Шаговый двигателя как моторчик

шаговый двигатель, серводвигатель: преимущества и недостатки

Шаговые двигатели и серводвигатели используются для схожих применений, но один из них используется там, где нужна более точное позиционирование и скорость перемещения.

Существенная разница заключается в том, что шаговые двигатели работают без обратной связи. Т.е. Вы посылаете импульс STEP на драйвер и двигатель поворачивается на угол одного шага.

Чтобы понять как работает шаговый двигатель, можно взять кварцевые часы, в которых секундная стрелка на каждый сигнал STEP совершает 1 шаг (перемещается на 1 секунду) и совершает 1 оборот за 60 импульсов STEP или 60 секунд. Точность совершения этих секундных перемещений зависит только от электроники, которая формирует управляющие сигналы.

10 наиболее значимых преимуществ шагового двигателя:

1) Стабильность. Работает при различных нагрузках.
2) Не требует обратной связи. Двигатель имеет фиксированный угол поворота.
3) Относительно невысокая стоимость для организации систем контролированных перемещений
4) Стандартизированные размеры двигателя и угол поворота.
5) Простота в установке и использовании.
6) Надежность. Если что-либо поломается, двигатель остановится.
7) Долгий срок эксплуатации.
8) Превосходный крутящий момент на низких оборотах.
9) Превосходная повторяемость при позиционировании.
10) Шаговый двигатель не может сгореть при нагрузке, превышающей максимальный вращающий момент двигателя. (При такой нагрузке двигатель будет просто пропускать шаги).

10 наиболее важных преимуществ серводвигателей:

1) Высокая мощность по сравнению с размерами и весом двигателя.
2) С помощью энкодера определяется разрешение.
3) Высокая эффективность. Может достичь 90% при небольших нагрузках.
4) Высокий крутящий момент по отношению к инерции. Работает с быстрым ускорением.
5) Резервирует энергию для поддержания питания на короткий период.
6) Резервирует вращающий момент для поддержания вращения на короткий период.
7) Двигатель остается прохладным. Ток потребления пропорционален нагрузке.
8) Высокий крутящий момент на высокой скорости.
9) Тихая работа на высоких скоростях.
10) Отсутствие явлений резонанса и вибрации.

10 наиболее значимых недостатков шаговых двигателей:

1) Низкая эффективность. Мотор потребляет много энергии независимо от нагрузки.
2) Крутящий момент резко снижается при увеличении частоты вращения (крутящий момент обратно пропорционален скорости.)
3) Низкая точность. 1:200 при полном шаге.1:2000 при микрошаге.
4) Склонен к резонансу. Для устранения резонансных процессов требуется микрошаг.
5) Отсутствует обратная связь для контроля шагов.
6) Не может резко стартовать на высокой скорости (Требуется плавный разгон).
7) Высокий нагрев двигателя в процессе работы.
8) Шаговый мотор не может моментально продолжить работу после перегрузки на валу.
9) Шумный на средних и высоких скоростях.
10) Низкая мощность по сравнению с размером и весом.

10 наиболее значимых недостатков серво двигателей (кроме их относительно дорогой стоимости):

1) Для стабильной работы двигателя требуется настройка драйвера (ПИД-регулятор).
2) Мотор может сгореть. Для предотвращения этого требуются специальные защитные цепи в драйвере.
3) Необходимо наличие энкодера.
4) Низкий срок эксплуатации щеток двигателя (требуется регулярное обслуживание и замена).
5) Пиковые нагрузки сокращают рабочий цикл.
6) При длительной работе с перегрузками двигатель может сгореть.
7) Сложность выбора двигателей, энкодеров и серводрайверов.
8) Многократное увеличение потребляемой энергии при пиковых нагрузках.
9) Двигатель развивает пиковую мощность на высокой скорости.
10) Плохое охлаждение двигателя. Требуется внешний вентилятор.

Управление и подключение шагового двигателя к Ардуино (Arduino)

Когда нам нужны точность и стабильность, мы выбираем шаговый двигатель — степпер. То, как спроектировано это устройство позволяет ему двигаться лишь от одного шага к следующему и фиксироваться в этом положении. Обычный степпер имеет 200 шагов на один полный переворот; если мы при этом укажем моторчику передвинуться на 100 шагов в одном направлении, то он повернётся ровно на 180 градусов. Когда мы даём команду пройти 1 шаг, степпер поворачивается ровно на 1.8 градуса.

Степперы есть в принтерах, сканерах, промышленных роботах, 3Д-принтерах и во многих устройствах, где нужна точность в движении.

Существует два типа шаговых двигателей: униполярные и биполярные.
Униполярные двигатели легко контролировать за счет низкой производительности и мощности. У биполярных шаговых двигателей намного более высокие производительность и крутящий момент, тем не менее, ими при этом и сложнее управлять. Чтобы полностью контролировать один такой движок, требуется два Н-моста. К счастью есть множество биполярных степперов, совместимых с Ардуино (Arduino) и в этой статье мы узнаем о некоторых способах управления ими.

Мы можем управлять биполярным мотором при помощи платы Arduino Motor Shield. Вот, что нам для этого потребуется:

  • Плата Ардуино, подключенная к компьютеру посредством USB
  • Модуль Arduino Motor Shield
  • Биполярный шаговый двигатель, вы можете посмотреть их на сайтах Sparkfun, Pololu, Adafruit или выдернуть из старого принтера

Вот простой метод определить тип двигателя. Четырёхкабельный степпер обычно биполярный. Если вы видите 6 кабелей, то он скорее всего униполярный, а два центральных катушечных кабеля должны быть соединены друг с другом. Есть версии с пятью проводами, что тоже говорит о том, что моторчик униполярный и два центральных катушечных кабеля уже внутренне соединены. Есть также шаговые двигатели с 8 кабелями, но они встречаются крайне редко. Они также униполярные и четыре их центральных кабеля соединены вместе.

Читать еще:  D6ga двигатель технические характеристики

Шаг 1: Как подключать степперы

Подключение шагового двигателя к ардуино организуется следующим образом:

  • Аккуратно установите Arduino Motor Shield поверх Ардуино, не погните пины.
  • Найдите катушки. При помощи мультиметра определите сопротивление между всеми проводами. Провода с низким сопротивлением между ними будут катушками.
  • Соедините 4 провода степпера с основным выходом клемм на Shield. Одна катушка идёт на один выход двигателя, а вторая на другой выход.

На картинке изображено как всё должно выглядеть.

Шаг 2: Код

Следующий код повернёт двигатель на 100 шагов в одном направлении и на 100 шагов в обратном.

Шаг 3: Разбор кода

В коде объявляется использование степпера, устанавливается его скорость и мотор поворачивается по команде в обоих направлениях.

На этом этапе объявляется использование степпера. Синтаксис требует указать в качестве первого параметра количество шагов двигателя, а затем пины, к которым он подключен. Нам нужно указать два пина направлений Arduino Motor Shield, они указывают, в котором направлении будут возбуждаться катушки:

В обычном управлении шаговым двигателем постоянного тока в Motor Shield, два пина PWM определяют, какую мощность мы направляем на каждый моторчик. Тем не менее, так как мы работаем со степпером, мы хотим использовать его на полную мощность, поэтому мы упростим задачу и напрямую зададим пинам PWM постоянное состояние HIGH:

Еще одним важным шагом является определение скорости, на которой мы хотим, чтобы мотор вращался. Если, например, мы устанавливаем скорость на 60 оборотов в минуту, как в нашем случае, а у мотора 200 шагов, то у него займёт около 5 миллисекунд для того, чтобы пройти 1 шаг. Скорость моторчика можно поменять в любое время:

И, наконец, чтобы заставить моторчик двигаться, мы должны отправить команду с количеством шагов, которое он должен пройти. Если мы отправим отрицательное число шагов, он будет двигаться в обратном направлении. Заметьте, что функция step() остановит выполнение программы, пока моторчик не повернётся до конца. Если, к примеру, мы задали 200 шагов на скорости 1 оборот в минуту, то пройдёт ровно 1 минута перед тем, как Ардуино продолжит выполнять код программы.

Ардуино ожидает, что степпер движется, в то время как он отдаёт ему эту команду. У степпера нет обратной связи, поэтому если мы зажмём штифт моторчика, Ардуино всё же будет думать, что он вращается, в то время как на самом деле моторчик стоит на месте.

Шаг 4: Больше информации о степперах

Шаговые двигатели отличаются от обычных двигателей постоянного тока тем, что вместо того, чтобы просто вращаться, они двигаются маленькими интервалами в определённом направлении. Эти маленькие интервалы называются шагами. Мы можем приказать степперу продвинуться на 1 или более шагов в конкретном направлении. Они не всегда быстры, но зато очень точны и имеют определённый крутящий момент. Например, блок подачи бумаги в принтере содержит степпер. 3Д-принтеры и ЧПУ также содержат степперы ввиду их высокой точности и стабильности.

Биполярные двигатели имеют по две катушки без центрального отвода, в отличие от униполярных. Это означает, что катушкам в разное время нужно вращаться в оба направления. Для сравнения, биполярный степпер в точности похож на два двигателя постоянного тока, которыми нужно всегда и одновременно управлять в разные стороны. Когда одна катушка возбуждается в одном направлении, другая должна иметь обратное направление. При помощи такого смещения мы генерируем импульс, заставляющий степпер вращаться.

Рассказываю как сделать какую-либо вещь с пошаговыми фото и видео инструкциями.

Шаговый двигатель 28STH45-0674A

  • Офис находится в трёх минутах ходьбы от м. Парк культуры по адресу: ул. Тимура Фрунзе, д. 8/5, подъезд 1.
  • При оформлении до 15:00 в будний день заказ можно забрать после 17:00 в тот же день, иначе — на следующий будний день после 17:00. Мы позвоним и подтвердим готовность заказа.
  • Получить заказ можно с 10:00 до 21:00 без выходных после его готовности. Заказ будет ждать вас 3 рабочих дня. Если хотите продлить срок хранения, просто напишите или позвоните.
  • Запишите номер своего заказа перед визитом. Он необходим при получении.
  • Оплатить заказ можно наличными или банковской картой при получении, а также онлайн-платежом при оформлении заказа.
  • бесплатно

Доставка курьером по Москве

  • Доставляем на следующий день при заказе до 20:00, иначе — через день.
  • Курьеры работают с понедельника по субботу, с 10:00 до 22:00.
  • При согласовании заказа можно выбрать трёхчасовой интервал доставки (самое раннее — с 12:00 до 15:00).
  • Оплатить заказ можно наличными при получении или же онлайн при оформлении заказа.
  • 250 ₽
Читать еще:  Графический двигатель что это

Доставка в пункт самовывоза

  • Доставка в пункт самовывоза — современный, удобный и быстрый способ получить свой заказ без звонков и ловли курьеров.
  • Пункт самовывоза — это киоск с человеком или массив железных ящичков. Их ставят в супермаркетах, офисных центрах и других популярных местах. Ваш заказ окажется в том пункте, который выберите.
  • Ближайший к себе пункт вы можете найти на карте PickPoint.
  • Срок доставки — от 1 до 8 дней в зависимости от города. Например, в Москве это 1–2 дня; в Петербурге — 2—3 дня.
  • Когда заказ прибудет в пункт выдачи, вы получите SMS с кодом для его получения.
  • В любое удобное время в течение трёх дней вы можете прийти в пункт и с помощью кода из SMS получить заказ.
  • Оплатить заказ можно наличными при получении или же онлайн при оформлении заказа.
  • Стоимость доставки — от 240 руб в зависимости от города и габаритов заказа. Она рассчитывается автоматически во время оформления заказа.
  • 240 ₽
  • Доставляем через день при заказе до 20:00, иначе — через два дня.
  • Курьеры работают с понедельника по субботу, с 11:00 до 22:00.
  • При согласовании заказа можно выбрать трёхчасовой интервал доставки (самое раннее — с 12:00 до 15:00).
  • Оплатить заказ можно наличными при получении или же онлайн при оформлении заказа.
  • 350 ₽

Доставка в пункт самовывоза

  • Доставка в пункт самовывоза — современный, удобный и быстрый способ получить свой заказ без звонков и ловли курьеров.
  • Пункт самовывоза — это киоск с человеком или массив железных ящичков. Их ставят в супермаркетах, офисных центрах и других популярных местах. Ваш заказ окажется в том пункте, который выберите.
  • Ближайший к себе пункт вы можете найти на карте PickPoint.
  • Срок доставки — от 1 до 8 дней в зависимости от города. Например, в Москве это 1–2 дня; в Петербурге — 2—3 дня.
  • Когда заказ прибудет в пункт выдачи, вы получите SMS с кодом для его получения.
  • В любое удобное время в течение трёх дней вы можете прийти в пункт и с помощью кода из SMS получить заказ.
  • Оплатить заказ можно наличными при получении или же онлайн при оформлении заказа.
  • Стоимость доставки — от 240 руб в зависимости от города и габаритов заказа. Она рассчитывается автоматически во время оформления заказа.
  • 240 ₽
  • Доставка в пункт самовывоза — современный, удобный и быстрый способ получить свой заказ без звонков и ловли курьеров.
  • Пункт самовывоза — это киоск с человеком или массив железных ящичков. Их ставят в супермаркетах, офисных центрах и других популярных местах. Ваш заказ окажется в том пункте, который выберите.
  • Ближайший к себе пункт вы можете найти на карте PickPoint.
  • Срок доставки — от 1 до 8 дней в зависимости от города. Например, в Москве это 1–2 дня; в Петербурге — 2—3 дня.
  • Когда заказ прибудет в пункт выдачи, вы получите SMS с кодом для его получения.
  • В любое удобное время в течение трёх дней вы можете прийти в пункт и с помощью кода из SMS получить заказ.
  • Оплатить заказ можно наличными при получении или же онлайн при оформлении заказа.
  • Стоимость доставки — от 240 руб в зависимости от города и габаритов заказа. Она рассчитывается автоматически во время оформления заказа.
  • Доставка осуществляется до ближайшего почтового отделения в любом населённом пункте России.
  • Тариф и сроки доставки диктует «Почта России». В среднем время ожидания составляет 2 недели.
  • Мы передаём заказ Почте России в течение двух рабочих дней.
  • Оплатить заказ можно наличными при получении (наложенный платёж) или же онлайн при оформлении заказа.
  • Стоимость рассчитывается автоматически во время заказа и в среднем должна составить около 400 рублей.
  • Служба «EMS Почта России» работает быстрее и надёжнее обычной почты и доставляет до двери покупателя.
  • Тариф и сроки доставки диктует служба EMS. В среднем по России время ожидания составляет 4–5 дней.
  • Мы передаём заказ в EMS в течение двух рабочих дней.
  • Оплатить заказ можно только онлайн при оформлении заказа.
  • Стоимость рассчитывается автоматически во время оформления заказа и в среднем должна составить 400–800 рублей для России и 1500–2000 рублей для стран СНГ.
  • Служба «EMS Почта России» работает быстрее и надёжнее обычной почты и доставляет до двери покупателя.
  • Тариф и сроки доставки диктует служба EMS. В среднем по России время ожидания составляет 4–5 дней.
  • Мы передаём заказ в EMS в течение двух рабочих дней.
  • Оплатить заказ можно только онлайн при оформлении заказа.
  • Стоимость рассчитывается автоматически во время оформления заказа и в среднем должна составить 400–800 рублей для России и 1500–2000 рублей для стран СНГ.
Читать еще:  Что такое пальцы в двигателе ваз 2106

Товары из офиса нельзя заказать через интернет или забронировать. Можно только прийти, схватить и бежать. Доступное количество актуально на момент загрузки страницы.

Офис находится в 3 минутах ходьбы от м. Парк культуры по адресу: ул. Тимура Фрунзе, 8/5.

Товары из магазина-мастерской нельзя заказать через интернет или забронировать. Можно только прийти, схватить и бежать. Доступное количество актуально на момент загрузки страницы.

Магазин-мастерская находится в трёх минутах пешком от метро Лиговский Проспект, на территории пространства «Лофт Проект Этажи», по адресу Лиговский проспект 74Д.

Биполярный двухфазный шаговый двигатель (stepper motor) 28STH45-0674A — привод, который способен поворачиваться на заданное количество шагов. Один полный оборот разбит на 200 шагов. Таким образом, вы можете заставить повернуться вал мотор на произвольный угол, кратный 1,8°.

Выводы мотора — 4 провода: по два на каждую из обмоток имеющихся двух фаз. Для управления мотором с помощью микроконтроллера понадобится драйвер-посредник такой как драйвер шагового двигателя (Troyka-модуль) или H-мост L293D. Для контроля с помощью Arduino также подойдёт плата расширения Motor Shield.

Подробнее о подключении шаговых моторов к Arduino вы можете прочитать в статье на официальной вики.

Для крепления колёс, шкивов и других элементов на валу мотора удобно использовать специальную втулку-переходник.

Рекомендованное напряжение питания мотора — 4,4 В. При этом ток через обмотки составит 670 мА. Если в вашем устройстве сложно получить указанный режим питания, вы можете вращать мотор и с помощью меньшего напряжения. В этом случае соответственно снизится потребляемый ток и крутящий момент.

Характеристики

  • Шаг: 1,8°±5% (200 на оборот)
  • Номинальное напряжение питания: 4,4 В
  • Номинальный ток фазы: 670 мА
  • Крутящий момент (holding torque): не менее 0,9 кг×см
  • Крутящий момент покоя (detent torque): 0,01 кг×см
  • Максимальная скорость старта: 1000 шагов/сек
  • Диаметр вала: 5 мм
  • Длина вала: 20 мм
  • Габариты корпуса: 28×28×45 мм
  • Вес: 0,14 кг

Ссылки

  • Документация на двигатель 28STH45-0674A (pdf)
  • Управление шаговым двигателем при помощи драйвера шагового двигателя
  • Управление шаговым двигателем при помощи Motor Shield

Наверняка понадобятся

Драйвер для простого управления шаговым двигателем

Универсальная монтажная втулка-переходник для крепления на вал микромотора

Шаговый двигатель для «чайников»

Как и все двигатели, шаговые двигатели состоит из статора, ротора. Ротор представляет собой набор постоянных магнитов, а статор имеет катушки. схематично шаговый двигатель будет выглядеть следующим образом:

Это 4 катушки расположенные под углом 90 ° между собой. В приведенном выше рисунке, катушки не связаны друг с другом. 1 шаг такого двигателя будет равен 90 градусов. ток на катушки подается в циклическом порядке, один за другим. Направление вращения вала определяется в какой последовательности запитываются катушки. Следующая анимация показывает шаговый двигатель в работе. на катушки подается напряжением с интервалом 1 с. Вал вращается 90 градусов каждый раз, когда очередной виток включается:

Режимы работы
В этом разделе я объясню более подробно.
Волновой Привод или Single-Coil (подключение одной обмотки)
Single-Coil означает, что только одна катушка находится под напряжением. Этот метод используется редко, как правило, когда не требуется экономия энергии. данный режим включения обеспечивает менее половины номинального крутящего момента двигателя.

Этот мотор будет иметь 4 шага на полный оборот, то есть номинальное количество шагов в цикле.

Полный шаг
Второй и наиболее часто используемый метод, Полный шаг. Согласно этому методу, катушки запитываются попарно. т.к. соединение обмоток (последовательно или параллельно) двигателя потребуется удвоить напряжение или ток в два раза для работы, которую необходимо при движении с Single-Coil возбуждения. Данный метод дает 100% номинального момента двигателя.
Этот мотор будет иметь 4 шага на полный цикл, то есть номинальный ряд шагов в цикле.

Полушаг
Это очень интересный способ для достижения двойной точности системы позиционирования, не меняя ничего из оборудования! Согласно этому методу, все катушки могут находиться под напряжением, одновременно, заставляет ротор занимать промежуточное положение. Следующие картинка пояснит:
вращение шагового двигателя

полушаг две катушки запитываются

С помощью этого метода, так же двигатель будет иметь в два раза больше шагов, таким образом удвоить точность позиционирования. Например, этот мотор будет иметь 8 шагов в цикле!

Микрошаговый
Microstepping является наиболее распространенным методом управления шаговыми двигателями в настоящее время. Идея микрошагового режима, заключается в том что напряжение подается не импульсами, но сигналом похожим на ступенчатую синусоиду. Таким образом, позиционирование от одного шага к другому более плавным, что делает двигатель шаговый подходит для использования для приложений с высокой точностью, таких как системы с ЧПУ позиционирования. Кроме того, шаговый двигатель работает более плавно. С микрошагом, шаговый двигатель может вращаться почти непрерывно, как и простые двигатели постоянного тока.
Вот несколько примеров:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector