BSD2010 BSD4010 Bipoláris léptetőmotor meghajtó modulok felhasználói kézikönyve Q-Tech Mérnöki Szolgáltató Kft. 2003
-2-
Tartalomjegyzék Felhasználói kézikönyv 1 Bevezetés... 4 Jellemzők... 4 A meghajtó modul blokkvázlata... 5 A meghajtó modul csatlakozói és kezelőszervei... 5 Mechanikai méretek, felerősítő furatok... 6 A modul szerelési helyzete... 6 A tápfeszültség csatlakoztatása... 7 A motor csatlakoztatása... 8 A motor-fázisáram beállítása... 11 A modul vezérlése... 11 Bemenetek... 13 Kimenetek... 14 A csatlakozók kiosztása... 14 Műszaki adatok... 15 Rendelési számok... 15-3-
Bevezetés A BSDxxxx egy kétfázisú, bipoláris léptetőmotor meghajtó modul, mely tartalmazza mindazon egységeket, melyek a problémamentes motormeghajtáshoz szükségesek. A modul illeszkedik a különböző terhelhetőségű motorokhoz, mivel a fázisáram széles tartományban állítható. A csatlakozók és a kezelőelemek a panel szélén helyezkednek el az egyszerű kezelhetőség és hozzáférhetőség miatt. A külső vezérléshez való csatlakozás optikai leválasztással történik, mid a bemenő, mind a kimenő jeleknél. A vezérlő bemenetek kialakítása lehetővé teszi az egység mikroprocesszoros, vagy PLC-s vezérlését is. Megrendeléskor definiálni kell a bemenetek logikai feszültségszintjét, ami választhatóan 5V (TTL), 12V, 24V lehet. (Lásd: 15. old.) Jellemzők Mindössze egy DC tápfeszültség (18-36 VDC) Maximális motor fázisáram: 2A illetve 4A Motor fázisáram beállítása 16 lépesben Automatikus áramcsökkentés álló állapotban (tiltható) Hőmérséklet figyelés a teljesítmény fokozat hűtőbordáján Optikailag leválasztott I/O-k Bemenetek: - Választható meghajtás: irány és pulzus, vagy CW-CCW - Léptető pulzus frekvenciája legfeljebb 10 khz - Egész lépés / fél lépéses üzemmód (200, 400 lépés/fordulat) - Külső engedélyezés, tiltás Kimenetek: - Túlhőmérséklet jelzés - Home pozíció -4-
A meghajtó modul blokkvázlata MOTOR TÁP 24 V DC ELEKTRONIKA TÁP PULZUS INPUT A IRÁNY FÉL/EGÉSZ LÉPÉS ENGEDÉLYEZÉS VEZÉRLŐ LOGIKA TELJESITMÉNY FOKOZAT A/ B B/ TÚLHÖMÉRSÉKLET HOME OUTPUT ÁRAM- FIGYELŐ HŐMÉRS.- FIGYELŐ MOTOR ÁRAM BEÁLLÍTÁS TÚLHŐMÉRSÉKLET JELZŐ A meghajtó modul csatlakozói és kezelőszervei -5-
Mechanikai méretek, felerősítő furatok A modul szerelési helyzete A modult lehetőleg úgy kell felszerelni, hogy a hűtőborda függőleges helyzetben álljon, ahogy azt a következő ábra is mutatja. Más, pl. vízszintes felszerelési pozícióban a modul csak a névleges áramának 80%-ával terhelhető. -6-
A tápfeszültség csatlakoztatása Szabályozatlan kimeneti feszültségű tápegység használata esetében a tápegység névleges feszültsége 24VDC-nél ne legyen magasabb, mert a névleges kimeneti feszültség névleges terhelés esetén értendő, az üresjárási feszültség ennél magasabb is lehet, mely, ha túllépi a 40V-ot a modul végleges meghibásodásához vezet. Szabályozatlan motor tápegység esetében fontos, hogy a tápegységben megfelelő méretű legyen a puffer-kondenzátor, valamint lehetőleg rövid vezetékkel csatlakozzunk a modulhoz. A vezeték keresztmetszete 2,5 mm 2 legyen. Az ajánlott puffer-kapacitás 2A-es hajtás esetében 2200µF, 4A-es hajtásnál pedig minimum 4700µF. Amennyiben a felhasznált motor tápegység nem rendelkezik beépített rövidzárlat elleni védelemmel, a tápegység és a modul közé a pozitív tápágba egy 6,3 A-es, gyors kioldású biztosítót kell beiktatni. A tápegység kimeneti áramának (biztonsági tartalékkal) 1,5 szeresének kell lennie, mint a motor névleges fázisárama. A tápegység első bekapcsolása előtt ellenőrizze, hogy a tápfeszültség polaritása megfelelő-e! Fordított polaritású feszültség a modul azonnali tönkremeneteléhez vezet, a biztosítók nem nyújtanak védelmet. Ilyen meghibásodás esetén a garancia nem érvényes és a szervízelés igen költséges lehet. -7-
