Шаговый двигатель за что отвечает

Шаговый двигатель за что отвечает

Шаговый двигатель за что отвечает

Шаговый двигатель — что это такое и как им управлять.

Автор: Поздеев Андрей aka moLCHec
Опубликовано 20.07.2007

Сегодня шаговые двигатели (далее ШД) активно используются в различных приводах и позиционирующих системах, что объясняется их невысокой ценой и достаточной надёжностью, также применение шаговых двигателей позволяет обойтись без дорогого контура скорости и положения, при этом не накапливается ошибка положения. Первые модели ШД имели малое число шагов и большие габариты, что сильно ограничивало их использование.
Существует 3 типа ШД:
Реактивные:

Поперечное сечение реактивных ШД.
а) трехфазный б) четырёхфазный.

На постоянных магнитах:

Поперечное сечение четырехфазного ШД на постоянных магнитах.

Конструкция гибридного ШД:
1 — магнитопровод статора, 2 — обмотки, 3 — магнитопровод ротора, 4 — обмотка статора, 5 — постоянный магнит.

Структура ротора гибридного ШД:
1 — шихтовая сталь, 2- постоянный магнит.

Из доступных радиолюбителю являются движки от принтеров которые являются гибридными ШД, других я просто не встречал, поэтому в дальнейшем речь пойдёт о них.
Ну вот из чего состоит ШД и, что он себя представляет разобрались самое время вникать как этим добром управлять. Различают одно и двухфазное возбужде-ние. В дальнейшем я буду рассматривать четырехфазный ШД т.к. именно с ним я работал в трехфазном всё аналогично.

Одним из недостатков ШД является колебательность ротора при установке в новое положение это обусловлено прежде всего инерцией ротора. Согласно теории при двухфазном возбуждении колебания затухают быстрее, чем при однофазном, однако при этом возрастают броски коммутирующего тока. На практике же я не об-наружил существенной разницы, обмотки при двухфазном управлении грели лучше батареи, колебания тока затухали дольше, чем при однофазном. В механике может оно быстрее, однако максимальная шаговая скорость не увеличилась.
Кроме одно- и двухфазного управления существует полушаговый режим. В этом режиме за цикл ротор делает половинный шаг, данный режим осуществляется особым управление обмотками.

Как оно там происходит видно на рисунке ниже:

Сравнение однофазного, двухфазного и полушагового управления:
а) однофазное; б) двухфазное; в) полушаговое.

Также у гибридных двигателей есть режим микрошага для этого на обмотки подаётся синусоидальное напряжение, при этом осуществляется почти плавное перемещение ротора, однако сказывается фиксирующий эффект обусловленный зубцами ротора и статора. При использовании датчиков положения ШД работает аналогично вентильному двигателю.
Теории думаю хватит, будем считать что к чему разобрались. Руки чешутся всё это попробовать. Начнём со схемы, я правда обычно начинаю с печатки, а схема это лишь следствие.

Несколько слов по схеме, в EAGLE почему-то не было ATMEGA8 в DIP корпусе, взял TQFP поэтому номера выводов для DIP корпуса отличны. Транзисторы Т1-Т4 составные BD677A, BD679A, BD681 или КТ829Б, я использовал последние, позже купил BD681, но проверить ещё не успел. При питании ШД от 5В можно применить BD675A, возможны и другие аналоги аналогичной мощности и коэффициентом передачи тока более 750, что обусловлено большими бросками тока в фазах при коммутации. Изначально я поставил КТ814 в результате транзюки нагрелись так что отпаялись, текстолит потемнел, МК естественно отправился в мир иной.
Диоды D1-D4 любые выдерживающие ток от 1А и напряжение от 50В. Светодиоды в принципе любые, сопротивление R3 выбирается в зависимости от тока светодиодов. L1-L4 это обмотки ШД, номера обмоток обозначены условно главное чтоб по порядку. Мой ШД по документации работает при напряжении до 24В, я гонял на 12В и 22В, обмотки и транзисторы при этом греются сильно, так что аккуратнее. Питание на обмотки подаётся через переключатель S4, он должен быть рассчитан на ток порядка 3-4А. Переключатель S3 включает защитные диоды, это сделано для того что-бы можно было осциллографом проследить коммутационные процессы с ними и без них. Ставить их вообще не обязательно работать будет. Основная функция диодов — защита транзисторов он бросков напряжения при коммутации.

Читать еще:  Что такое угол опережения зажигания двигателя 21083

Печатную плату можно стырить в конце статьи.
Свою плату я делал давно и рисунок потерял. Этот вариант рисовал для ленивых, советую проверить перед изготовлением я мог и ошибиться. Разъём под программирование разводить не стал т.к. у различных программаторов по разному, про-сто вывел соответствующие пины кому надо разведёт, места много.

Настало время браться за прошивку (которая так же доступна в виде файла в конце статьи). Пишу я на Си в компиляторе ICC for AVR, если используете другой компилятор то часть кода в части обработчика пре-рывания и включения файлов регистров и п.т.
Немного расскажу о программе. Таймер счётчик работает в режиме СТС(4) сброс при совпадении, предделитель = 1, соответственно значение шаговой частоты F=fclk/OCR1A, в программе за частоту отвечает глобальная переменная time тина int. Выбор скорости осуществляется нажатие кнопки SPEED, для кварца 4000 кГц в данной версии прошивки значения шаговой частоты будет 0,1; 0,2; 1 и 5 кГц. При переключении скорости соответственно загораются светодиоды LED1. LED4. Пере-ключатель switch в обработчике прерывания при инкременте переменной driver, обеспечивает полушаговое управление, однако если выделить только нечётные зна-чения получится однофазный режим, чётные — двухфазный, для того что бы обеспе-чивалось соответствующее изменение driver введена дополнительно переменная step, когда выбран режим 1или 2 (переменная tip) переменная step =1 и driver инкремен-тируется на 2, при step =0 drive rинкрементируется на 0. При установке режима 1 или 2, переменной присваивается значение этого режима, таким образом осуществ-ляется выделение нечётных для 1-го и чётных для 2-го режима. Для индикации ре-жима предназначены светодиоды LED5 и LED6, при 0-м выключенном режиме они не горят при этом напряжение с обмоток снимается во избежании из перегрева. В целом я считаю код довольно понятным и не требует особых знаний. При желании его можно адаптировать под себя.

Ну и в заключениии — фото на память:

Файлы:
Прошивка (с исходником) — 01.rar
Печатная плата — 02.rar

Шаговый двигатель (Step motor)

Движение ротора в шаговом двигателе происходит за счет последовательной подачи напряжения на обмотки двигателя, после подачи напряжения на одну из обмоток, ротор фиксируется в определенном положении, а поочередная подача заставляет ротор делать так называемые шаги, именно этот факт определил название — шаговый двигатель (Step motor).

В 30-е годы прошлого столетия появились первые шаговые двигатели и сразу же получили широкое применение во всех отраслях промышленности. Сегодняшние шаговые двигатели претерпли значительные изменения, но принцип работы остался прежним.

Производители шаговых двигателей

По прошествии практически ста лет шаговый двигатель остается популярным промышленным оборудованием, а его производством занимаются многие известные производители, такие как:

  • Autonics;
  • Ametek;
  • Beckhoff;
  • CMZ;
  • Delta;
  • OMS;
  • SanyoDenki;
  • JVL.

И многие другие производители промышленного оборудования и электроники.

Драйвер шагового двигателя (Stepper driver)

За направление вращения ротора и его скорости отвечает драйвер шагового двигателя, который последовательно подает напряжение на обмотки статора, ток на обмотках определяет угол поворота вала. Драйвер шагового двигателя (Stepper driver) — это силовой модуль в задачу которого входит последовательное формирование тока питания для каждой обмотки двигателя.

Ремонт шагового двигателя и драйвера ш.д. в сервисном центре

Сервисный центр «Кернел» предлагает услуги по ремонту промышленной электроники и оборудования такого как шаговые двигатели и драйвера шаговых двигателей. В виду малого ресурсного запаса драйвера ш.д. не редко выходят из строя, обратившись в нашу компанию вы гарантированно получите глубокую диагностику промышленного оборудования, которая покажет причину выхода из строя оборудования и последующий профессиональный ремонт драйвера шагового двигателя в сжатые сроки.

