Schrittmotor wird sehr heiß: falscher Treiber oder Netzteil?

Ich habe eine einfache Treiberschaltung für einen unipolaren Schrittmotor, basierend auf einem ULN2003A, gebaut. Das Schema:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Motor ist ein PM25L. Datenblatt ist hier .

Es wurde von einer alten elektrischen Schreibmaschine geborgen, und der ULN2003A und Zener von der Treiberplatine im selben Gerät. Es ist ein 5-Draht-Motor, aber der im Schaltplan hat 6 Drähte. Ich nehme an, der einzige Unterschied besteht darin, dass bei der 5-Draht-Version die beiden Mittelabgriffe miteinander verbunden sind, also sehen Sie das in meinem Schaltplan.

Die Zenerdiode ist eine HZ-361 . Laut Datenblatt beträgt die Vz 34,2, liegt also über dem 2-fachen der Versorgungsspannung.

Ich füttere den Motor von einem variablen Laptop-Netzteil. Die niedrigste Betriebsspannung beträgt 9,5 V und ist bei dieser Spannung mit 3,5 A bewertet.

Der Motor scheint einwandfrei zu laufen, wird aber nach etwa einer Minute extrem heiß. Ich habe nichts, um die tatsächliche Temperatur zu messen, aber es ist schmerzhaft, meine Finger länger als eine halbe Sekunde darauf zu legen.

Wie unten von Russell McMahon vorgeschlagen, habe ich auch den folgenden zusätzlichen Test durchgeführt:

  • Fügen Sie angesichts der obigen Schaltung eine 25-V-100-uF-Kappe zwischen COM und GND hinzu. Motor betreiben. Die gemessene Spannung an der Kappe beträgt etwa 22 V

  • Entfernen Sie angesichts der obigen Schaltung den Zener und lassen Sie den COM-Pin schwebend: Dem ULN2003A passiert nichts Schlimmes, der Motor läuft gut, überhitzt aber immer noch

  • Entfernen Sie angesichts der obigen Schaltung den Zener und schalten Sie einen Widerstand und einen 100-uF-25-V-Kondensator in Reihe zwischen COM und GND (COM -> R -> C -> GND): Der Motor läuft gut, überhitzt aber immer noch

Nennspannung im Datenblatt vergessen. Macht meine Antwort irrelevant, also habe ich sie gelöscht.
@stevenvh nur zur Verdeutlichung: Bestätigen Sie, dass 9,5 V innerhalb der Grenzen liegen, mit denen der Motor betrieben werden kann?
Da steht doch Antriebsspannung 12V, oder? Also 9,5V sollten in Ordnung sein.
Was ist die Zenerspannung? Die Versorgungsspannung muss niedriger als die Zenerspannung sein? Und was ist die Zenerspannung?
Heiß klingt falsch. Wie groß ist der Spulenwiderstand, wenn er mit einem Ohmmeter (Multimeter) in der Mitte an einer beliebigen angeschlossenen Phase gemessen wird? Was ist der Versorgungsstrom? | Wenn Sie eine 50-Ohm-Spule haben, sollte die maximale Leistung pro Phase V ^ 2 / R = 144/50 = 2,9 Watt betragen. Insgesamt sollte nicht mehr als das Äquivalent von 1 Phase gleichzeitig gefahren werden. 3 Watt sind nicht sehr wärmetechnisch. | WENN Sie die 8-Ohm-Version haben ... :-). | 12^2/8 = 18W oder I = V/R = 12//8 = 1,5A = heißer als 3 Watt.| Die 8-Ohm-Version ist impulsgesteuert (oder mit Serie R).
Das gemessene R zwischen Mittelanzapfung und jeder Spule beträgt etwa 35 Ohm (sieht so aus, als könnten diese Motoren benutzerdefinierte Widerstände haben ). | Daher sollte die Leistung pro Phase 4 W betragen | Ich denke, es fällt in die gleiche Größenordnung wie das 3-W-Gehäuse, daher sollte es nicht heiß werden. | Aber ich habe auch diese Seite über die Temperatur gefunden, die besagt, dass ich für jedes W | einen Temperaturanstieg von 26 ° C erwarten sollte Das würde 104°C ergeben, was so aussieht, wie ich es hier habe.
@RussellMcMahon, also bin ich mir nicht sicher, ob diese Temperaturen für den Motor in Ordnung sind oder ob der Motor nur für kurze Zeiträume ausgelegt ist (wie es meiner Meinung nach bei einer Schreibmaschine passieren würde, bei der er als Wagen verwendet würde Antrieb)

Antworten (2)

Wenn Sie die falsche Schaltung angeben, können wir mit der falschen Antwort nachkommen :-)

Wenn die verwendete Versorgungsspannung gleich oder niedriger als zuvor ist, erklärt meine Antwort nicht, was passiert.

