Блок управления для шагового двигателя своими руками

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Простой драйвер шагового двигателя

Предлагается 2 варианта схем простейших драйверов шаговых моторов, реально рабочих, так как информация взята из зарубежных радиоконструкторов (ссылка на оригиналы в конце статьи).

Схема драйвера шагового двигателя

Схема драйвера шагового двигателя не содержит дорогих деталей и программируемых контроллеров. Работа может регулироваться в широком диапазоне с помощью потенциометра PR1. Есть изменение направления вращения двигателя. Катушки шагового двигателя переключаются с помощью четырех МОП-транзисторов T1-T4. Применение в блоке транзисторов большой мощности типа BUZ10 позволит подключить двигатели даже с очень большим током.

Особенности схемы и детали

• управление четырехфазным шаговым двигателем
• плавная регулировка скорости вращения в пределах всего диапазона
• изменение направления вращения мотора
• возможная остановка двигателя
• блок питания 12 В постоянного тока

Детали — IC1: 4070, IC2: 4093, IC3: 4027, T1-T4: BUZ10, BUZ11

Блок драйвер шагового двигателя собран на печатной плате, показанной на рисунке. Монтируем, как правило, начиная с припайки резисторов и панелек для интегральных микросхем, а под конец электролитические конденсаторы и транзисторы большой мощности.

Блок, собранный из проверенных компонентов, не требует настройки и запускается сразу после подачи питания. Со значениями элементов, указанными на схеме, позволяет работать двигателю 5,25” и выполняет изменение скорости вращения в интервале от 40 об./мин. до 5 об./мин.

Биполярный контроллер шаговых двигателей

Схема представляет собой дешевую, и прежде всего легко собираемую альтернативу доступным микропроцессорным биполярным контроллерам шаговых двигателей. Рекомендуется там, где точность управления играет меньшую роль, чем цена и надежность.

Принципиальную схему можно разделить на следующие блоки:

1. последовательный чип, генерирующий битовые строки,
2. локальный генератор тактового сигнала,
3. схема управления питанием катушек,
4. выходные буферы Н-моста,
5. схемы защиты входных сигналов управления.

Контроллер должен питаться постоянным напряжением, хорошо отфильтрованным, желательно стабилизированным.

Теперь пару слов про H-мосты, которые будут работать с этим драйвером. Они должны принимать на своих входах все возможные логические состояния (00, 01, 10, 11), без риска какого-либо повреждения. Просто в некоторых конфигурациях мостов построенных из дискретных элементов, запрещается одновременное включение двух входов — их естественно нельзя использовать с этим контроллером. Мосты выполненные в виде интегральных микросхем (например L293, L298), устойчивы к этому.

И в завершение третий вариант контроллера, на микросхемах STK672-440, имеющий все необходимые защиты и функции смотрите по ссылке.

Драйвер шагового двигателя своими руками

Шаговый двигатель используется в машинах для точного перемещения. Наладим управление шаговым двигателем через USB с компьютера своими руками. Нам потребуется:

1) Шаговый двигатель, возьмем — Nema23 76 мм, вместо него может быть другой, управлять будем биполяным методом, любой гибридный и биполярный шаговый двигатель будет работать с таким же управлением.

2) Блок питания, возьмем — импульсный блок питания мощностью 360W с выходным напряжением 24V / 15A, может использоваться любой другой блок питания, если будет достаточно мощности и напряжения для работы двигателя. Более мощному двигателю будет нужно больше напряжения. Предел напряжения нашего драйвера ограничивается максимальным напряжением, которое выдерживают транзисторы, это 100V, у нас блок питания на 24V. В случае большего напряжения транзисторы в схеме необходимо заменить на более мощные, также при увеличении напряжения, транзисторы могут начать греться, если такое случилось, необходимо дополнительно обдувать их куллером (у меня все в порядке и куллер не требуется). Для подключения блока питания к сети 220V также нужен шнур и нужно определить где в вашей розетке ноль, а где фаза. Контакт блока N подключается к нулю, а L к фазе, также можно подключить заземление (но не обязательно). Определение возможно при помощи индикаторной отвертки, у меня определилось, что слева ноль, а справа фаза.

Как крутить шаговый двигатель

Шаговый двигатель работает от подачи комбинаций напряжения в разных направлениях на его обмотки, у этого шагового двигателя 2 обмотки — 4 провода, первая обмотка — черный (A) и зеленый (A*) провод, вторая обмотка — красный (B) и синий (B*). За одну смену комбинаций делается 1 шаг — 1,8 градусов. Если комбинации быстро менять, то двигатель будет быстро и точно позиционироваться — крутиться. Смена комбинаций возможна в двух направлениях, соответственно двигатель будет крутиться вперед или назад.