Наш сервисный центр уделяет максимальное внимание на качество исполнения ремонта. Мы производим ремонт шаговых двигателей и драйверов ш.г. на компонентном уровне с использованием только оригинальных запасных частей, мы уверены в качестве выполненных работ и смело даем гарантию на все ремонтные работы 6 месяцев.

Читать еще:  Ваз 21213 диагностика неисправностей двигателя

Подключение шагового двигателя, настройка и программирование

Мы ценим наших клиентов и предлагаем ремонт не только на территории сервисного центра, но и с выездом на территорию заказчика, для подключения шагового двигателя его последующую настройку и программирование.

Если вы заинтересованы в ремонте (перемотке) шагового двигателя или в ремонте драйвера шагового двигателя, вы можете оставить заявку на ремонт либо с помощью специальной форме на сайте, либо связавшись с нашими менеджерами несколькими способами:

  • Заказав обратный звонок (кнопка в правом нижнем углу сайта)
  • Посредством чата (кнопка расположена с левой стороны сайта)
  • Либо позвонив по номеру: +7(8482) 79-78-54; +7(917) 121-53-01
  • Написав на электронную почту: 89171215301@mail.ru

Вот далеко не полный список производителей промышленной электроники и оборудования, ремонтируемой в нашей компании.

О шаговых двигателях и том, как их есть

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

Шаговый электродвигатель — это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Шаговый двигатель в первую очередь спроектирован не для того, что бы он просто вращался и передавал свой вращающий момент исполнительному механизму. Он должен обеспечивать высокую точность позиционирования и достаточный момент удержания.

Удерживающий момент — это то, с какой силой двигатель, если на него подан номинальный ток, будет сопротивляться попыткам его провернуть. Если подать на двигатель ток равный номинальном, это обеспечивает максимальный момент удержания.

Угол поворота — это угол поворота, на который двигатель поворачивается за один шаг (кто бы мог подумать?). Потому, иногда, его просто называют шагом и не парятся. А погрешность шага — это максимальное отклонение от заданного угла поворота в процентах.

Выходит, что чем мельче шаг, тем круче и точнее? Нет! Шаг в 1.8 градуса это всё, что вам нужно. Не буду сейчас приводить таблицы и примеры расчёта перемещений исполнительных механизмов на разных моделях принтеров и разных кинематиках. Поверьте мне на слово, лучше смотрите на погрешность шага, пользы будет больше. 5% — очень и очень хороший показатель.

И тут можно задаться вопросом, — ‘а как же напряжение?’. Напряжение особой роли не играет, т.к. его регулирует драйвер шагового двигателя, что бы поддерживать необходимый ток. Но знайте меру. 3V — 5V вполне достаточно, 3.4V, наверное, в самый раз.

Есть ещё такой параметр, как количество фаз. Ну, если совсем просто, то это сколько контактов/проводов торчит из двигателя. По хорошему, нам для принтера нужны биполярные двигатели с 4-мя фазами (проводами). Но существуют и с 6-тью и, даже, с 8-мью. Последние — экзотика в наших краях (ну я по крайней мере вообще их в руках не держал). А вот те, что с 6-тью проводами — те встречаются. Если просто, то это тоже самое, что и с 4-мя, но на обеих обмотках есть центральный отвод. Более наглядно можно посмотреть на иллюстрации, которую я честно где-то стырил.

Но я так и не сказал, что брать? Если есть 4-выводной, берём его, если нет, не расстраиваемся и берём 6-выводной. Но лучше берите 4-выводной (мороки меньше). Кстати, на картинке 8-выводной двигатель показан в режиме, когда у него пары обмоток подключены параллельно.

О чём ещё не сказал? О размерах? Ну разве ими кого-то удивишь? Наш типоразмер это Nema17, тут ничего нового. Можно и другие, но это уже снова экзотика.

Ну и последнее. Вот я купил двигатель, а дальше что? Как на нём правильно настроит ток? А всё очень просто, я уже поверхностно описывал этот процесс в одном из своих постов. Нам понадобится мультиметр, отвёртка и немного математики. Настройка тока производится методом кручения подсроечника на драйвере и снятия контрольного напряжения. Напряжение можно снимать — как на картинке.