Wenn die Versorgungsspannung höher ist als zuvor, bietet der Zener möglicherweise nicht die beabsichtigte Isolierung.

Wie hoch ist die alte Versorgungsspannung?
Was ist die neue im Stromkreis gemessene Versorgungsspannung?
Was ist die Zenerspannung?

Wenn Vzener < V_supply_new_actual ist, dann wird das, was ich unten beschreibe, bis zu einem gewissen Grad passieren.

Das Problem ist, dass Sie die Wicklungen mit den internen Dioden im ULN2003 kurzschließen.

Wie Sie Ihrer Zeichnung entnehmen können (auch wenn sie auf den ersten Blick nicht intuitiv ist) ist jede Wicklung mit Mittelabgriff wie zwei magnetisch gekoppelte Induktivitäten oder zwei Hälften einer Transformatorwicklung. Wenn Sie den Mittelabgriff an V + anschließen und ein Ende erden, steigt das andere Ende auf 2 x V + - oder versucht es. ABER jeder angesteuerte Ausgang ist über eine Diode mit COM verbunden (Anode mit Treiber, Kathode mit COM). Wenn Sie ein Ende der Wicklung erden und das andere Ende über eine Diode mit V + verbunden ist, versuchen Sie, die Versorgung mit 2 x Versorgung (abzüglich eines Diodenabfalls) anzusteuern. Etwas muss geben. Wie Sie festgestellt haben.

Die internen "Catch-Dioden" sollen Energie zB in induktiven Spitzen von isolierten Spulen zurückgeben, sind aber für diese Rolle nicht geeignet.

Mit einem Stepper erhalten Sie möglicherweise keine wesentlichen induktiven Tritte, sodass die Com-Dioden möglicherweise nicht benötigt werden. YMMV.

Fix:

Entfernen Sie die Batterieverbindung zu "com" und einem der folgenden:

  • In dem unwahrscheinlichen Fall, dass Sie eine 2 x V+-Schiene haben, schließen Sie com an diese an. Das wäre eine nahezu perfekte Lösung. Wenn Sie com an einen Kondensator anschließen, erhalten Sie eine 2 x V + -Versorgung :-).

  • Lassen Sie es schweben (überprüfen Sie es mit einem Oszilloskop oder magischem Rauch)

  • oder verbinden Sie com über einen Widerstand mit der Versorgung

  • Verbinden Sie einen Zener von com mit Masse (Vzener > 2 x Vsupply) oder com mit V+ (Vzener > V+). Zener-Kathode in jedem Fall an COM, sodass COM auf 2 x V+ ansteigen kann, ohne dass Zener leitet.

  • oder verbinden Sie com über einen Widerstand mit einem Kondensator, wobei der andere Anschluss geerdet ist, mit einem zweiten Widerstand vom Kondensator zur Erde.

Nur COM offen zu lassen, KANN in Ordnung sein.

Die obigen Schemata mit Kondensator und Widerstand stellen eine Last für induktive Spitzen bereit. Sie laden auch den aus den beiden Hälften gebildeten Transformator, so dass der Widerstand zum Kondensator die unerwünschte Belastung reduzieren soll. Der Widerstand gegen Masse entleert die Kappe. Bemaßung nach Bedarf.

Es richtig machen:

Die meisten Schaltungen im Internet, die einen ULN200x zeigen, der einen Schrittmotor mit Wicklungen mit Mittelabgriff antreibt, zeigen com (falsch) an V + angeschlossen.

Der einfache praktische Test meiner Behauptung besteht darin, entweder com zu trennen (leichtes Risiko, dass ULN2003 stirbt) oder mit einem Zener wie oben an V + anzuschließen, den Monitor com mit einem Oszilloskop. Oder schließen Sie einen Kondensator mit einer Nennspannung > 2 x V+ von com an Masse an, betreiben Sie den Stepper und messen Sie die Kondensatorspannung. Es sollten Spannungen von ~=2 x V+ auftreten.

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Hier ist eine Schaltung, die es fast richtig macht - außer dass er die Polarität der Zenerdiode umgekehrt hat. Wie gezeigt, verhält sich der Zener wie eine minderwertige Diode mit der gleichen Polarität wie die internen Dioden des ULN200x. Kehren Sie es um und es entsteht V+ + Vzener.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

[Das obige Diagramm stammt von hier] ( http://ssecganesh.blogspot.com/2008/05/driving-stepper-motor-using-uln2003.html )

Hurra Hurra! - Hier ist jemand, der es richtig gemacht hat! :-)

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die obige Schaltung stammt von hier - er erklärt die Verwendung des Zeners nicht - siehe meine Kommentare oben.