Чтобы крутить шаговый двигатель, надо:

1) Собрать устройство — USB контроллер шагового двигателя на микроконтроллере AVR и драйвер шагового двигателя, 2 в 1. Перед тем как собирать это сложное устройство, рекомендую сначало отдельно собрать и проверить работу только USB контроллера, его я уже собрал вот тут — контроллер USB. Если USB связь работает нормально, то можно приступать к изготовлению драйвера.

2) Написать программу для компьютера, которая будет посылать USB команды устройству.

3) Написать программу для микроконтроллера AVR, которая будет принимать USB команды и крутить двигатель.

USB контроллер шаговых двигателей и USB драйвер шагового двигателя

Взятый нами двигатель является гибридным и поддерживает несколько вариантов управления. Управлять двигателем будем биполярным методом и соответственно собираем мы драйвер биполярного шагового двигателя с USB контроллером. Сначало покажу готовый результат, а потом подробно рассмотрим его. Вот фото собранного драйвера шагового двигателя с USB управлением, который я собрал:

Драйвер шагового двигателя с USB управлением своими руками

Схема драйвера биполярного шагового двигателя и USB контроллера (схема длинная и нуждается в прокрутке для просмотра):

Драйвер шагового двигателя USB на микроконтроллере AVR своими руками

Дополнительно нужно (нет в наличии):

1) Модуль питания DC-DC SMAU01L-12 (вместо него пойдет любой конвертер DC-DC с 5V до 10V-15V) — 1 шт., возможно можно без него, от 5V питать (не проверено)

Главным компонентом схемы является программируемый микроконтроллер AVR — ATmega16A, если вы не знаете как с ними работать (записывать программу), сначало ознакомьтесь с основами такой работы, которые подробно описаны в первой статье
управление машиной. Для устройства можно использовать и другой микроконтроллер AVR, я выбрал ATmega16A, т.к. в нем с запасом имеется много памяти и контактов для подключения нескольких двигателей и большого количества рабочих инструментов.

Слева от ATmega16A находятся компоненты для организации связи по протоколу USB — к выводам XTAL подключен внешний кварцевый резонатор с USB-совместимой частотой 12 МГц. Для сглаживания сигнала у него есть 2 конденсатора по 20 пФ, все это соединяется с минусом питания. К контактам, через которые идет обмен сообщениями с USB, подключены 2 резистора по 68 Ом, как того требует протокол USB. Резистор на 1.5 кОм, подключенный к D- линии задает низкоскоростной режим работы USB устройства. Диоды Зенера 3V6 понижают напряжение на линиях, через которые идет обмен данными USB с 5 до 3.6V.

Управление двигателем подключается к контактам PB0, PB1, PB2, PB3, на остальные свободные P-контакты можно в будующем подключить еще двигатели и рабочие инструменты, но пока они пустуют. Микроконтроллер ATmega16 отдает команды и обрабатывает USB сигналы после того как в него записана программа (ниже она будет написана). После него идет конструкция из микросхем IR2102 и транзисторов IRF540N (2 так называемых H-моста) — она приводит шаговый двигатель в движение.

Драйвер IR2101 нужен для преодаления большой емкости затвора транзистора IRF540N, что позволяет открывать и закрыть транзистор с большой скоростью (например принимать сигнал ШИМ, которым может регулироваться скорость двигателя при необходимости — об этом сигнале дальше напишу), что нам и нужно. К сожалению для питания этого драйвера необходимо 10-15V, у нас есть только 5V от USB. Поэтому пришлось поставить компонент DC-DC SMAU01L-12, который преобразует 5V в 12V, вместо него можно использовать любой другой способ получения такого напряжения, например, при помощи трансформатора или любым другим путем. К VCC подключается +12V, к COM -12V. Один драйвер работает с 2мя транзисторами — верхним (H) и нижним (L). Контакты HIN и LIN — входной сигнал с микроконтроллера для верхнего и нижнего транзистора, по этому сигналу транзисторы открываются и закрываются. HO и LO — это выходные сигналы, транзисторы подключаются гейтами (G) к этим контактам. Они подключаются не просто так — справа на линиях 2 резистора 10/100 Ом и диод, они нужны для нормальной работы транзисторов — чтобы они замедлялись при открытии и не замедлялись при закрытии, эти транзисторы слишком быстро открываются и это может вызвать проблемы. Диод и конденсаторы 3300 пФ — нужны для работы драйвера IR2101 согласно документации на эту микросхему.

Каждая обмотка (фаза) двигателя (у двигателя 2 обмотки A и B — 4 контакта) подключается к H-мосту из транзисторов IRF540N. H-мост — это специальная схема соединения транзисторов, которая позволяет подавать через них напряжение высокого уровня (24V) в разных направлениях. Один мост изготавливается из 4-х транзисторов. В итоге здесь вы видите 2 H-моста, которые позволяют гонять разнонаправленное напряжение высокого уровня по 2м обмоткам двигателя и тем самым крутить его.