Читать еще:  Что сделать если пропала компрессия на двигателе

А дальше считаем по формуле, какое контрольное напряжение (Vr) нам надо выставить. Формула различается для разных драйверов.

Vr = Номинальный ток / 2,5

Для двигателя с номинальным током 1.7А: Vr = 1.7A / 2 .5 = 0.68V

Vr = Номинальный ток / 2

Для двигателя с номинальным током 1.7А: Vr = 1.7A / 2 = 0,85V

Позиционирование с высокой точностью

Устройства автоматизации в современной промышленности призваны оптимизировать производственные процессы, уменьшить риск брака вследствие человеческого фактора, ускорить и удешевить изготовление конечной продукции.
В качестве исполнительных приводов таких устройств большое распространение получили шаговые двигатели.

Шаговый двигатель представляет собой машину, преобразующую цифровые электрические сигналы в угловое перемещение ротора, выполняемое с высокой точностью. Если говорить точнее, шаговый двигатель всегда работает совместно с блоком управления, который принимает и обрабатывает электрические сигналы и коммутирует фазы шагового двигателя.

Шаговые двигатели изготавливаются в различных массогабаритных исполнениях, с различными величинами углового шага и крутящими моментами. Самые малогабаритные модели (2 х 2 х 3 см) легко встраиваются в самые миниатюрные аппараты – мини-дозаторы, приводы стрелок индикации и приборы точной механики.

Модели средних габаритов используются в устройствах перемещения и позиционирования, например, для ориентирования деталей перед обработкой либо в конвейерах.

Большие высокомоментные шаговые приводы перемещают тяжеловесное оборудование в заданное положение, осуществляют открытие и закрытие дверей, протягивают рулоны бумаги, картона, ткани.

Даже при отсутствии обратной связи положение ротора двигателя всегда известно. Точность установки положения может достигать нескольких сотых долей градуса. Поэтому даже тяжеловесное и громоздкое оборудование можно позиционировать с высокой точностью.

Шаговый двигатель отрабатывает угловые перемещения с заданной точностью и фиксируется в нужном положении. Направление и величина перемещения задаются специальным блоком управления. Шаговые двигатели всегда работают в паре со специальными устройствами, которые получают внешние сигналы, в соответствии с которыми перемещают ротор двигателя с заданной скоростью в нужном направлении.

В промышленности используются различные варианты систем управления шаговыми двигателями. Чаще всего встречаются разделённые системы:

— одна часть отвечает за коммутацию фаз двигателя (т. е. подачу электропитания на обмотки) называется драйвером шагового двигателя;
— другая часть определяет параметры движения – скорость и ускорение, направление вращения, величину углового перемещения – контроллер шагового привода.

Драйвер не только коммутирует фазы, но и при необходимости дробит основной шаг двигателя, позволяя уменьшить величину углового перемещения и тем самым повысить разрешающую способность электропривода. Современные системы, как правило, позволяют достичь довольно высокой точности перемещения, а значит, и позиционирования.

Контроллер, определяющий все характеристики работы двигателя, может быть реализован в виде отдельной специализи-рованной платы управления, встраиваемой в оборудование в виде блока с элементами управления для работы с оператором, либо вообще в качестве логического контроллера используется компьютер со специализированным программным обеспечением. Последний вариант особенно часто применяется в станках с ЧПУ.

Раздельное исполнение логической (контроллер или компьютер) и силовой (драйвер) частей дает возможность использовать шаговые двигатели в широком спектре задач. Однако зачастую бывает удобнее использовать более компактный совмещенный вариант, включающий в себя и драйвер, и контроллер. Программируемые многофункциональные контроллеры облегчают подключение, т. к. вместо трех частей исполнительной системы (шаговый двигатель – драйвер – контроллер) остаются только две. Еще одно преимущество таких многофункциональных устройств – более компактные размеры.

НПФ «Электропривод» разрабатывает как комбинированные блоки управления, представляющие собой драйвер и контроллер в едином корпусе, так и моноблочные драйверы и контроллеры шаговых двигателей.

Наталья Тамбовцева, специалист НПФ «Электропривод»

Фотография предоставлена НПФ «Электропривод

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector