt die Elektrik Schaltplan Schrittmotorsteuerung.

Als Power-Tasten habe ich mich beworbenIRF634B-Transistoren maximale Source-Drain-Spannung 250 V, Drain-Strom 8,1 A, das ist mehr als genug für meinen Fall.Wenn die Schaltung mehr oder weniger herausgefunden ist, zeichnen wir eine Leiterplatte. Ich habe den integrierten Paint-Editor in Windows gezeichnet, ich werde sagen, dass dies nicht die beste Idee ist, das nächste Mal werde ich einen spezialisierten und einfachen PCB-Editor verwenden. Unten ist eine Zeichnung der fertigen Leiterplatte.

Als nächstes drucken wir dieses Bild mit einem Laserdrucker spiegelverkehrt auf Papier. Es ist am besten, die Druckhelligkeit so hoch wie möglich zu machen, und Sie müssen Hochglanzpapier verwenden, kein gewöhnliches Büropapier, gewöhnliche Hochglanzmagazine reichen aus. Wir nehmen ein Blatt und drucken über das vorhandene Bild. Als nächstes tragen wir das resultierende Bild auf ein vorbereitetes Stück Glasfaserfolie auf und bügeln es 20 Minuten lang gründlich. Das Bügeleisen muss auf die maximale Temperatur aufgeheizt werden.
Wie wird Textolit zubereitet? Erstens muss es auf die Größe des Leiterplattenbildes zugeschnitten werden (mit einer Metallschere oder einer Metallsäge), und zweitens die Kanten mit feinem Schleifpapier schleifen, damit keine Grate zurückbleiben. Es ist auch notwendig, mit Schleifpapier über die Oberfläche der Folie zu gehen, Oxide zu entfernen, die Folie bekommt eine gleichmäßige rötliche Tönung. Als nächstes sollte die mit Schleifpapier behandelte Oberfläche mit einem in Lösungsmittel getauchten Wattestäbchen abgewischt werden (verwenden Sie Lösungsmittel 646, es stinkt weniger).
Nach dem Erhitzen mit einem Bügeleisen wird der Toner aus dem Papier in Form eines Abbildes der Kontaktspuren auf die Oberfläche der Glasfaserfolie eingebrannt. Nach diesem Vorgang muss die Platte mit Papier auf Raumtemperatur abgekühlt und etwa 30 Minuten lang in ein Wasserbad gelegt werden. Während dieser Zeit wird das Papier sauer und muss vorsichtig mit den Fingerspitzen von der Oberfläche des Textoliths abgerollt werden. Auch schwarze Spuren in Form von Kontaktspuren bleiben auf der Oberfläche. Wenn Sie das Bild nicht vom Papier übertragen konnten und Fehler aufweisen, sollten Sie den Toner mit einem Lösungsmittel von der Oberfläche des Textoliths abwaschen und den Vorgang noch einmal wiederholen. Ich habe es gleich beim ersten Mal richtig verstanden.
Nachdem Sie ein qualitativ hochwertiges Bild der Spuren erhalten haben, müssen Sie das überschüssige Kupfer ätzen. Dazu benötigen wir eine Ätzlösung, die wir selbst herstellen. Früher habe ich zum Ätzen von Leiterplatten Kupfersulfat und gewöhnliches Kochsalz im Verhältnis von 0,5 Liter heißem Wasser zu 2 Esslöffeln mit einer Folie aus Kupfersulfat und Kochsalz verwendet. All dies wurde gründlich in Wasser gemischt und die Lösung ist fertig. Aber dieses Mal habe ich ein anderes Rezept ausprobiert, sehr billig und erschwinglich.
Empfohlene Methode zur Herstellung der Beizlösung:
In 100 ml Apotheke werden 3 % Wasserstoffperoxid, 30 g Zitronensäure und 2 Teelöffel Kochsalz gelöst. Diese Lösung sollte ausreichen, um eine Fläche von 100 cm2 zu ätzen. Salz bei der Herstellung der Lösung kann nicht gespart werden. Da es die Rolle eines Katalysators spielt und im Ätzprozess praktisch nicht verbraucht wird.
Nach dem Ansetzen der Lösung muss die Leiterplatte in den Behälter mit der Lösung abgesenkt und der Ätzvorgang beobachtet werden, Hauptsache man übertreibt es nicht. Die Lösung frisst die nicht mit Toner bedeckte Kupferoberfläche, sobald dies geschieht, muss die Platine entfernt und mit kaltem Wasser gewaschen werden, dann muss sie getrocknet und der Toner mit einem Wattestäbchen und Lösungsmittel von der Oberfläche der Spuren entfernt werden . Wenn Ihr Board Löcher für die Montage von Funkkomponenten oder Befestigungselementen hat, ist es Zeit, sie zu bohren. Ich habe diesen Vorgang weggelassen, da dies nur ein Steckbrett-Schrittmotortreiber ist, der entwickelt wurde, um neue Technologien für mich zu beherrschen.
Beginnen wir mit dem Pflastern der Gleise. Dies muss erfolgen, um Ihnen die Arbeit beim Löten zu erleichtern. Früher habe ich mit Lot und Kolophonium verzinnt, aber ich werde sagen, das ist der "schmutzige" Weg. Auf der Platte befindet sich viel Rauch und Schlacke von Kolophonium, die mit einem Lösungsmittel abgewaschen werden müssen. Ich wandte eine andere Methode an, das Verzinnen mit Glycerin. Glycerin wird in Apotheken verkauft und kostet einen Cent. Die Oberfläche der Platine muss mit einem in Glyzerin getauchten Wattestäbchen abgewischt und das Lot mit einem Lötkolben mit präzisen Strichen aufgetragen werden. Die Oberfläche der Leiterbahnen ist mit einer dünnen Lotschicht bedeckt und bleibt sauber, überschüssiges Glycerin kann mit einem Wattestäbchen entfernt oder mit Wasser und Seife abgewaschen werden. Leider habe ich kein Foto vom Ergebnis nach dem Verzinnen, aber die resultierende Qualität kann sich sehen lassen.
Als nächstes müssen Sie alle Funkkomponenten auf die Platine löten; ich habe eine Pinzette verwendet, um die SMD-Komponenten zu löten. Als Flussmittel wurde Glycerin verwendet. Es ist sehr ordentlich geworden.
Das Ergebnis ist offensichtlich. Natürlich sah das Board nach der Fertigung besser aus, auf dem Foto ist es schon nach zahlreichen Experimenten (dafür wurde es erstellt).

Unser Schrittmotortreiber ist also fertig! Jetzt gehen wir zu den interessantesten praktischen Experimenten über. Wir löten alle Drähte, schließen die Stromquelle an und schreiben ein Steuerprogramm für den Arduino.
Die Arduino-Entwicklungsumgebung ist reich an verschiedenen Bibliotheken, eine spezielle Stepper.h-Bibliothek wird für die Arbeit mit einem Schrittmotor bereitgestellt, die wir verwenden werden. Ich werde nicht beschreiben, wie Sie die Arduino-Entwicklungsumgebung verwenden und die Syntax der Programmiersprache beschreiben, Sie können diese Informationen auf der Website http://www.arduino.cc/ einsehen, dort gibt es auch eine Beschreibung aller Bibliotheken mit Beispielen, einschließlich der Beschreibung von Stepper.h.

Programmauflistung:
/*
* Testprogramm für Stepper
*/
#enthalten
#define SCHRITTE 200

Stepper Stepper (SCHRITTE, 31, 33, 35, 37);

ungültige Einrichtung ()
{
stepper.setSpeed ​​(50);
}

Leere Schleife ()
{
Stepper-Schritt (200);
Verzögerung (1000);
}

Dieses Steuerprogramm macht eine komplette Umdrehung der Schrittmotorwelle, die sich nach einer Pause von einer Sekunde unendlich wiederholt. Sie können mit der Rotationsgeschwindigkeit, der Rotationsrichtung und auch den Rotationswinkeln experimentieren.