Обратите внимание, что в мосту — HIN верхнего драйвера соединяется с LIN нижнего драйвера, а LIN верхнего с HIN нижнего. Это сделано для одновременной подачи сигналов. Если вы включили HIN сверху, то обязаны включить LIN с низу, иначе произойдет короткое замыкание. Такое подключение позволяет автоматом включать пару. Впрочем короткое замыкание все же возможно, если вы откроете и HIN и LIN на одном мосте, поэтому не допускайте этого. На контактах PB0 — PB3 допустимы только значения 0000, 1010, 0110, 0101, 1001. Их перебор крутит двигатель. Подача других значений скорей всего приведет к короткому замыканию моста.

Мощные резисторы с низким номиналом 0.1 Ом и высокой мощностью (3-5 Вт) нужны для защиты от высокого тока — это шунты. Если что их можно снять и заменить простым соединением с минусом питания, если например не будет хватать мощности. Для слабых резисторов мощность берется от тока USB: 0.05 А * 5 V = 0.25 Вт (ток USB задается программно, по умолчанию в нашей программе стоит 0.05). Черная полоска на диодах соответствует вертикальной линии на схеме.

Шаговый двигатель и блок питания подключаются к H-мостам, как показано на схеме. Минусы питания 24V, 12V и 5V соединяются. Между плюсом и минусом 24V линии ставится сглаживающий пленочный конденсатор.

Отдельное крупное фото драйвера шагового двигателя:

Блок управления для шагового двигателя своими руками

Предлагаемое устройство может управлять униполярным шаговым двигателем в двух режимах. В первом из них вал двигателя пропорционально повторяет все перемещения движка управляющего переменного резистора, во втором при нажатии на соответствующую кнопку вращается по часовой стрелке или против неё с заданной скоростью. В обоих режимах поворот вала может происходить полными шагами, предусмотренными конструкцией двигателя, или их половинами.

Схема блока управления изображена на рис. 1 . Микроконтроллер DDI (ATrnega8A-PU) работает от встроенного тактового генератора частотой 2 МГц. В качестве ключей, коммутирующих обмотки шагового двигателя М1, использованы логические элементы 2И-НЕ микросхем DD2 и DD3 (SN75452, отечественный аналог — К155ЛА18). Они имеют открытые коллекторные выходы повышенной мощности.

Возможно пропорциональное (при установленной перемычке S2) или дискретное (когда эта перемычка снята) управление углом поворота вала шагового двигателя. В режиме пропорционального управления угол задают с помощью переменного резистора R1. В режиме дискретного управления вал вращается по часовой стрелке (если смотреть со стороны насаженного на него шкива) при нажатой кнопке SB1 или против часовой стрелки при нажатой SB2 Когда ни одна из кнопок не нажата, двигатель остановлен.

Перемычкой S1 задают полношаговую и полушаговую работу двигателя. Состояние обеих перемычек программа микроконтроллера анализирует только в момент включения питания или после принудительной установки микроконтроллера в исходное состояние сигналом, поданным на контакт ХТ1. Поэтому перемычки следует устанавливать или снимать заранее.

Использованы два канала АЦП микроконтроллера На вход одного из них ADC5 (выв 28) подано напряжение с подстроечного резистора R4, которым регулируют частоту шагов вала двигателя в любом режиме работы блока.

Другой канал АЦП используется только в пропорциональном режиме. К его входу ADC4 (выв. 27) через интегрирующую цепь R3C6 подключен переменный резистор R1. которым задают угол поворота вала. Положение движка переменного резистора программа условно разбивает на 256 позиции. Вал шагового двигателя СДХ 1,8/40 совершает один оборот на 200 шагов (один шаг — 360/200 1,8 град.). Следовательно, за 255 шагов в полношаговом режиме вал сделает более одного оборота, повернувшись на 459 град.

Для ограничения угла поворота вала в конструкции предусмотрены два концевых оптических датчика — оптроны с открытым оптическим каналом U1 и U2. Их приклеивают или каким-либо другим способом крепят к корпусу двигателя, как показано на рис. 2 . Положение оптронов относительно вала двигателя зависит от необходимого максимального угла поворота вала, который может быть выбран в пределах от 20 до 340 град.

Для управления оптронами на валу двигателя необходимо закрепить непрозрачный флажок. В каждом из крайних положений вала он должен входить в зазор между излучающим диодом и фото транзистором соответствующего оптрона и прорывать световой поток между ними. Материал и размер флажка особого значения не имеют, Я использовал полоску белой жести толщиной 0,8 мм, длиной 50 мм и шириной 8 мм. На расстоянии 10 мм от каждого её конца края полосы были изогнуты. Одна сторона получившейся П-образной скобы прикреплена к шкиву, надетому на вал двигателя, а вторая служит флажком, входящим в рабочий зазор оптронов.

После включения питания программа микроконтроллера выполняет установку положения вала шагового двигателя в заданное переменным резистором R1 положение. Сначала вал поворачивается против часовой стрелки, пока флажок не войдёт в зазор оптрона U1. При поступлении сигнала этого оптрона на вход РВ1 (выв. 15) микроконтроллера программа обнуляет регистр-счетчик числа шагов двигателя, измеряет напряжение на движке переменного резистора R1 и преобразует его в цифровой код в интервале 0—255 — это необходимое число шагов от крайнего против часовой стрелки до заданного переменным резистором положения вала двигателя. Если код равен нулю, то положение вала уже соответствует заданному. В противном случае выполняется найденное число шагов по часовой стрелке с одновременным инкрементом регистра-счётчика шагов.

Далее программа периодически сравнивает содержимое регистра-счётчика шагов и регистра результата аналого-цифрового преобразования напряжения с движка переменного регистра R1. Если напряжение увеличилось, то выполняются шаги по часовой стрелке с инкрементом счетчика, а если уменьшилось, то шаги против неё с декрементом счётчика, пока не будет достигнуто равенство содержимого регистров В результате вал двигателя повторяет все перемещения движка переменного резистора R1. Чтобы достичь точного совпадения углов их поворота, следует тщательно подобрать резистор R2 в пределах от 510 Ом до 3 кОм.

Иногда шаговый двигатель пропускает заданные шаги. Это может быть результатом механической перегрузки или возникновения препятствия вращению его вала. Возникает рассогласование между заданным и фактическим положениями вала двигателя. Чтобы устранить его. достаточно на 1. 2с перевести движок переменного резистора R1 в нижнее по схеме положение При этом вал повернётся против часовой стрелки до входа укреплённого на нём флажка в зазор оптрона U1 и соответствие будет восстановлено.

Для работы устройства в режиме пропорционального управления датчик крайнего против часовой стрелки положения вала (оптрон U1) обязателен. А вот оптрон U2 можно не устанавливать, если в ограничении максимального угла поворота вала нет необходимости. Но в таком случае следует соединить вход PB0 (выв 14) микроконтроллера с цепью -+5 В. а правый по схеме вывод резистора R6 — с анодом излучающего диода оптрона U1.

При пропорциональном управлении двигателем в полушаговом режиме вал сможет повернуться только на 229,5 град. Уменьшается и вращающий момент, зато уменьшается до 0,9 град, дискретность поворота вала Это необходимо учитывать при выборе режима работы.

При дискретном управлении вал вращается по часовой стрелке при нажатой кнопке SB 1. а в обратном направлении при нажатой кнопке SB2 Если кнопки не нажаты, вал двигателя зафиксирован в текущем положении. Процедура установки вала в исходное положение и переменный резистор R1 в этом режиме не используются. Оптроны U1 и U2 ограничивают сектор возможных положений вала Если ограничивать его не требуется, можно не устанавливать оба оптрона, соединив с цепью +5 В входы РВО и РВ1 (выв. 14 и 15) микроконтроллера.

Сигналы, формируемые на выходах PD5—РD7(выв. 11—13) микроконтрол лера и выведенные на разьем Х2. предназначены для контроля работы шагового двигателя внешними устройствами. Об обнулении регистра-счётчика шагов свидетельствует короткий импульс на контакте 2 разъёма. Каждый шаг двигателя сопровождается импульсом прямоугольной формы на контакте 4. Уровень напряжения на контакте 3 показывает направление вращения вала: низким — по часовой стрелке, высокий — против неё. Эти сигналы формируются и в пропорциональном, и в дискретном режимах.

Управляющая программа для микроконтроллера написана на языке ассемблера(step_r3-14.zip). Для ее правильной работы разряды конфигурации микроконтроллера, отвечающие за его тактирование и запуск, должны быть установлены в следующие состояния: CKSEL0=0 , CKSEL1=1 , CKSEL2=0 , CKSEL3=0 , SUT0=0 , SUT1=1 , CK0PT=1 .

Печатная плата блока управления изображена на рис. 3 . Она изготовлена из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1..1,5 мм. Интегральный стабилизатор DA1 должен быть снабжен теплоотводом площадью не менее 50 см 2

Микросхемы SN75452 можно заменить отечественными К155ЛА18. которые использовались в пятидюймовых накопителях на гибких магнитных дисках вместе с применённым в описываемой конструкции шаговым двигателем СДХ 1,8/40. Диоды IN4148 можно заменить отечественными серий КД521, КД522. Дроссель L1 — ДП-0.1 или ДП-0,2 указанной на схеме индуктивности. Переменный резистор R1 должен иметь линейную зависимость сопротивления от угла поворота движка. Я применил переменный резистор RK-1112N-B10K Подстроенный резистор R4 — углеродный однооборотный SH655MCL или аналогичный.