A motor csatlakoztatása Figyelmeztetés: Mielőtt a motort csatlakoztatja a modulhoz, győződjön meg róla, hogy a tápegység ki van kapcsolva, vagy nincs csatlakoztatva a modulhoz! Ha a modul feszültség alatt van, ne kösse ki a motort! Soha ne csatlakoztasson motor vezetéket közvetlen a tápegységre, vagy a védőföldre! 4 kivezetéses motor csak egyféleképpen köthető be. Ebben az esetben a maximálisan beállítható fázisáram a motor fázisáramával egyezik meg. Az egyes tekercsek ellenállásmérővel kimérhetők. Ha az A és A/ kivezetéseket felcseréljük, a motor forgásiránya változik meg. Ugyanez történik a B tekercs kezdetének végével való felcserélésekor is. 6 kivezetéses motor kétféleképpen köthető be. Soros bekötéskor a hajtásnak kisebb áramot kell szolgáltatnia, mint a motor fázisárama, ugyanakkor a motor nyomatéka változatlan marad, de a maximális léptetési frekvencia a felére csökken. A tekercsek ellenállásmérővel kimérhetők. A beállítható maximális fázisáram a motor fázisáramának 50%-a. A motor fázisáramát egy féltekercsre vonatkoztatva adják meg. Ekkora áram már a névleges gerjesztést hozza létre és a motor melegedése is a megengedett érték alatt marad. Ha a két tekercset sorba kötjük a névleges gerjesztést a névleges áram fele hozza létre. Vagyis egy tekercsfél használatakor a gerjesztés: Θ = I n * N, ahol N az egy tekercsfél menetszáma, I a motor n névleges fázisárama. A teljes tekercset gerjesztve a menetszám 2N lesz, azonos gerjesztéshez tehát csak a névleges áram fele engedhető meg. Ezzel az eljárással a motor hőmérséklete sem emelkedhet a megengedett fölé. A maximális léptetési frekvencia a kétszesre nőtt ellenállás miatt csökken a felére, ugyanis ekkor a forszírozás is csak az eredetihez viszonyítottnak a fele lesz. -8-
Egy tekercses bekötéskor a hajtásnak a motor névleges fázisáramát kell szolgáltatnia, a motor nyomatéka és a maximális léptetési frekvencia sem változik. A motor szabadon hagyott vezetékeit le kell szigetelni, hogy semmihez se érhessen hozzá. A motor üzemszerű működése alatt a nem használt tekercsekben ugyanis 40-60V körüli feszültség indukálódik. A rajzon A-val és az NC-vel jelölt tekercskivezetések felcserélése esetén a motor forgásiránya változik meg. Ugyanez történik, ha a B és az NC kivezetések cserélődnek fel. 8 kivezetéses motor kétféleképpen köthető be. Ebben az esetben is kimérhetők ellenállásmérővel a tekercsek, de a bekötésükkor fontos szerepe van a tekercselések irányának, vagyis a tekercskezdetet és a véget nem lehet felcserélni! Nézze át a motor adatlapját a tekercselés irányát illetően! Soros bekötéskor a hajtás által szolgáltatott maximum áram csak a fele lehet a motor névleges fázisáramának, a motor nyomatéka nem változik, viszont a maximális léptetési frekvencia jelentősen csökken. A motor fázisáramát jelen esetben is egy tekercsre adják meg. Azonban a két tekercs soros kapcsolása miatt, a névleges gerjesztést már a névleges fázisáram fele létrehozza. A maximális léptetési frekvencia a soros kapcsolásból eredendően a kétszeresre nőtt induktivitás és a szintén kétszeresre nőtt ellenállás miatt csökken számottevően. A tekercskezdeteket a rajzon megjelöltük. Ha valamelyik tekercsfél fordítva van bekötve a kör induktivitása csaknem nullára csökken. Az áram hirtelen felfutása miatt zárlati áram alakul ki, ami a hajtás teljesítményfokozatának tönkremeneteléhez vezet. Az A, A/ kivezetések felcserélésekor a motor forgásirány változik meg. A B, B/ kivezetések felcserélésekor is a forgás iránya változik. -9-
