В каких приборах есть шаговые двигатели

cnc-club.ru

Статьи, обзоры, цены на станки и комплектующие.

Расчет напряжения для шаговых двигателей

Отправить тему по email
Версия для печати

Расчет напряжения для шаговых двигателей

Сообщение Nick » 22 дек 2011, 21:07

Расчет шагового двигателя

Какое напряжение должно быть у источника питания?

Чтобы рассчитать необходимое напряжение эмпирическим способом, возьмем источник питания 24В или любой другой источник, который есть у вас под рукой, и который будет выше необходимого минимума драйвера и подключим его к самой нагруженной оси.

Погоняйте ось и плавно увеличивайте скорость пока не определите максимальную скорость на которой шаговый двигатель будет работать без пропуска шагов, для тестового источник питания.

Используя следующую формулу вы можете определить необходимое напряжение питания для этой оси:
(Скорость которую вы хотите)÷(Скорость, которую вы получили * 0.9) * (Тестовое напряжение) = Необходимое напряжение питания.

Пример: (300 IPM ÷ (150IPM * 0.9) * 24VDC = 53.3VDC

Удостоверьтесь что полученное напряжение питания находится в допустимых пределах для вашего драйвера!

Какое напряжение питания у моего Шагового двигателя?

Вычисление максимального напряжения для заданной индуктивности ШД

Чтобы вычислить максимальное напряжение которое вам следует использовать в зависимости от индуктивности обмоток шагового двигателя используйте эту формулу:
Максимальное напряжение = 1000 * SQRT(Индуктивность)
(SQRT — это квадратный корень.)
Пример, двигатель с 6мГн на фазу:
1000 * SQRT(0.006) = 77В Максимум.
Пример мотора с 2.5мГн:
1000 * SQRT(0.0025) = 50В Максимум.

Замечание: Не все моторы одинаково созданы одинаковыми .

Если вы используете эту формулу и двигатели кажутся слишком горячими, уменьшите напряжение пока температура не станет приемлемой. Шаговые двигатели разработаны для работы горячими, но не стоит прованивать помещение горелой изоляцией . Многие двигатели рассчитаны на выдерживание температуры до 80 o С. Для моих личных целей я ограничиваю температуру в 60 o C.

Вычисление Сопротивления и мощности рассеивания ток-ограничивающих резисторов

Замечение: Только для L/R систем.

Это простое применение закона Ома для последовательной цепи. Ваш резистор должен сбрасывать разницу в напряжении между расчетного напряжения шагового двигателя и напряжением источника питания:
Изменение напряжения на резисторе = Напряжение источника питания — расчетное напряжение шагового двигателя.

Применяя закон Ома, делим на ток шагового двигателя получаем сопротивление резистора:
Значение резистора = Изменение напряжения на резисторе / Ток обмоток ШД.

Наконец, и это очень важно, вам нужно знать мощность рассеивания резистора которые он будет рассеивать в виде тепла, на которую он должен быть рассчитан.
Значение мощности рассеивания резистора = Изменение напряжения на резисторе * Ток обмоток шагового двигателя.

Например: Шаговый двигатель промаркирован 5A на 2.5V, с источником питания в 26В имеем:
Изменение напряжения на резисторе = 26В — 2.5В = 23.5В
Сопротивление резистора = 23.5В / 5А = 4.7 Ом
Мощность рассеивания резистора = 23.5В * 5А = 117.5 Ватт

Принципиальные особенности и применение шаговых двигателей.

Шаговый двигатель – это электродвигатель постоянного тока, без контактных щеток, у которого полный оборот делится на определенное число равных шагов. Положение данного устройства может затем быть задано для перемещения и удержания на одном из этих этапов без какого-либо датчика положения для обратной связи (контроллер с разомкнутым контуром), при условии, что механизм тщательно подобран для применения в отношении крутящего момента и скорости. Импульсные двигатели с переключением — это очень большие шаговые приборы с уменьшенным числом полюсов и, как правило, с замкнутым контуром.

По мере вращения шагового двигателя индуктивность каждой обмотки колеблется через пики и падает несколько раз за оборот. Крутящий момент генерируется по мере того, как под напряжением обмотка перемещается от вершины к долине, вызывая уменьшение энергии, запасаемой в ее магнитном поле. Это снижение энергии поля непосредственно переводится на механическую работу.

