Что такое номинальная скорость шагового двигателя

Arduino.ru

Помогите определить параметры шагового мотора

Биполярный моторчик, 4 провода.

На моторе надписи

Crouzet 82930049
2 Phase 10W R = 9 Ом

Не могу понять, на какое он напряжение и какой ток обмотки. Казалось бы, можно вычислить из мощности и сопротивления обмотки. Но что-то я в ступоре. Как считается мощность у шаговых моторов? На одну обмотку или на две? На одновременное подключение или на попеременное?

Конечно же, я первым делом на сайт изготовителя полез — точно такого мотора там нет, только про серию 829.300 написано — и все параметры «от и до». Напряжение указано от 6 до 64 вольт.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Если 10W — это мощность, то по закону Ома получаем допустимый ток. Драйвера типа A4988 являются Constant Current драйверами, они не допустят большего тока на обмотке, чем настроено резистором. В отличии от L298N и иже с ними, которые Constant Voltage и просто лупят в мотор на все деньги .

Т.е. ставим 4988, выставляем рефренсное напряжение под вычисленный ток и подаем напряжение не выше допустимого _для_драйвера_. Выше напряжение — быстрее нарастает ток в обмотках. Потом драйвер его ограничивает автоматически. Мотор шагает, но не горит.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Мотор-то с принтера какого, судя по шагу 7,5 градуса?

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Мотор-то с принтера какого, судя по шагу 7,5 градуса?

да фиг его знает. Для принтера, имхо, великоват — он размером с тениисный мячик. 10 Вт мощности, да еще с редуктором.

Это я тут с нашими слесарями по ремонту лабораторного оборудования задружился, они мне иногда приносят что-нибудь со сгоревших приборов. вот сегодня притащили два моторчика — этот и еще маленький на 18 вольт. В лабораторном оборудовании много интересного, но все номиналы какие-то дикие — 18в, 34 вольта 🙂

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

На лазерниках мицуми M49SP-1 стоят — все через большое колесо работают на полном шаге. Дури за счет этого у них до. много, вобщем. И спалить пока не удалось ни одного — просто чувствуешь, что греются сильно и ток на драйвере скидываешь.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Если 10W — это мощность, то по закону Ома получаем допустимый ток.

Григорий, прости, но вопрос остался неотвеченным. Мощность считать на одну обмотку или на две?

Если бы это был резистор, то все понятно — P = U * I = U * (UR)
отсюда — U = (P * R) ** 0.5
U = корень квадратный из (9 * 10) , грубо говоря U = 10V и ток 1А

Но если обмотки две. тогда на каждую по 5 Вт или как?

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ну, как бы сам принцип работы шаговика в том, что на обмотки по очереди подается ток. Зачем делить его на две? Я, конечно, не конструировал моторы, но простая логика мне подсказывает, что грубо можно как для резистора посчитать. Наверняка там и Inductance нужно учитывать и всё такое. Но чтобы просто пошагать — хватит и простого расчета.

Более того — я даже без расчета как-то выставлял. Выкрутил резистор на 0V, поставил на степ и подкручивал, пока субъективно мотор не стал слишком горячим 😉 Потом открутил назад. И ничего, двигатель все еще фунциклирует.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ну, как бы сам принцип работы шаговика в том, что на обмотки по очереди подается ток. Зачем делить его на две?

ну да, в принципе наверно так. Там, правда, насколько помню, время включения обмоток не совсем почередно, а залазит друг на друга. но наверно этим можно пренебречь.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

ну да, в принципе наверно так. Там, правда, насколько помню, время включения обмоток не совсем почередно, а залазит друг на друга.

На униполярном — да, может по половине обмотки включаться или по полной (если склероз не подводит), а на биполярном ток может быть поделен между обмотками пропорционально (при микрошаге). В общем же случае, считаю, все должно сводится к расчету мощности на одну обмотку.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ограничение по напряжению же, как я помню, вводится на случай межвиткового пробоя обмоток. Но, думаю, это должно быть совершенно адское напряжение, которое лак пробьет. И в случае c Constant Current драйвером — он оттопырится первым.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Тут вот пишут, что ток 0.48A при сопротивлении 22.3Ом и напряжении 10.4В. В принципе вычисленная сила тока сходится с табличной, но 10W не бьется.

Однако, исходя из http://motors.crouzet.com/customer-support/detailed-specifications-drawings/stepper-motors/ можно предполагать, что у всей серии номинальное напряжение 10.4В. Хотя, тогда и сопротивление должно быть 22.3Ома на всю серию. У мотора точно 9 Ом сопротивление?