Párhuzamos bekötéskor a hajtás által szolgáltatott maximális áram a névleges fázisárammal egyenlő, a motor nyomatéka nem változik, viszont a maximális léptetési frekvencia jelentősen megnő, továbbá nagyobb fordulatszámok esetén is nagyobb lesz a motor nyomatéktartaléka. A fent elmondottak miatt, a párhuzamos bekötését ajánljuk a nyolc kivezetéses motoroknak. A modul a motor A és A/ kivezetései között a névleges fázisáramot hajtja át. Ez oszlik meg egyenlő arányban a két tekercs között. Egy tekercs tehát a névleges gerjesztés felét hozza létre, a gerjesztés másik felét a vele párhuzamosan kötött másik tekercs hozza létre. A léptetési frekvencia a soros kapcsoláshoz képest a felére csökkent induktivitás (soros kapcsoláshoz képest a negyedére) és a felére csökken ellenállás miatt nő jelentősen. -10-
A motor-fázisáram beállítása Az első feszültségre kapcsolás előtt be kell állítani a szükséges motor-fázisáramot. A beállításra szolgál, a modulon MOTOR CURRENT -el jelölt forgó kapcsoló. A különböző teljesítményű modulok esetében az egyes kapcsolóállásokhoz tartozó fázisáramokat az alábbi táblázat tartalmazza. Kapcsoló állása 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F Fázisáram (%) 0 9 18 26 34 41 49 55 62 68 74 80 85 90 95 100 2 A-es modulnál (A) 0,0 0,2 0,4 0,5 0,7 0,8 1,0 1,1 1,2 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 4 A-es modulnál (A) 0,0 0,4 0,7 1,1 1,4 1,6 2,0 2,2 2,5 2,7 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 A motor fázisáramának automatikus csökkentése a JP2 jumperrel engedélyezhető. Ha JP2 1-2 pontjai össze vannak kötve, az utolsó léptető jel felfutó éle után 0,5 másodperccel a fázisáram a beállított érték felére csökken. Amennyiben a motor álló állapotában nincs szükség a tartónyomaték névleges értékére, célszerű az automatikus áramlekapcsolást engedélyezni, mert a modul és a motor vesztesége is jelentősen csökkenthető. A modul vezérlése A vezérlő bemenetek jelszintjét a rendeléskor meg kell határozni. A lehetséges három változat: 5V, 12V, 24V. A modul vezérlése előtt be kell állítani a mozgást vezérlő bemeneteket. A beállításra a JP1A és JP1B jumperek szolgálnak. Clock-Dir A funkció kiválasztásához a JP1 jumperek 1-2 pontját kell összekötni. Ennél a beállításnál a motor sebességét a léptető jel frekvenciája határozza meg, a forgásirányt pedig a Dir bemenet állapota adja meg. Ha Dir magas szintű, a motor az óramutató járásával megegyező irányba forog. CW-CCW Funkció kiválasztásához a JP1 jumperek 2-3 pontjait kell összekötni. Ebben az esetben a CW bemenetre adott órajel hatására a motor (a fázisok bekötésétől függően) az óra járásával megegyező irányba forog. CCW bementre adott impulzusok hatására a motor az előbbi iránnyal ellentétesen forog. A forgás sebessége a CW, CCW jelek frekvenciájától függ. Az éppen nem vezérelt (CW, vagy CCW) bemenetnek 0V-os szinten kell lennie! Figyelem: Mindkét jumpert (JP1 A és B) azonos helyzetbe kell állítani! -11-