Области применения

От простых DVD плееров или принтеров в быту до сложнейших станков с ЧПУ или роботизированной руки шаговые двигатели можно найти практически везде. Способность совершать точные движения с электронным управлением позволила этим устройствам найти применение во многих сферах, таких как камеры наблюдения, жесткие диски, станки с ЧПУ, 3D-принтеры, робототехника, сборочные роботы, лазерные резаки и многое другое.

Перед тем, как купить шаговый двигатель, нужно ознакомиться с основными преимуществами и недостатками:

Преимущества

Достигнута низкая стоимость контроля;
Высокий момент вращения при запуске и низкая скорость;
Простота конструкции;
Низкие эксплуатационные расходы;
Меньше шансов затормозить или поскользнуться;
Будет работать в любой среде;
успешно используется в робототехнике в широком масштабе;
Высокий уровень надежности;
Обладает полным крутящим моментом в состоянии покоя (во время нахождения обмоток под напряжением);
Большая точность позиционирования и повторяемость движения;
Немедленный ответ на запуск / останов / реверс;
Обладает высокой степенью надежности, благодаря отсутствию контактных щеток;

Читать еще: Land rover не заводится двигатель

Недостатки шагового двигателя

Потребляет большее количество энергии по сравнению с двигателями постоянного тока;
При более высокой скорости значение крутящего момента уменьшается;
Снижение эффективности;
Возникает состояние резонанса;
На высокой скорости управление невозможно.

Понравилась статья пишите в комментарии или на форум. Подписывайтесь на мой канал на Youtube и вступайте в группы в Вконтакте и Facebook.

Понравилась статья? Поделитесь ею с друзьями:

В каких приборах есть шаговые двигатели

_________________
Если бы это было так, это бы еще ничего. Если бы ничего, то так бы оно и было. Но так как это не так, так оно и не эдак. Такова логика вещей. (с)

Недавно крутил такой. Правда не преследовал цели получить максимальный момент.
http://www.mitsumi.co.jp/latest/Catalog/pdf/motor_m49sp_2k_e.pdf
В роди пишут 1А максимум для обмотки.

Для подключения, любая схема для биполярного двигателя (4 провода выходит? если 5 то униполярный, схема еще проще) с током до 1А. Соответственно 24В.
Драйверов полно на такие параметры. Одни из самых простых наверное на L297.
http://kazus.ru/shemes/showpage/0/843/
Можно полный мост на транзисторах.

Последний раз редактировалось Gisteresis Ср июн 18, 2014 12:30:26, всего редактировалось 1 раз.

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Ну вот например мост на транзисторах, а логику ща пошукаем.

Вот логика, только выход для униполярного ШД

Выход для биполярного точно такой же. Можно совместить эти схемы. Как у вас с электроникой? Это посильная задача?
Извиняйте, просто сразу готовая схема на глаза не попалась.

ПС: Все найдено в яндексе по словам «драйвер шд на логике»

Продуктовая линейка компании KLS на складе Компэл пополнилась модульными соединителями типа RJ. Ассортимент представлен неэкранированными соединителями RJ11, RJ12 и RJ45 для построения базовых информационных сетей, а также экранированными RJ45 с трансформатором для реализации систем передачи данных межу узлами ЛВС.

Защита от статического электричества необходима каждому современному устройству. Компания STMicroelectronics представляет решения, соответствующие стандарту IEC61000-4-2, а также специальное приложение PROTECTION FINDER, которое поможет легкого и эффективно подобрать необходимые компоненты. Рассмотрим практические примеры защиты от ESD, отраслевые стандарты и ряд ключевых параметров важных при проектировании электростатической защиты устройств.

Да, сама идея верна.
Но нужно все же убедиться, что импульсы с выходов логики такие какие надо.
Они должны управлять мостом так:
http://www.tehnari.ru/f39/t82277/#post834234

По сути формирователь управляющих импульсов одинаков, что для биполяра что для униполяра. Думаю должно работать.

ПС: на МК было бы все проще. Деталей меньше. Программа, по сути вот эту таблицу вбить и все.

Да! Забыл сказать. На полном шаге такие двигатели с большим шагом, на малых оборотах вращаются рывками. На больших скоростях конечно менее заметно, но все же глаз не радует.
Для таких все же лучше микрошаг. Но тут схема по любому становится сложнее и быстро такую не соберете если опыта нет.
О чем и повествует вот эта картинка

Метода с казуса довольно хорошая, почитайте, там разжёвано что куда.

Интервал ставил прямо в прошивке экспериментально. Прошивал, смотрел какая скорость получается. Начните с 10мс, а там поймете.
На слишком коротких интервалах двигатель отказывался стартовать сам. Просто гудел, дергался. После толчка крутился.

Если задача не слишком требовательная (абы как крутить что нибудь) то пойдет. Если нужно прецизионно что то вертеть, то нужно изголяться дальше.

Мега8 наверное даже слишком жирно. Можно на тини13, тини 2313. Можно и ее, если не жалко.

Читать еще: Что то стучит в двигателе змз 406

Вложения:

bipol6ag.GIF [2.68 KiB]
Скачиваний: 711

Дык я про это говорил.

Вы как сделали? Управляющую последовательность просто пустили в порт?
Тогда частота большая (сколько поставили?), транзисторы не успевают полностью открыться/закрыться видимо поэтому и греются.
При такой схеме нужны токозадающие резисторы в обмотках двигателя. Иначе вы и движок поджарите (ток в обмотках измерьте. Сопротивление обмоток меньше чем нужно для ограничения максимального тока).

Если двиг просто дергается но не крутится, опять же высокая частота, нужно снизить.

Если вращение с рывками не устраивает в принципе, то нужно мутить микрошаг.

Кроме того у вас отсутствуют защитные диоды.

Я вам про все это ссылки давал, почитайте на казусе.

Ставил от 10мс до 25мс. Самое интересное, что нагрев был и без подключенного МК. Я просто запитал схему дабы проверить все напряжения на точках, подключал без МК и ДВИГАТЕЛЯ и радиатор с транзисторами раскалился буквально за минуту.

Микро или милли? У меня такой двиг работал максимум на 5милисекундах между шагами.

Всмотрелся в схему! Так оно и понятно! Вы закоротили базы всех транзисторов!
У вас постоянно в базах протакает 11.3мА! Что видимо приоткрывает все транзисторы.
11,3*40=452мА в цепи коллектор змиттер, что меньше максимума, соответственно линейный режим.

Транзисторы VT3, VT4, VT7, VT10 верните на место и все будет гуд.

У ТС очевидно биполярный двигатель, 4 провода выходит из него. Предложенная вами схема для униполярного.
Режим работы — полушаг.

Davydov, вы тоже можете сделать полушаг, добавив перехлест импульсов, будет не 4 шага а 8.

Да, биения, вибрация это к сожалению недостаток простых драйверов, я уже приводил график для полного шага и сравнение его с микрошаговым режимом.
Чем больше микрошаг тем меньше будет биения и плавность хода. Полушаг получается просто вставкой перехлеста. А вот дальше, схему придется усложнять значительно.

Я уже писал, что в вашем случае помогут резисторы последовательно с обмотками, такие чтобы ток обмотки не превышал номинал двигателя. Достоинства — простота реализации. Недостатки — разогрев этих резисторов. Но это нормально. Ну как следствие не энергия БП тратится на неполезную работу. Или полезную, если у вас в помещении холодно, то как доп источник тепла

ПС: Я в шоке что двиг у вас до сих пор работает, после такой экзекуции. Я же писал, что ток нужно ограничить!
Да и для этих транзисторов максимально допустимый ток 3А! Воистину сверх способности вашей схемы

Принцип работы шагового двигателя

Каким образом роботизированный манипулятор на предприятии повторяет одни и те же движения снова и снова? Как автоматический фрезерный станок может двигаться с такой точностью? Это возможно благодаря шаговому двигателю. Особенность шагового двигателя заключается в том, что он может контролировать угловое положение ротора без замкнутого контура обратной связи, это простая и точная разомкнутая система.

p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

p, blockquote 2,0,0,0,0 —>

Как работает шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением

Для начала давайте разберемся, как работает шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением, который является самым простым. Позднее мы рассмотрим устройство высокоточного и широко используемого типа двигателя. У этого двигателя 6 зубьев на статоре, которые могут быть запитаны от трех отдельных источников постоянного тока.

p, blockquote 3,0,0,0,0 —>

p, blockquote 4,0,0,0,0 —>

Ротор состоит из ряда стальных пластин. У него отличное от статора количество зубьев в данном случае их 4 это сделано намеренно, для того чтобы только одна пара зубьев ротора могла одновременно находиться напротив зубьев статора.