Sie sagten "Die obigen Schemata mit Kondensator und Widerstand stellen eine Last für induktive Spitzen dar", aber ich sehe keinen Link zu einem Schema. Würde helfen, es zu sehen, um Ihren Beitrag zu verstehen.
@nerochiaro- Hast du noch die Treiberplatine von der Schreibmaschine? Sehen Sie, ob der COM-Pin an V + gebunden ist.
@SteveR Soweit ich sehen kann, ist der COM-Pin des ULN2003A mit V + verbunden, aber dazwischen befindet sich eine Zenerdiode. Ich habe es nicht in meine Schaltung aufgenommen, da ich dachte, es wäre dort angebracht, um die Stromversorgung vor Rückstrom zu schützen.
Als erstes: Meine Frage hatte nicht den "falschen" Schaltplan, wie Sie angedeutet haben. Das Schema zeigt die Schaltung, die ich gebaut habe, die den Motor überhitzt hat, und es hatte keinen Zener drin. Jetzt, nach Ihrer guten Erklärung, habe ich den Zener aus derselben alten Schreibmaschine extrahiert, in der ich den Motor gefunden habe, und ihn in meinen eigenen Schaltkreis eingebaut. Die neue Schaltung ist wie hier gezeigt Der Zener ist ein HZ361 Alles in allem ist mein ursprüngliches Problem nicht gelöst: Der Motor läuft immer noch sehr heiß.
@nerochiaro - Ist die Zener-Polarität korrekt? - siehe oben.| Ist Vzener > Vsupply_now? siehe oben. | "Ich habe es nicht in meine Schaltung aufgenommen" ist / war mehrdeutig. Ich nahm an, Sie meinten Ihren Schaltplan, da Sie mir nicht gesagt haben, was Sie uns seitdem erzählt haben.| Was passiert, wenn Sie den COM-Pin offen lassen oder einen Widerstand und eine Kappe verwenden (z. B. 1 k bis 10 k und z. B. 10 uF bis 100 uF)? Siehe oben. | Gibt es noch etwas, das Sie ausgelassen oder hinzugefügt, aber uns nicht mitgeteilt haben? | Wenn Sie unbenutzte ULN2003-Sektionen haben, sollten Sie ihre Eingänge erden und ihre Ausgänge OC lassen.
@RussellMcMahon Entschuldigung für das Missverständnis. Ich habe meine ursprüngliche Frage aktualisiert. Bitte lassen Sie uns das als Grundlage für weitere Diskussionen verwenden. Vielen Dank für eure bisherige Hilfe :)
@RussellMcMahon Ich habe einige weitere Experimente basierend auf Ihrer vorgeschlagenen Antwort und Ihren Fragen durchgeführt und die Ergebnisse zu meiner ursprünglichen Frage hinzugefügt. Ich würde mich sehr freuen, wenn Sie sich diese in einer freien Minute ansehen könnten. Danke dir.
Da die ULN2003-Ausgänge für 50 V ausgelegt sind, soll der Zener zu COM das Abschalten der Wicklungen beschleunigen, indem der induktive Kick nominal 24 Volt statt 12 erreicht. Da V = L di/dt, verdoppelt sich die Klemmspannung die Entladezeit für das Wicklungsfeld.
@WhatRoughBeast Was Sie sagen, ist im Allgemeinen richtig, geht aber nicht auf die spezifische Situation hier ein. Ich werde zusammenfassen, was ich in meiner ursprünglichen Antwort gesagt habe. Wenn Sie einen Stepper mit einer Wicklung mit Mittelabgriff haben und der CT an die Versorgung angeschlossen ist, steigt das andere offene Ende aufgrund der Transformatorwirkung auf 2 x Versorgung, wenn ein Ende geerdet ist, um den Stepper anzutreiben. Wenn eine feste Verbindung von COM zur Versorgung besteht (wie einige CCTS zeigen), wird die offene Wicklung an V + - plus einen Diodenabfall anstelle der 2 x V + geklemmt, auf die sie mindestens ansteigen darf. ...
... Der Effekt ist, dass die Treiberleistung versucht, mit der Versorgung zu koppeln: (. Ein Zener mit einer Nennspannung von mindestens V + ermöglicht in diesem Fall einen korrekten Betrieb. | Wenn eine Allzweckinduktivität oder ein Schrittmotor ohne Zwischenwicklungskopplungen angesteuert wird, dann Ihre Zeitkonstante Erklärung gilt.

Ich habe auch eine Schreibmaschine für die Motoren usw. auseinandergezogen. Schrittmotoren können oft heiß werden, auch im Leerlauf. Sie haben normalerweise ständig vollen Strom (im Gegensatz zu einem Gleichstrommotor, der nur Strom benötigt, um ihn zu bewegen). Möglicherweise finden Sie in Ihrer Schreibmaschine weitere Schaltkreise, die die Versorgungsspannung des Schrittmotors ausschalten können, wenn sie nicht benötigt wird.

Schrittmotor wird sehr heiß: falscher Treiber oder Netzteil?
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