A motor forgásirányát a tengelyvég felől nézzük. A be és kimenetek optikai leválasztása miatt a modul belső áramkörei és a külső vezérlő logika nem kerülnek galvanikus kapcsolatba, biztosítva ezáltal mindkét egység zavarmentes működését. A bemenetek pozitív logikával működnek és a meghajtó elektronika számára 10mAes terhelést jelentenek. A kimenetek negatív logikával működnek (GND-t kapcsolnak működéskor), maximálisan 20mA-rel terhelhetők. A terhelőáramot külső ellenállással kell beállítani. -12-
Bemenetek Clock/CW Dir/CCW Half/Full Enable A bemenet a JP1 beállításától függően működik. Clock/Dir beállítás esetén a léptető jel fogadására szolgál. A léptető jel minden felfutó élének hatására a motor tengelye a kiválasztott irányba lép. CW/CCW beállítás esetében az óramutató járásával megegyező irányban fordul el a motor tengelye minden léptető impulzus hatására. Az első impulzust legkorábban az utolsó CCW impulzus felfutó élét követően 100µs-mal lehet kiadni. A CCW bemenetnek ezen bemenet vezérlésekor logikai 0 szinten kell lennie! A bemenet a JP1 beállításától függően működik. Clock/Dir beállítás esetén a forgásirány kijelölésére szolgál. Logikai 0 szint esetén a motor az óra járásával ellenkező irányba forog. Az irányt a léptető jel kiadása előtt legalább 100µs-mal kell beállítani. CW/CCW beállítás esetében a bemenetre adott minden impulzus felfutó élének hatására, a motor tengelye az óramutató járásával ellenkező irányba fordul el. Az első impulzust legkorábban az utolsó CW impulzus felfutó élét követően 100µs-mal lehet kiadni. A CW bemenetnek ezen bemenet vezérlésekor logikai 0 szinten kell lennie! A bemenetre kapcsolt logikai 1 szint hatására a motor minden léptető jel hatására ½ lépést tesz meg, logikai 0 szint esetén minden léptető impulzus hatására a motor tengelye 1 lépésnyit fordul. A bemenet logikai 1 állapotában a teljesítményfokozat működése engedélyezett. Logikai 0 állapotban a teljesítményfokozat tiltásra kerül, a motortekercsekben nem folyik áram. Vezérlési idődiagram -13-
Kimenetek Overtemp Home A kimenet logikai 0 szintre kerül, ha a hűtőborda hőmérséklete túllépi a 80 C-t. A túlmelegedés hatásár az Overtemp LED kigyullad és a teljesítményfokozat tiltásra kerül. Ha a hűtőborda hőmérséklete 50 C alá süllyed, a teljesítmény fokozat ismét engedélyezett, az Overtemp kimenet magas szintű lesz, valamint elalszik az Overtemp LED. A kimenet logikai 0 szintre kerül, ha a motor fázistekercseinek gerjesztése alaphelyzetben van. A csatlakozók kiosztása CN1, ki és bemenetek csatlakozója. Pólus 1 2 3 4 5 6 7 8 Megnevezés Clk/CW Dir/CCW Enable Half/full Home Overload Control GND NC CN2, a tápfeszültség csatlakozója. Pólus 1 2 Megnevezés DC IN - DC IN + CN3, a motorcsatlakozó Pólus 1 2 3 4 Megnevezés A A/ B B/ -14-
Műszaki adatok Paraméter Min. Tip. Max. Mértékegység Tápfeszültség 18 24 36 V Motor fázisáram (2A/4A) 0-2/4 A Felvett áram (2A/4A) 0,3-3/6 A Bemenetek logikai feszültsége - 5/12/24 - V Léptetési frekvencia 0-10 khz Logikai 0 szint 0 0,1 0,7 V Logikai 1 szint 3,8/10/20 5/12/24 6/14/28 V Bemenetek áramfelvétele - 10 - ma Kimenetek terhelhetősége 0-25 ma Belső PWM frekvencia - 25 - khz Hűtőborda hőmérséklet 0-70 C Üzemi hőmérséklet 0-40 C Üzemi páratartalom - - 80 % Tárolási hőmérséklet 0-80 C Tömeg 290 g Mechanikai méret 160*100*37 mm Rendelési számok - BSD2010-5 2A fázisáram, 5V-os I/O - BSD2010-12 2A fázisáram, 12V-os I/O - BSD2010-24 2A fázisáram, 24V-os I/O - BSD4010-5 4A fázisáram, 5V-os I/O - BSD4010-12 4A fázisáram, 12V-os I/O - BSD4010-24 4A fázisáram, 24V-os I/O -15-
Q-Tech Mérnöki Szolgáltató Kft H-1161 Budapest, Batthyány u. 8 Tel.: +36-1-405-3338 Tel./Fax:+36-1-405-9134 E-mail: info@q-tech.hu www.q-tech.hu -16-