cnc4all

Есть такая флеймогонная тема, про момент шагового двигателя - падает ли он при использовании микрошага относительно режима полного шага.

Сторонники полного шага утверждают, что при полном шаге в обмотки закачивается больше энергии, что при микрошаге больше "переключений напряжения и гистерезисных потерь".

Сторонники микрошага указывают на то, что в полном шаге вся закачанная лишняя энергия из-за имманентных недостатков шаговика все равно превратится в тепло, и что никаких дополнительных переключений  в микрошаге не возникает.

Короче, воюют во всю.

Я уже в свое время проводил эксперимент, который показал, что микрошаг увеличивает момент относительно режима полушага - потому что меньше вибрации и резонанс. Но тогда мне не удалось тупо найти в доступности драйвер с полным шагом, это оказалось не так-то просто.

Теперь эксперимент повторен с соблюдением всех формальностей.

Американский драйвер Геккодрайва с полным шагом и 1:10, японский двигатель, тестирование на 3 скоростях - минимальной, средней(резонансной) и околомаксимальной.

Результат - микрошаг не оказывает влияние на малых скоростях, и увеличивает момент на высоких. В тесте увеличение до 2.5-3 раз, но мне кажется это просто хваленый морфинг геккодрайва сыграл вообще против него в результате.

Всем подписчикам по теме гидравлических аналогий - мы сняли экспериментальный ролик, где разбираем простейшие примеры электронных схем, мне помогает гуманитарий, который вообще ни в зуб ногой в электронике. Попробовали понять как работает мышление у начинающих.

Ролик длинный, все законспектировать нет возможности. Смотрите, если интересно. Разбирающимся в электронике будет неинтересно.

Тезисно, о чем говорится в ролике:

1) Делитель напряжения

Последовательно подключенные резисторы делят приложенное напряжение пропорционально своим номиналам. Приложенное напряжение вызывает течение тока, и пропорционально сопротивлению каждого резистора на нем оседает его доля разности потенциалов.

2) Диод + сопротивление

Диод(мы рассматриваем упрощенную его модель) задерживает на себе ровно столько напряжения, сколько может(по даташиту это значение примерно известно), остальное напряжение ляжет на сопротивление, а далее как в первом пункте

3) Параллельное подключение диода

Диоды, подключенные параллельно, подключенные к источнику ЭДС со значением выше порогового для диодов не смогут открыться все сразу, потому что диоды все чуть-чуть разные, поэтому откроется только один, и всё, напряжение(давление) больше подняться не сможет - всё лишнее будет стекать через первый открывшийся. Если рассматривать идеальную схему, то идеальный источник напряжения будет обязан поднять напряжение до нужной величины, и тем самым ток будет улетать к огромным значениям (если диод рассматриваем в виде модели с вольт-амперной кривой) или вообще в бесконечность(если диод рассматриваем в виде модели с двумя состояниями "закрыт/открыт"). В реальной схеме в дело вступит внутреннее сопротивление источника питания, т.е. такой воображаемый резистор, который и ограничит ток.

То же самое, если диод подключен парарллельно резистору, только в этом случае уже через резистор обязательно потечет ток. Который будет задан падением напряжения на диоде(это же напряжение будет действовать и на резистор), и значением сопротивления в омах.

4) Последовательное подключение диодов

Тут проще. Каждый диод, подключенный последовательно, оставит на себе паспортное падение напряжения. Они откроются либо все, либо ни один. Если напряжение источника превысит сумму падений напряжения, откроются все диоды и потечет ток, который будет задан сопротивлением (т.е. резисторами, внутренним сопротивлением источника питания)

6) Как бонус, сложная конструкция - диодный мост.

Небольшой пост без рейтинга для подписчиков, кто следит за изложением электротехники с точки зрения гидравлики.

После прошлого поста в комментарии набижал дипломированный электрик, и наговорил кучу всякого. Я не претендую на глубочайшие знания, я математик, а не электроник, но тут от уровня дискуссии немного опешил.

Однако, судя по-всему, это распространенные моменты, и надо бы разобраться перед тем, как пойдем дальше. Не будем касаться душнилова насчет терминологии, только ключевые вещи.

Итак, почему переменный ток - это прежде всего синусоидальное напряжение в сети?

Ответ дипломированного электрика - потому что динамомашина крутится, а ротор у него

круглый. Но это то же самое, что говорить что говорить "ветер дует, потому что деревья качаются".

Да, круговое движение дает синусоиду.

Но удобство-то не в этом. Удобство именно в том, что любая сумма производных и интегралов любого порядка от некоторой синусоиды дает ту же синусоиду по частоте. Это, если я не ошибаюсь, единственная периодическая функция, обладающая таким набором свойств.

И если бы первые динамомашины, скажем, давали бы напряжение не по синусоиде, а по синусу в квадрате - от них бы отказались очень быстро. И пусть не каждому электрику очевидно, почему важна универсальная инвариантность синусоиды относительно дифференцирования и суперпозиции, но - это так, и вот почему.

1) Ток в катушке - это интеграл от напряжения на ней по времени, а ток в конденсаторе - это дифференциал от напряжения на нем же. Если напряжение - синусоида, то и ток в них - синусоида. Это крайне удобно.

Именно это используется везде и всюду в электротехнике - да хотя бы в трансформаторе.

Как иначе передать энергию на большое расстояние? Ну пусть у нас напряжение не синусное. Да, интегрирование и дифференцирование в трансформаторе выполняется последовательно, но магнитный поток уже будет несинусный, всё это породит кучу лишних гармоник, потерь энергии, и то, что будет на вторичных обмотках - будет непригодно к использованию.