При налаживании блока необходимо проверить правильность подключения оптронов U1 и U2, а также их расположение относительно флажка на валу двигателя. Ошибки здесь могут привести к формированию непрерывной команды остановки двигателя, и он работать не будет. Если наблюдается нарушение равномерности вращения вала в обоих направлениях (характерные скачки рывки), следует проверить правильность подключения обмоток двигателя.

Предлагаемый блок может быть использован для управления различными механизмами с шаговыми двигателями. Для примера на рис. 4 показано поворотное устройство для видеокаморы, в котором использованы два таких блока. Один управляет шаговым двигателем. поворачивающим видеокамеру вокруг вертикальной оси, а второй — вокруг горизонтальной

KOMITART — развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

• » На Главную
• » Радиолюбителю
• » APEX AUDIO
• » Блоки питания
• » Гитарные примочки
• » Своими руками
• » Автомобилисту
• » Service-Manual
• » PREAMPLIFIERS
• » Бесплатные программы
• » Компьютер
• » Книги
• » Женские штучки
• Готовим вкусно и быстро
• » Игры на сайте
• » Юмор
• » Разное — интересное

DirectAdvert NEWS

GNEZDO NEWS

Друзья сайта

Статистика

Что такое шаговый двигатель. Блок управления шаговым двигателем на таймере NE555 (КР1006ВИ1).

Что такое шаговый двигатель.
Блок управления шаговым двигателем на таймере NE555 (КР1006ВИ1).

Шаговый двигатель_Блок управления_схемы

Принцип работы шагового двигателя заключается в повороте его вала на определенный угол при поступлении чередующихся импульсов, поступающих на соответствующие обмотки. Управляется данный двигатель с помощью электронной схемы – драйвера, ее еще называют контроллером шагового двигателя.

Плюсами шагового двигателя являются точность позиционирования вала, то есть точное его перемещение на определенный угол, это зависит от количества поступивших на обмотки импульсов, данный двигатель более надежен в связи с отсутствием щеточного механизма (его ресурс ограничивается сроком службы подшипников), с помощью такого двигателя можно добиться сверхнизкой частоты вращения вала, не применяя при этом редукторных механизмов, двигатели такого типа обладают широчайшим диапазоном скорости вращения, это зависит от количества приходящих на обмотки импульсов.

Разновидности шаговых двигателей:

В последнее время в основном промышленность выпускает гибридные шаговые двигатели, которые различаются по количеству и конфигурации обмоток.

● Биполярные ШД — имеют две обмотки, четыре вывода;
● Униполярные ШД — имеют две обмотки, шесть выводов;
● Четырехобмоточные ШД — имеют четыре обмотки, восемь выводов.

Чтобы с обмотками было понятнее – смотрите следующее изображение:

У последнего варианта, если соединить выводы “А-штрих” с “В” , и “С-штрих” с “D”, получите биполярный шаговый двигатель.

Пример внутреннего строения обмоток шагового двигателя:

К недостаткам шагового двигателя можно отнести подверженность его резонансу, низкий уровень удельной мощности на валу, низкий момент на высокой скорости вращения, и не снижение потребляемой энергии при отсутствии нагрузки на валу.

Цель данной статьи не рассматривать отдельные нюансы шаговых двигателей, мы изложили лишь общие понятия его устройства и принципа работы. Таким образом мы вплотную подошли к устройству блока управления ШД.

В сети можно найти множество схемных решений контроллеров ШД, основанных на применении программируемых микроконтроллеров, ну а мы сейчас рассмотрим принципиальную схему управления однополярным ШД, реализованную на микросхеме-таймере NE555, отечественным аналогом которой является КР1006ВИ1. На этой микросхеме собран тактовый генератор прямоугольных импульсов. Эти импульсы поступают на устройство (микросхемы D2 и D3), которое обеспечивает подачу импульсов управления на соответствующие обмотки двигателя в нужном порядке для того, чтобы вал нашего двигателя начал вращаться. Управляющие импульсы на обмотки поступают через ключи VT1…VT4. Скорость вращения вала ШД изменяется вращением ручки переменного резистора R1. Принципиальная схема блока управления изображена на рисунке ниже:

Зарубежные микросхемы и их отечественные аналоги: CD4070 — К561ЛП14 ; CD4027 — К561ТВ1.

Даташит микросхемы NE555 можно скачать по прямой ссылке с нашего сайта, которая появится после клика по любой строке рекламного блока ниже, кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер файла – 93,5 KB.

В качестве дополнения к статье приведем пример еще одной не сложной схемы управления ШД , которые применялись в дисководах 5,25″.

Схема собрана на следующих элементах:

— DD1 — К561ЛА7;
— DD2 — К561ИЕ14;
— DD3 — К555ИД7;
— DD4, DD5 — К155ЛИ5.

Печатная плата выглядит следующим образом:

Печатная плата блока управления ШД_вид со стороны дорожек

Печатная плата блока управления ШД_установка элементов на плате

Более подробное описание вы можете найти в журнале “Радиохобби” в первом номере 2001 года, страница 44, статья “Система дистанционного управления для High-End УМЗЧ”, а вышеприведенная схема является частью схемы из этого журнала.

И последний довесок к статье без описания, может быть кому и пригодится:

Элементы указаны на схеме, переключатель S1 – реверс вращения.

Уважаемый Пользователь! О том, как получить нужный материал, прочитайте информацию по кнопке ниже:

Часто задаваемые вопросы по шаговым двигателям (FAQ)

Вопрос: Что такое шаговый двигатель и для чего он?

Ответ: Шаговые двигатели — это устройства, задача которых преобразование электрических импульсов в поворот вала двигателя на определенный угол. В отличие от обычных двигателей, шаговые двигатели имеют особенности, которые определяют их свойства при использовании в специализированных областях: управляя шаговым двигателем с помощью специального устройства (драйвер шагового двигателя), можно поворачивать его вал на строго заданный угол. Это позволяет применять его там, где требуется высокая точность перемещений. Наглядные примеры это принтеры, факсы, копировальные машины, станки с ЧПУ (Числовое программное управление), фрезерные, гравировальные машины, модули линейного перемещения, плоттеры, установщики радиоэлектронных компонентов. Шаговый двигатель является бесколлекторным двигателем постоянного тока. Как и другие бесколлекторные двигатели, шаговый двигатель высоконадежен и при надлежащей эксплуатации имеет длительный срок службы. Далее: подробно о строении шагового двигателя

Вопрос: Какие достоинства у шаговых двигателей?

Ответ: Достоинства истекают из особенностей конструкции: — Шаговый двигатель может обеспечить очень точное перемещение на заданный угол, причем без обратной связи — поворот ротора зависит от числа поданных импульсов на устройство управления; — высокая точность позиционирования и повторяемость, так качественные шаговые двигатели имеют точность не хуже 5% от величины шага, при этом данная ошибка не накапливается; — хорошая надежность двигателя, обусловленная отсутствием щеток, при этом срок службы двигателя ограничивается лишь ресурсом подшипников; — обеспечивает получение сверхнизких скоростей вращения вала без использования редуктора; — работа в широком диапазоне скоростей, т.к. скорость напрямую зависит от количества входных импульсов. Недостатки — шаговый двигатель подвержен резонансу; — может пропустить шаги и реальная позиция вала окажется рассинхронизирована с позицией, заданной в управляющей системе — низкая удельная мощность шагового привода; — потребляемая энергия не уменьшается при отсутствии нагрузки; — малый момент на высоких скоростях;

Вопрос: Какие бывают шаговые двигатели?

Ответ: Шаговых двигателей существует множество разновидностей. В настоящее время 95% всех шаговых двигателей — гибридные. В зависимости от конфигурации обмоток двигатели делятся: а)Биполярный — имеет четыре выхода, содержит в себе две обмотки. б)Униполярный — имеет шесть выходов. Содержит в себе две обмотки, но каждая обмотка имеет отвод из середины. в)Четырехобмоточный — имеет четыре независимые обмотки. Можно представлять его как униполярный, обмотки которого разъединены, а если соединить соседние отводы — получим биполярный двигатель.

В зависимости от типа электронного коммутатора управление шаговым двигателем может быть: однополярным или разнополярным; симметричным или несимметричным; ·потенциальным или импульсным. При однополярном управлении напряжение каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от -U до +U. Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное.

Вопрос: Корпус у меня не разборный, а хочется посмотреть что внутри!

Ответ: Внутри находятся обмотки, зубчатый ротор и несколько подшипников. Не стоит разбирать рабочий двигатель. Ротор устанавливается с малым зазором, кроме того, система ротор-статор образует замкнутый магнитопровод, который намагничивается в собранном состоянии, и двигатель после разборки теряет существенную часть момента.

Вопрос: На какой минимальный угол может повернуться шаговый двигатель?

Ответ: Большинство моделей имеет 200 шагов на оборот, т.е. 1.8 градуса на шаг. Также производятся и можно заказать у нас двигатель с шагом в 0.9 градуса(400 шагов на оборот). Существует также возможность использования микрошагового режима, который позволяет делить шаг без потери точности на 8-10 микрошагов. Это означает, что для двигателя с шагом 0.9 градуса минимальным угла поворота будет примерно 0,09 град = 5.4 угловых минуты. Существуют также драйверы, которые могут делить шаг на 256 и даже 512 микрошагов. Но практическое значение таких делений невелико — во-первых, для совершения каждого микрошага требуется подать отдельный импульс STEP, соответственно, требуется очень высокая частота импульсов, во-вторых, точность перестает расти уже после деления шага на 10-16 частей. Единственным применением таких режимов остается повышение плавности хода двигателя.

Вопрос: Какие существуют программы для работы с шаговыми двигателями?

Ответ: Их существует множетсво как перемещение на определенный шаг, так для трехмерного использования. Могут управлять от одного до шести двигателей. Например MACH3, LinuxCNC, Turbocnc, NC Studio.

Вопрос: Как можно повысить точность вращения вала шагового двигателя?

Ответ: Есть режим дробления шага (микрошаг) реализуется при независимом управлении током обмоток шагового электродвигателя. Управляя соотношением токов в обмотках можно зафиксировать ротор в промежуточном положении между шагами. Таким образом можно повысить плавность вращения ротора и добиться высокой точности позиционирования. Однако, деление шага не всегда приводит к увеличению точности. Погрешность установки вала всегда равна указанному производителем значению (обычно 5% от полного шага), вне зависимости от микрошага. Кроме того, точность установки снижается, если ток в одной из обмоток близок к нулю. В результате точность увеличивает деление шага до примерно 8-10 микрошагов (деление 1/8 или 1/10). Большие значения приводят лишь к увеличению плавности хода.

Вопрос: Что означают характеристики шагового двигателя — ток, индуктивность, напряжение и т.п.?

Ответ: Все характеристики двигателя находятся в тесной взаимосвязи и определяют главную — кривую зависимости крутящего момента от скорости. Рассматривать влияение характеристик надо для двигателей одного размера. Момент удержания — пиковое значение крутящего момента двигателя — зависит от тока и индуктивности обмотки. Чем больше индуктивность, тем больший момент удержания можно развить, но тем больше требуется напряжение питания на высоких скоростях, чтобы преодолеть индуктивное сопротивление и закачать нужный ток в обмотку. Ток обмотки также определяет выбор драйвера шагового двигателя. Напряжение питания обмотки равно U = I*R, номинальному току обмотки умноженному на напряжение и показывает, какое постоянное напряжение надо подать на обмотку, чтобы получить номинальный ток и, соответственно, момент удержания. Величина напряжения используется при выборе драйвера и характеристик источника питания.

Вопрос: Какой шаговый двигатель лучше, А или Б?

Ответ: Этот вопрос неоднозначен, но все же дадим пару рекомендаций. Как правило, ориентироваться надо не на момент удержания, а на индуктивность. Лучше работают те двигатели, у которых индуктивность меньше — большинство задач требуют момента на высоких скоростях, и малая индуктивность требует меньшего напряжения питания. Нормальной индуктивностью можно считать 2-5 мГн для двигателей NEMA23 (фланец 57 мм), 4-6 мГн для двигателей NEMA34 (фланец 86 мм). Если А и Б — двигатели разного размера, смотрите кривую зависимости момента от скорости — чем она более пологая, тем лучше. См. более подробный алгоритм выбора шагового двигателя.

Вопрос: Что такое драйвер управления шаговым двигателем?

Ответ: Драйверы шаговых двигателей используются для управления биполярными и униполярными шаговыми двигателями с полным шагом, половинным и микрошагом. Они действуют как посредники между компьютером и двигателем и должны подбираться по напряжению и уровню мощности, типу сигнала (аналоговый и цифровой). Тип двигателя является самым важным фактором при выборе драйвера. В униполярном или биполярном двигателе ток проходит только в одном направлении по обмотке. Биполярные шаговые двигатели имеют две обмотки через которые ток проходит поочередно. Шаговые двигатели с полным шагом приводятся в движение благодаря изменениям магнитного поля относительно ротора. Полушаговые двигатели в свою очередь действуют также, как двигатели с полным шагом однако угловое перемещение ротора составляет половину шага полношагового двигателя. На каждый второй шаг запитана лишь одна фаза, а в остальных случаях запитаны две. В результате угловое перемещение ротора составляет половину угла. Микрошаговые или минишаговые двигатели отличаются дискретным числом угловых перемещений угловых положений между каждым полным шагом. В драйверах минишаговых и микрошаговых двигателей используются электронные методы улучшения позиционного решения системы управления. Драйверы шаговых двигателей отличаются по электрическим характеристикам, параметрам управления, размерам и техническим характеристикам. Электрические характеристики включают в себя максимальное напряжение на входе, номинальную мощность, силу тока на выходе, максимальная сила тока на выходе, питание переменным и постоянным током. Драйверы для шаговых двигателей могут быть однофазными или трех фазными с частотой в 50, 60, или 400 Гц. Параметры управления включают в себя особенности установки и управления. В некоторых драйверах используются ручные средства управления типа кнопок, DIP-переключателей или потенциометров. В других используются джойстики, цифровые пульты управления, компьютерные интерфейсы, или слоты для карт PCMCIA (Международная ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров). Программы контроля могут быть сохранены на передвижных, энергонезависимых носителях данных. Переносные блоки управления разработаны для управления с удаленных точек. Также доступно беспроводное и WEB управления. Форма драйверов позволяет сборку модуля в нескольких конфигурациях. Большинство устройств могут монтироваться на шасси, контактные DIN рельсы, панели, стойки, стены или печатные платы (PCB). Также возможна установка автономных устройств и интегральных микросхем, которые монтируются на печатные платы. Особенности драйверов: подавление резонанса; вспомогательные входы/выходы (I/O); мягкий старт; автонастройка, самодиагностика и проверка состояния; а так же сигнализация в таких случаях как перенапряжение. В драйверах используют много различных типов шин и коммуникационных систем. Шинные типы: (ATA), (PCI), (IDE), (ISA), (GPIB), (USB) и (VMEbus). Коммуникационные стандарты: ARCNET, AS-i, Beckhoff I/O, CANbus, CANopen, DeviceNet, Ethernet, (SCSI) и (SDS). Также доступно большое количество последовательных и параллельных интерфейсов. Соответствующая статья поможет подобрать драйвер биполярного двигателя для станка с ЧПУ.

Вопрос: Как узнать, подходит ли двигатель А к драйверу Б

Ответ: Чтобы это узнать, сделайте следующее: 1) проверьте, может ли драйвер выдавать ток фазы, равный(или примерно равный)току, указанному производителем двигателя. Если ток драйвера заметно меньше тока фазы двигателя — драйвер не подходит. 2) Вычислите максимальное напряжение питания двигателя по формуле Umax = 32 * sqrt (L), где L — индуктивность обмоток двигателя в миллигенри(указывается производителем). Желательно, чтобы максимально допустимое напряжение питания драйвера было примерно равно этому значению, или было немного больше. Если это условие не выполняется, то скорее всего двигатель вращаться будет, но больших скоростей достичь не удастся. Пример:подходит ли драйвер PLD545-G3 для двигателя PL86H151? Ток обмотки двигателя — 4.2 А, ток, выдаваемый драйвером — до 5А, первое условия выполнено. Индуктивность двигателя — 12 мГн, по формуле получаем Umax = 32 * sqrt(12) = 110 Вольт. Максимальное напряжение питания драйвера — 45 Вольт. Это означает, что двигатель будет отдавать момент только на низких оборотах, а для получения качественного движения необходимо использовать или драйвер с напряжением питания до 80 Вольт(например, PLD86 или PLD880), или двигатель с меньшей индуктивностью.

Вопрос: У меня перегревается двигатель, что делать?

Ответ: Для начала надо определить, действительно ли двигатель перегревается. Многие воспринимают рабочую температуру двигателя как перегрев, потому что её «не терпит рука», тогда как нагрев в 80 градусов — нормальное явления для шагового двигателя. Поэтому необходимо замерить реальную температуру. Если она меньше 80 градусов — беспокоиться не стоит. Если больше — первое, что необходимо проверить, это выставленный рабочий ток на драйвере. Он должен соответствовать номинальному току двигателя. Также можно использовать функцию снижения тока обмоток в режиме удержания. К снижению нагрева приводит также снижение питающего напряжения, однако, и момент тоже снизится. Если нет возможности жертвовать динамикой двигателя, остается единственный способ — установить на корпус ШД радиатор и/или вентилятор.

Вопрос: Шаговый двигатель постоянно пропускает шаги. Что делать?

Ответ: Пропуск шагов — самая неприятная проблема у шаговых приводов. Причин может быть множество. В порядке убывания распространенности:

• Некачественный блок управления двигателем. Не стоит недооценивать сложность управления шаговым двигателем. Разница в работе драйвера Leadshine и кустарной поделки — очень велика. Особенно это заметно при работе в области резонанса.
• Неверные настройки драйвера. Неверно выбранное напряжение питания, ток — могут приводить к пропуску шагов. Проверьте все настройки еще раз.
• Двигатель перегружен. Нагрузка на двигатель слишком велика. Снизьте скорость или поставьте двигатель побольше.
• Механическая часть(направляющие, передачи) подклинивает
• Бракованный двигатель. Прозвоните обмотки, проверьте их сопротивление(должно совпадать с паспортным). Проверьте вращение вала рукой — при разомкнутых обмотках вал отключенного двигателя должен вращаться легко и беззвучно, при замкнутых накоротко вал крутиться не должен.
• Дребезг на контактах управляющих сигналов STEP/DIR
• Проблемы с генерацией сигналов STEP/DIR. Это целое отдельное семейство проблем, которое достойно отдельного обсуждения.
• Иногда за пропуск шагов принимают проскальзывание шестерни на валу или муфты, соединяющей вал двигателя с винтом передачи