Надо несколько даташитов глянуть, попытаться понять, что у крузета вкладывается в номер модели.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

У мотора точно 9 Ом сопротивление?

На сайте http://www.crouzet.com/ есть строчка поиска по артикулу. Если в нее начать вбивать «82930. » — вываливается вкладка со списком похожих моделей. Первым в этом списке идет 82930043 — судя по номеру, ближайший родственник моего мотора — и у него указано сопротивление 9 Ом.

К сожалению, при клике на эти строчки ничего нового не открывается, да и инфу эту никак не сохранить — только заскриншотить:

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

82930002 10W — Bipolar — 9 Ohm — 24 mH — 0,75A — 6,6V

Думаю, что у всех подобных модификаций схожие параметры.

На предыдущих страницах еще масс доп. информации, включая номограммы момента, расчеты трансмиссий.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Почитал еще, освежил память. Был не совсем прав. С ваттами на степпере не сталкивался ранее — обычно ток написан в спецификации и все.

По мощности выходит так: у мотора две фазы (по-бытовому — обмотки). Как ты правильно отметил — обмотки могут быть включены одновременно. Драйвера (к примеру A4988) дают на них максимальный ток в 70.71% от допустимого тока фазы (https://www.pololu.com/file/0J450/a4988_DMOS_microstepping_driver_with_translator.pdf , стр. 17). Но производитель, понятное дело, расчитывает на дураков, поэтому закладывает вероятность появления стопроцентной силы тока на каждой обмотке. Т.е. 10W действительно надо было делить на кол-во обмоток — по 5W на каждую. Отсюда имеем:

1) U = SQRT(P*R) => SQRT(5W*9Ohm)

6.7V ;
2) I = U/R => 6.7V / 9Ohm = 0.74[4] A

С напряжением, конечно, есть несовпадение с даташитом. Полагаю, что дело в округлении: 6.6V * 0.75A * 2 phase = 9.9W =>

Выбор и расчет шагового двигателя для ЧПУ

Запасные части к станкам с ЧПУ: шаговый двигатель

Выбирая шаговый двигатель для ЧПУ, нужно определиться, как будет использоваться станок, и какие характеристики для этого нужны. В этой статье рассмотрим, какие модели наиболее популярны, на что нужно обращать внимание при покупке, и как правильно произвести расчет.

Основные критерии выбора шагового двигателя для ЧПУ

При выборе шагового двигателя для ЧПУ необходимо учитывать следующие параметры:

• Зависимость крутящего момента от скорости. Оценка графика позволит выбрать оптимальную модель двигателя для реализации конкретных задач;
• Индуктивность. Для расчета нужно выделить квадратный корень из индуктивности обмотки. Полученное значение умножается на 32. Результат не должен сильно отличаться от напряжения источника питания для драйвера. Если показатель напряжения питания выше результата расчета более чем на 30%, то мотор будет перегреваться и шуметь в процессе работы. При слишком низком показателе напряжения относительно результата расчета крутящий момент будет убывать с большой скоростью. Чтобы обеспечить больший крутящий момент, нужна высокая индуктивность, но в таком случае не обойтись без драйвера с высоким напряжением питания;
• Геометрические данные. Большое значение имеет диаметр вала, фланец и длина двигателя.

При выборе двигателя ЧПУ обязательно следует обратить внимание на момент инерции ротора, номинальное значение тока в фазе, омическое сопротивление фаз, максимальный показатель статистического синхронизирующего момента.

Типы двигателей

Перед покупкой необходимо определиться с подходящей модификацией. Одними из самых распространенных являются следующие типы устройств:

• Биполярные. Считаются наиболее популярными моделями для ЧПУ. Отличаются высоким удельным сопротивлением на небольших оборотах. К тому же при поломке старого драйвера можно без проблем подобрать новый;
• Униполярные. Разновидность биполярных шаговых двигателей. В зависимости от исполнения подключение обмоток может быть разным;
• Трехфазные. Основное преимущества – большая скорость по сравнению с биполярными аналогами. Использование трехфазных двигателей оптимально в случаях, когда нужна высокая скорость вращения.

При выборе двигателя не лишним будет изучить характеристики готовых станков, близких по характеристикам к разрабатываемому оборудованию.

Расчет шаговых двигателей для ЧПУ

Для расчета необходимо определить действующую в системе силу трения направляющих. Для наглядности установим значение коэффициента (0,2), вес стола (100 кгс), вес детали (300 кгс), силу резания (3000 Н) и требуемое ускорение (2 м/с 2 ).

Расчет при таких исходных данных будет выглядеть следующим образом:

• Для определения силы трения умножаем коэффициент силы трения на вес движущейся системы: 0,2 х 9,81 (100 кгс + 300 кгс) = 785 Н.
• Чтобы узнать силу инерции, вес стола с деталью умножаем на требуемое ускорение: 400 х 2 = 800 Н.
• Полная сила сопротивления определяется путем складывания силы трения, резания и инерции: 785 + 3000 + 800 = 4585 Н.

При этом сила сопротивления развивается за счет привода стола на гайке винтовой шариковой передачи.

Мощность шагового двигателя рассчитывается по формуле F = ma , где:

F (Н) – сила, которая нужна, чтобы привести тело в движение;

m (кг) – масса тела;

a (м/с 2 ) – требуемое ускорение.

Чтобы рассчитать механическую мощность, нужно силу сопротивления движения умножить на скорость.

Приведенные формулы справедливы только для расчетов без учета инерции вращающих механизмов, в том числе – и без инерции вала шагового двигателя. Чтобы получить более точные результаты, требования по ускорению необходимо увеличить или уменьшить на 10%.

Расчет редукции оборотов производится на основании номинальных оборотов механического привода и максимального значения скорости передвижения стола. Если скорость равна 1000 мм/мин, а шаг винта шариковой винтовой передачи – 10 мм, то скорость вращения винта ШВП определяется, как (1000/10) 100 оборотов/мин.

Чтобы определить коэффициент редукции, учитываем номинальные обороты сервопривода. Если это значение равно 5000 оборотов/мин, то редукция определяется, как (5000/100) 50.

Классификация шаговых двигателей для ЧПУ

Условно все двигатели для ЧПУ можно поделить на три большие категории:

ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ МОДЕЛИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ

В станках нередко используются советские индукторные двигатели – модели ДШИ-200-2 и ДШИ-200-3. Такие устройства отличаются следующими характеристиками:

Расчeт и подбор серводвигателя для шарико-винтовой пары

Сервопривод, на базе синхронного двигателя с датчиком обратной связи (энкодером), стал неотъемлемой частью большинства станков, в которых необходима прецизионность, высокая динамика процессов и надежность. О достоинствах сервопривода в сравнении с другими типами электроприводов (асинхронного, синхронного реактивного, постоянного тока) используемых в станкостроении написано множество литературы.

Основной особенностью сервопривода на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами (рассматриваемого в этой статье), является то, что он может кратковременно обеспечивать момент до 350% от номинального, что позволяет обеспечить высокую динамику и выбирать двигатель с меньшим номинальным моментом, чем в случаях с другими типами двигателей. Содержание этой статьи будет актуально для специалистов уже определившихся с типом оборудования, но не знающих как подобрать серводвигатель.

Сервоприводы YASKAWA Sigma-5 и Sigma-7

Очень часто инженеры сталкиваются с проблемой подбора серводвигателя для того или иного типа применения. Выбор номинальных характеристик двигателя не должен носить эмпирический характер, так как существует единственный проверенный способ – расчёт параметров двигателя. Этот расчёт производится исходя из условий функционирования системы и требований к ней. В статье приведены схема (рис.1) и пример расчета серводвигателя YASKAWA серии SIGMA 5 в применении с шарико-винтовой парой (ШВП) – преобразователем вращательного движения в поступательное линейное.

Рисунок 1. Кинематическая схема механизма серводвигатель – ШВП.

Зададим исходные параметры:

• Скорость нагрузки: ϑ_L=15 м/мин;
• Масса элементов поступательного движения: m=250 кг;
• Длина винта: l_B=1,0 м;
• Диаметр винта: d_B=0,02 м;
• Шаг резьбы винта: P_B=0,01 м ;
• Плотность шарика: ρ=7,87×〖10〗^3 кг/м3;
• Передаточное число редуктора: i=2;
• Суммарный момент инерции редуктора и соединительной муфты: J_G=0,40×〖10〗^(-4) кг*м2;
• Частота подач (перемещений): n=40 мин-1;
• Дистанция перемещения (позиционирования): l=0,275 м;
• Максимальное время перемещения (позиционирования): t_m=1,2 с;
• Точность остановки: δ=±0,01 мм;
• Коэффициент трения скольжения: μ=0,2;
• КПД механики: η=0,9 (90%).

1. Расчёт времени при помощи циклограммы линейного перемещения

Для точного расчёта параметров мотора под требуемую задачу, нужно составить циклограмму движения механизма (рабочего органа). В данном случае движение рабочего органа будет циклическим.

Рисунок 2. Циклограмма линейной скорости.

t=60/n=60/40=1,5 c;

Из циклограммы видно, что время ускорения и торможения имеют равные значения, следовательно, мы получаем:

t_a=t_d=t_m-60l/ϑ_L =1,2-(60×0,275)/15=0,1 c;

t_c=t_m-2×t_a=1,2-0,1×2=1,0 c.

2. Расчёт скорости вращения вала серводвигателя

Скорость вращения винта ШВП: n_L=ϑ_L/P_B =15/0,01=1500 об/мин;

Скорость вращения вала двигателя: n_M=n_L×i=1500×2=3000 об/мин.

3. Расчёт момента, прикладываемого к валу серводвигателя

4. Расчёт приведенного момента инерции к валу серводвигателя

Момент инерции подшипников:

J_B=π/32 ρ×l_B×〖d_B〗^4×1/i^2 =π/32×7,87×103×1,0×〖0,02〗^4×1/2^2 =0,31×〖10〗^(-4) кг*м2;

Суммарный момент инерции муфты и редуктора:

«Бесколлекторные двигатели» ЛикБез и проектирование

Принцип работы электрического двигателя:
В основу работы любой электрической машины положено явление электромагнитной индукции. Поэтому если в магнитное поле поместить рамку с током, то на неё подействует сила Ампера, которая создаст вращательный момент. Рамка начнет поворачиваться и остановится в положении отсутствия момента, создаваемого силой Ампера.

Устройство электрического двигателя:
Любой электрический двигатель состоит из неподвижной части — Статора и подвижной части — Ротора. Для того чтобы началось вращение, нужно по очереди менять направление тока. Эту функцию и выполняет Коллектор (щетки).

Бесколлекторный двигатель — это двигатель ПОСТОЯННОГО ТОКА без коллектора, в котором функции коллектора выполняет электроника. (Если у двигателя три провода, это не значит что он работает от трехфазного переменного тока! А работает он от «порций» коротких импульсов постоянного тока, и не хочу вас шокировать, но те же двигатели которые используются в кулерах, тоже бесколлекторные, хоть они и имеют всего два провода питания постоянного тока)

Устройство бесколлекторного двигателя:
Inrunner (произносится как «инраннер»). Двигатель имеет расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри магнитный ротор.

Outrunner (произносится как «аутраннер»). Двигатель имеет неподвижные обмотки (внутри) вокруг которых вращается корпус с помещенным на его внутреннюю стенку постоянными магнитами.

Принцип работы:
Для того чтобы бесколлекторный двигатель начал вращаться, напряжение на обмотки двигателя надо подавать синхронно. Синхронизация может быть организованна с использованием внешних датчиков (оптические или датчики холла), так и на основе противоЭДС (бездатчиковый), которая возникает в двигателе при его вращении.

Бездатчиковое управление:
Существуют бесколлекторные двигатели без каких либо датчиков положения. В таких двигателях определение положения ротора выполняется путем измерения ЭДС на свободной фазе. Мы помним, что в каждый момент времени к одной из фаз (А) подключен «+» к другой (В) «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, двигатель наводит ЭДС (т.е. в следствии закона электромагнитной индукции в катушке образуется индукционный ток) в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе (С) изменяется. Измеряя напряжение на свободной фазе, можно определить момент переключения к следующему положению ротора.

Что бы измерить это напряжение изпользуется метод «виртуальной точки». Суть заключается в том, что, зная сопротивление всех обмоток и начальное напряжение, можно виртуально «переложить провод» в место соединения всех обмоток:

Регулятор скорости бесколлекторного двигателя:
Бесколлекторный двигатель без электроники — просто железка, т.к. при отсутствии регулятора, мы не можем просто подключить напряжение на него, чтоб он просто начал нормальное вращение. Регулятор скорости — это довольно сложная система радиокомпонентов, т.к. она должна:
1) Определять начальное положение ротора для запуска электродвигателя
2) Управлять электродвигателем на низких скоростях
3) Разгонять электродвигатель до номинальной (заданной) скорости вращения
4) Поддерживать максимальный момент вращения

Принципиальная схема регулятора скорости (вентильная):

Бесколлекторные двигатели были придуманы на заре появления электричества, однако систему управления к ним никто не мог сделать. И только с развитием электроники: с появлением мощных полупроводниковых транзисторов и микроконтроллеров, бесколлекторные двигатели стали применятся в быту (первое промышленное использование в 60-х годах).

Достоинства и недостатки бесколлекторных двигателей:

Достоинства:
-Частота вращения изменяется в широком диапазоне
-Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
-Большая перегрузочная способность по моменту
-Высокие энергетические показатели (КПД более 90 %)
-Большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов

Недостатки:
-Относительно сложная система управления двигателем
-Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих материалов в конструкции ротора (магниты, подшипники, валы)
Разобравшись с теорией, перейдем к практике: спроектируем и сделаем двигатель для пилотажной модели МХ-2.

Список материалов и оборудования:
1) Проволока (взятая из старых трансформаторов)
2) Магниты (купленные в интернете)
3) Статор (барашек)
4) Вал
5) Подшипники
6) Дюралюминий
7) Термоусадка
8) Доспуп к неограниченному техническому хламу
9) Доступ к инструментам
10) Прямые руки 🙂

Ход работы:
1) С самого начала решаем:

Для чего делаем двигатель?
На что он должен быть рассчитан?
В чем мы ограничены?

В моем случае: я делаю двигатель для самолета, значит пускай он будет внешнего вращения; рассчитан он должен на то, что он должен выдать 1400 грамм тяги при трех-баночном аккумуляторе; ограничен я в весе и в размере. Однако с чего же начать? Ответ на этот вопрос прост: с самой трудной детали, т.е. с такой детали, которую легче просто найти, а все остальное подгонять под неё. Я так и поступил. После многих неудачных попыток сделать статор из листовой мягкой стали, мне стало понятно, что лучше найти её. Нашел я её в старой видеоголовке от видеорекоудора.

2) Обмотка трехфазного бесколлекторного двигателя выполняется изолированным медным проводом, от сечения которого зависит значение силы тока, а значит и мощность двигателя. Незабываем что, чем толще проволока, тем больше оборотов, но слабее крутящий момент. Подбор сечения:

1А — 0.05мм; 15А — 0.33мм; 40А — 0.7мм

3А — 0.11мм; 20А — 0.4мм; 50А — 0.8мм

10А — 0.25мм; 30А — 0.55мм; 60А — 0.95мм

3) Начинаем наматывать на полюса проволоку. Чем больше витков (13) намотано на зуб, тем большее магнитное поле. Чем сильнее поле, тем больший крутящий момент и меньшее количество оборотов. Для получения высоких оборотов, необходимо мотать меньшее количество витков. Но вместе с этим падает и крутящий момент. Для компенсации момента, обычно на мотор подают более высокое напряжение.

4) Дальше выбираем способ соединения обмотки: звездой или треугольником. Соединение звездой дает больший крутящий момент, но меньшее количество оборотов, чем соединение треугольником в 1.73 раз. (впоследствии было выбрано соединение треугольник)

5) Выбираем магниты. Количество полюсов на роторе должно быть четным (14). Форма применяемых магнитов обычно прямоугольная. Размер магнитов зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу. Также чем больше количество полюсов, тем больше момент, но меньше оборотов. Магниты на роторе закрепляются с помощью специального термоклея.

Испытания данного двигателя я проводил на созданной мной витномоторной установке, которая позволяет измерить тягу, мощность и обороты двигателя.

Чтобы увидеть отличия соединений «звезда» и «треугольник» я соединял по разному обмотки:

В итоге получился двигатель соответствующий характеристикам самолета, масса которого 1400 грамм.

Характеристики полученного двигателя:
Потребляемый ток: 34.1А
Ток холостого хода: 2.1А
Сопротивление обмоток: 0.02 Ом
Количество полюсов: 14
Обороты: 8400 об/мин

Видеоотчет испытания двигателя на самолете. Мягкой посадки 😀

Расчет КПД двигателя:

Очень хороший показатель. Хотя можно было еще выше добиться.

Выводы:
1) У бесколлекторных двигателей высокая эффективность и КПД
2) Бесколлекторные двигатели компактны
3) Бесколлекторные двигатели можно использовать во взрывоопасных средах
4) Соединение звездой дает больший крутящий момент, но меньшее количество оборотов в 1.73 раза, чем соединение треугольником.

Таким образом, изготовить собственный бесколлекторный мотор для пилотажной модели самолета- задача выполнимая

Если у вас есть вопросы или вам что-то не понятно, задавайте мне вопросы в комметариях этой статьи. Удачи всем)