Читать еще: Чем можно заклеить чугунный блок двигателя

p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

Вы и сами можете объяснить, как работает этот шаговый двигатель. Если обесточить обмотку A и запитать обмотку B станет ясно, что ротор будет двигаться, как показано на модели.

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

p, blockquote 8,0,1,0,0 —>

Из уроков геометрии понятно, что один шаг соответствует 30 градусам. Чтобы перейти к следующему шагу обесточим обмотку B и запитаем обмотку C.

p, blockquote 9,0,0,0,0 —>

p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

После этого вновь запитаем обмотку A. То есть ротор занимает позицию с наименьшим сопротивлением.

p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

Размер шага двигателя составляет 30 градусов, точность может быть доведена до 15 градусов при помощи одного простого приема, когда запитана обмотка A, ротор находится в таком положении мы знаем, что если запитать обмотку B он повернется на 30 градусов. Но что произойдет если обмотки A и B будут запитаны одновременно? Ротор займет положение между двумя этими обмотками, то есть повернется на 15 градусов.

p, blockquote 13,0,0,0,0 —>

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

После этого обесточим А. Когда ротор установится напротив обмотки B, запитаем обмотку С, такой тип работы называется режимом дробления шага.

p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

p, blockquote 16,1,0,0,0 —>

Как работает гибридный шаговый двигатель

Двигатель который мы рассматривали, называется двигателем с переменным магнитным сопротивлением. Наиболее универсальными и широко распространенными являются гибридные шаговые двигатели. Рассмотрим работу стандартного гибридного двигателя с величиной шага в 1.8 градуса.

p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

Гибридный двигатель имеет намагниченный по оси ротор со стальными зубчатыми наконечниками. Таким образом, одна сторона ротора является северным магнитным полюсом, а другая южным.

p, blockquote 19,0,0,0,0 —>

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

Точность данного двигателя заключается в продуманном расположении зубьев ротора и статора. Разберемся, как это работает. Ротор имеет 50 зубьев, чтобы понять, как расположены зубья статора для начала, предположим, что у статора тоже 50 зубьев. Однако на самом деле их на 2 меньше, чем у ротора. Таким образом у статор остается 48 зубьев.

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

p, blockquote 22,0,0,0,0 —>

Давайте разделим их на 4 группы попарно, как показано на модели (подробнее смотри на видео).

p, blockquote 23,0,0,0,0 —>

p, blockquote 24,0,0,1,0 —>

Теперь давайте выровняем эти группы, зеленая группа сдвигается так что она оказывается наполовину выровнены с зубьями ротора. Зубья желтой группы полностью смещены относительно зубьев ротора. Синяя группа наполовину выровнена относительно зубьев ротора. Красная группа остается на своем месте, то есть красная группа зубьев полностью выровнена с ротором, а желтая группа смещена. Две другие группы смещены лишь наполовину.

p, blockquote 25,0,0,0,0 —>

p, blockquote 26,0,0,0,0 —>

Следует помнить, что сторона ротора направленная к нам является южным магнитным полюсом. Обмотки статора соединяются следующим образом, они представляют собой две независимые группы обмоток. При подаче питания на обмотку A, статор образует следующую картину намагниченности. Одна пара полюсов статора действует как северный полюс, а другая как южный. Так как противоположные полюса притягиваются, они будут совмещены, полюса с одинаковой полярностью будут смещены.

p, blockquote 27,0,0,0,0 —>

p, blockquote 28,0,0,0,0 —>

Смотрите, что произойдет с ротором при подаче питания на обмотку B, он совершит вращение на небольшой угол чтобы вы равняться с новым северным полюсом. Очевидно, что этот угол составляет одну четвертую часть углового шага. Другими словами, ротор поворачивается на 1,8 градуса, затем задействуется обмотка A с противоположной полярностью и вновь ротор поворачивается на одну целую восемь десятых градуса.

p, blockquote 29,0,0,0,0 —>

p, blockquote 30,0,0,0,0 —>

Данный процесс повторяется и двигатель совершает высокоточные движения. Разрешение угла шага может быть улучшено при помощи дробления шага. Интересно отметить, что северные зубчатые наконечники находятся между южными зубчатыми наконечниками, таким образом гарантируется выравнивание полюсов с противоположными полярностями.

p, blockquote 31,0,0,0,0 —> p, blockquote 32,0,0,0,1 —>

Вот так работает гибридный шаговый двигатель, такие двигатели идеально подходят для применения в областях, где необходимы четкие движения и простое управление.

0 0 голоса

Рейтинг статьи