2) Суммирование синусоид с одной частотой дает синусоиду с той же частотой. "Да, и где же применяется эта штука?" - ехидно вопрошает специалист. Хотя ответ вроде бы очевиден - кроме трансформатора, ну, например в трехфазной сети. Там умудряются получать синусоиду 380 В из трех синусоид по 220 В путем суперпозиции(наложения). Вот такое сложное, нигде не применяющееся колдунство, да...

3) Ну и куда разложения на гармоники, да. Любой несинусоидальный сигнал все равно распадается на синусоидальные гармоники. Ряды Фурье и все такое.

Так что именно уникальные свойства функции синуса определяют использование такого напряжения для переменного тока. А не то, что ротор удобно крутить было.

Так же, судя по всему, отличия ЭДС от напряжения на элементе все-таки освещены не очень полно, раз даже у дипломированных специалистов нет понимания, почему ток конденсатора опережает напряжение на нем же.

Если у кого-то есть с этим трудности - скажите, отдельно поговорим.

Продолжаем рассматривать метод электрогидравлических аналогий.

Итак, мы рассмотрели электрический ток как течение жидкости, и представили себе источник напряжения как насос, подающий одно и то же давление и 3 элемента цепи как часть трубопровода:

резистор — решетка фильтра или сужение трубы

конденсатор — гибкая растяжимая мембрана, перекрывающая трубу

индуктивность — массивный барабан с лопастями.

Теперь небольшой промежуточный итог.

Все данные элементы отличаются тем, как реагируют на протекающий ток, и обладают одним общим свойством.

Сперва отличия. Главное отличие — в том, как падение напряжения на них зависит от протекающего тока.

Резистор

Первое. Сопротивление резистора постоянно и выражается конкретным числом. То есть чтобы ток через него увеличился вдвое — к нему надо приложить напряжение вдвое большее. Это утверждение обратимо(в конце поговорим об этих тонкостях): «если пустить через резистор вдвое больший ток, падение напряжения на нем увеличится вдвое» .

Отсюда прямо следует второе: ток через резистор всегда прямо пропорционален напряжению на его выходах. Напряжение ноль — ток ноль. Напряжение максимально — ток максимален. Пример графика зависимости U от I:

Емкость

Его сопротивление не постоянно, и меняется от нуля до бесконечности. Чем больше растянута мембрана тем больше она сопротивляется току воды. В первый момент времени, пока мембрана не растянута — сопротивление ноль, в момент когда растяжение максимально — сопротивление бесконечно. Отсюда следует второе: ток через емкость опережает напряжение.

И третье: конденсатор накапливает энергию и отдает её полностью, и чем больше он набрал энергии — тем больше напряжение(!) на его выходах, и тем меньше ток через него.

Индуктивность

Сопротивление индуктивности тоже не постоянно, тоже меняется, только уже от бесконечности до нуля.

Отсюда второе: ток через индуктивность отстает от напряжения.

Третье: индуктивность тоже не выделяет наружу энергии, она её накапливает и отдает, и чем больше энергии накопила индуктивность — тем больше ток(!) в ней и тем меньше напряжение на её выходах.

А общее свойство для них то, что эти элементы - линейные. Что это означает - долгая история, в двух словах - процессы на цепях, составленные из линейных элементов, описываются линейными дифференциальными уравнениями, что важно, потому что переменный ток - это ток, возникающей в сети с синусоидальным напряжением.

Почему именно именно синусоидальным ? Это сложно объяснить на пальцах, читайте учебники, но зададим направление.

Синусоида обладает двумя очень важными свойствами.

1) Скорость изменения синусоиды(производная) — тоже синусоида, причем той же частоты. Соот-но так до бесконечности, сколько не бери производных от синусоиды — так и будет получаться синусоида одинаковой частоты, сдвинутая по фазе. И интегралы от неё - тоже. Это важно, так как многие вещи зависят не от той или иной величины, а от скорости её изменения.

2) Любой сигнал можно представить в виде наложения синусоид (см. ряды Фурье), поэтому получив методику работы с синусоидой, можно будет обрабатывать любой другой сигнал.

В результате получается, что синусоидальный сигнал, поданный на линейную цепь на входе, на выходе цепи будет тоже иметь форму синусоиды, с той же частотой, но, возможно, с другой амплитудой и/или фазой. Если напряжение подать, допустим, в виде кубических сплайнов, или полуокружностей — на выходе будет неизвестно что.

С точки зрения гидравлики есть определенная сложность представить источник такого напряжения — интуитивно видится поршень, ходящий туда-сюда, но такая модель станет источником тока, а не напряжения. Источник должен не прокачивать одно и то же количество жидкости туда-сюда, а создавать разность давлений строго по синусоиде. Если хотите точную модель — посмотрите видео, а пока просто запомним, что источник переменного напряжения создает разность давлений по синусоиде.

И далее мы наконец-то рассмотрим примеры сетей из наших элементов. Тут бы анимацию сделать, но к сожалению, в рисовании и анимации я не силен, кому интересны примеры— смотрите видео. Будут рассмотрены интегрирующая, дифференцирующая RC-цепочки, и конструкция фильтра ЭМИ.

А потом перейдем к полупроводникам и собсно тому, ради чего все и писалось - к сигналам, подключению контроллеров/драйверов/датчиков и заземлению.