Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Управление шаговым двигателем

Управление шаговым двигателем

Николай Гурылёв.

Здравствуйте Юрий Валерьевич! Опишу изменения в схеме > Что меня подвигло к изменению схемы? В исходной схеме управление двигателем производится двумя кнопками каждая, из которых содержит по две группы контактов. Одна группа подаёт высокий логический уровень на вход микросхем, другая подаёт питание на двигатель. В виду того, что некоторые двигатели потребляют значительный ток, группа контактов, управляющая двигателем должна быть достаточно мощной, а, следовательно, и габаритной.

Это конечно не удобно и не желательно в виду снижения надёжности устройства по причине использования механических контактов в сильноточных цепях. Я предлагаю управлять питанием двигателя при помощи мощного полевого транзистора, который в свою очередь управляется теми же кнопками. При замыкании кнопок SB-1 или SB-2 высокий логический уровень через логический элемент ИЛИ образованный диодами VD-6 и VD-7 поступает на затвор полевого транзистора VT-5,открывая его, и тем самым замыкая цепь питания двигателя. Это даёт возможность разделить цепи питания и управления, и использовать для управления миниатюрные слаботочные кнопки например тактовые кнопки и кроме того даёт возможность производить управление от внешнего устройства (например компьютера) подачей соответствующих логических уровней. Естественно через дополнительное устройство согласования. Можно ещё реализовать пошаговое управление, но не буду усложнять. Ведь это ПРОСТОЕ устройство. Диоды можно применить любые, кремниевые, какие влезут. Полевой транзистор следует выбирать исходя из напряжения питания и потребляемого тока применяемого двигателя. Полевых транзисторов сейчас продаётся много различной мощности с напряжениями сток-исток до сотен вольт и с токами стока до десятков ампер. Если применяется низковольтный двигатель, то желательно и транзистор выбирать низковольтный, так как у них меньшее сопротивление сток-исток, что предполагает меньшее падение напряжения и меньший нагрев и потери мощности.

По этой же причине желательно и в качестве VT1-VT5, так же использовать полевики с N-каналом. В этом случае сопротивление резисторов в цепи базы можно уменьшить, это не приведёт к перегрузке логических элементов. В исходной схеме не указан тип применённого стабилизатора, но я думаю, что 12вольт будет как раз. Следует учитывать, что мощные полевики, как правило, начинают интенсивно открываться при напряжении на затворе около 4 вольт и насыщаются при напряжении около 10 вольт. Вот вроде и всё. Изменённая схема и изменённая печатка прилагаются.

Н.А. Гурылёв М.О., г. Шатура. 20.01.2014г.

Но можно обойтись и без диодов, если для управления транзистором использовать сигнал разрешения работы генератора. Это вывод 2 микросхемы DD1.1. В качестве полевого транзистора лучше использовать транзисторы, в маркировке которых присутствует буква «L». Например, IR2505L. Такие транзисторы как раз предназначены для работы с логическими микросхемами и совместимы даже с пятивольтовой логикой.

Тестер-драйвер шагового двигателя

Когда я начал собирать свой первый самосборный 3D принтер (вариация на тему HyberCube Evolution, но об этом позже), то уже на одном из первых этапов возникла необходимость покрутить шаговые двигатели оси Z, а плата управления еще не пришла. Да и честно сказать, слишком много работы для такой простой задачи. Ведь надо сконфигурировать и залить прошивку, подключить питание, дисплей, двайверы, все это временно подвесить на соплях, сильно повышая шансы на случайное замыкание и досрочный выход из строя самой дорогой запчасти. Да и ждать не охота, вся работа встала из-за того, что мне нечем крутануть туда-сюда один или два движка для подстройки расположения механических компонентов. Руками? Не так быстро, а главное — не точно. Ну как вы крутанете одновременно два мотора, скажем на 100 оборотов (каждый оборот — 200 шагов), не ошибившись ни на шаг, т. к. это вызовет перекос? И вообще, хочется «погонять» ось приближенно к «боевым условиям», чтобы оно само гудело и ездило. Ровно и быстро. В общем, пришлось что-то выдумывать.

Так как у меня уже была горсть дешевейших и надежнейших драйверов А4988, которые суют во все китайские 3D принтеры по-умолчанию, задачу я решил «в лоб». Что там нужно, чтобы этот драйвер крутил вот такой биполярный шаговик (у меня стандартные NEMA 17 48мм)? Всего лишь указать драйверу направление (вывод DIR) логическим уровнем и подать импульсы на вывод STEP. Ну и подключить шаговик и питание, естественно. В итоге образовалась вот такая простая схема, оказавшаяся удобной и практичной. Все есть: «крутилка» скорости, тумблер «туда-сюда», тумблер «крутить/стоять». Джамперами JP1…JP3 можно выставить микрошаг в диапазоне от полного шага до 1/16, хотя на практике оказалось достаточно полношагового режима, но лишняя возможность может пригодиться. Итак, схема.

Читать еще:  Шнива что стучит в двигателе

На популярном таймере 555 собран регулируемый генератор импульсов частотой примерно от 80 до 900 Герц (в режиме полного шага мотор крутится в диапазоне от «едва ползет» до «мчится со свистом»). Импульсы через тумблер SW1 попадают на вход STEP драйвера А4988, это режим «крутить». Если тумблер разомкнуть, драйвер перейдет в режим торможения (удерживания) мотора. Чтобы «отпустить» моторы, надо снять питание с драйвера. Тумблер SW2 переключает направление вращения шагового мотора. Резисторы R6 и R7 «подтягивают» соответствующие входы к «земле», на плате этих резисторов почему-то нет, хотя все прочие входы имеют «подтягивающие» к «земле» внутрисхемные резисторы. Вообще номиналы резисторов могут варьироваться в достаточно широких пределах, плюс-минус процентов 30 точно, схема сохраняет работоспособность. Точно так же не критична емкость конденсаторов, в принципе от 10нФ до 1мкФ пойдет любая керамика. Исключение — конденсатор С1, который желательно использовать пленочный. Значение емкости определяет диапазон частот, вместе с переменным резистором Р1. Номиналы С1 и Р1 можно изменять в широких пределах, сохраняя их произведение, как в исходной схеме. Скажем, можно взять емкость С1 0,47мкФ, но переменник Р1 тогда применить 20кОм. Диапазон частот, конечно, несколько сузится, но работать все будет нормально. Стабилизатор 78L05 можно заменить любым подходящим на напряжение 3.3..5В. Входное напряжение не желательно применять менее 12В и более 24В, драйвер выдерживает ток обмоток мотора 1А длительно, превышать это значение не стоит. Кто не в курсе — на драйвере А4988, как на многих других, установлен миниатюрный подстроечный резистор, которым выставляется максимальный ток шагового двигателя. Выбор максимального тока зависит от типа вашего шагового двигателя, сама же процедура многократно описана в сети, повторяться не вижу смысла. Кто не знает — гуглим «A4988 max current».

Таблица для выставления дробления шагов драйвера А4988 джамперами JP1..JP3

Схему собрал на второпях разведенной двусторонней платке размером 75х35мм, где верхний слой фольги играет роль общего провода (GND). Такой тип плат упрощает разводку, да и одностороннего стеклотекстолита под рукой не было. Все «земляные» выводы компонентов паяются прямо на фольгу, без отверстий, на фото видно. Панелька драйвера сделана из двух половинок распиленной панельки под выводную микросхему DIP16, также видно на фото (кликабельно). Плату в формате LAY прилагаю ниже, как и пару фоток, снятых на тапок. Номиналы деталей появляются при наведении на них курсора в программе Sprint Layout.

Комплектующие для самодельного ЧПУ с Таобао

Категорически приветствую всех читателей блога Live от iXBT!

Небольшой обзор драйверов TB6600 для шаговых двигателей 42/57/86.

Опять делюсь своим опытом приобретения товаров на китайской торговой площадке Taobao.

Я уже поднимал тему про посредника YOYBUY в прошлом обзоре.

Поэтому подробно останавливаться на выборе и заказе товаров на Таобао не буду (можно посмотреть в этом обзоре).

Для управления двигателями самосборных ЧПУ станков и 3D принтеров требуются специальные драйверы. Одни из самых распространенных – это дешевые драйверы типа TB6600/TB6560. И если TB6560 — это достаточно бюджетные драйверы, то TB6600 являются более продвинутыми как в плане настроек (ограничения тока, степпинг и т.п.), так и в плане мощности. Драйверы TB6600 позволяют управлять шаговыми двигателями типа 42/57/86 (это соответствует типоразмерам NEMA17/23/34) и выдают до 4.5А на обмотки.

Тоже самое, но через посредника: TB6600 в корпусе ($3.78) и TB6600 без корпуса ($4.37). На Али подобное стоит около $10/шт. (за исключением ТВ6560, которые имеют более «слабые» характеристики, подешевле).

На рисунке TB6600 в корпусе (слева) и TB6600 без корпуса (справа).

Заказывал много, сразу под несколько проектов, так как выгоднее, чем на Али или в оффлайне.

Данные драйверы более мощные и имеют микростеппинг до 1/32, а также вполне подходят для 3D принтеров. Основное применение — работа в связке с шаговыми двигателями 42/57/86 в станках ЧПУ и прочих подобных самоделках.

Характеристики драйверов ТВ6600 (в корпусе)

  • Рабочий ток/пиковый ток, до: 3.5А/4А
  • Микрошаг: 32
  • Импульсов на оборот: 6400
  • Напряжение питания 9. 42В постоянного тока.
  • Масса: около 130 г
  • Размеры: 96 х 56 х 35 мм
Читать еще:  Двигатель 1нз фе троит

Это небольшой блок для монтажа в стойку/корпус, с двумя клеммными колодками. Корпус одновременно служит и радиатором охлаждения.

На корпусе нанесена таблица режимов работы

Устанавливаются режимы переключателями SW1-SW6 согласно таблице

Проверка массы (критично для большого заказа с Таобао)

Габаритные размеры 96 х 56 х 35 мм

Для сравнения = рядом со вторым драйвером ТВ6600, который без корпуса.

Характеристики драйверов ТВ6600 (без корпуса)

  • Рабочий ток/пиковый ток, до: 4.2А/4.5А
  • Микрошаг: 16
  • Импульсов на оборот: 3200
  • Напряжение питания 8. 45В постоянного тока.
  • Масса: около 100 г
  • Размеры: 82 х 50 х 35 мм

Внешний вид драйвера ТВ6600 (без корпуса).

Несмотря на отсутствие корпуса, охлаждение стоит эффективное. Это массивный радиатор, закрывающий практически полностью плату.

Проверка размеров (82 х 50 х 35 мм)

Обратная сторона платы

Под радиатором скрывается интегральный драйвер от Toshiba TB6600HG. Термопаста присутствует, а также гальваническая развязка на основе 6N137.

Для сравнения разберем и другой драйвер. Откручиваем винты корпуса, снимаем крышку.

Снимаем плату с радиатора

Внешний вид печатной платы драйвера

На фото повторители и развязка

В данном случае установлен драйвер, аналогичный Тошибе, но в другом корпусе SI09AFTG

В обоих случаях присутствует гальваническая (оптическая) развязка.

Сравнение двух плат

Проведем небольшой тест драйверов.

Соберем небольшую схему с Arduino и двигателем Nema23 57HS8430.

Загрузим скетч в Ардуино

int PUL=7; //define Pulse pin
int DIR=6; //define Direction pin
int ENA=5; //define Enable Pin
void setup() <
pinMode (PUL, OUTPUT);
pinMode (DIR, OUTPUT);
pinMode (ENA, OUTPUT);

void loop() <
for (int i=0; i

В целом покупка на Таобао комплектующих для различных самоделок оправдана, выгода по стоимости практически в два раза.

P.s. обратите внимание: в некоторых лотах есть платная местная доставка. Обычно это около $2. Имеет смысл покупать несколько лотов у одного продавца, стоимость местной доставки так и остается $2. В этом случае доставка «размазывается» по стоимости всего заказа.

Если есть вопросы по покупкам на Таобао или по посреднику Yoybuy — задавайте!

Контроллер ШИМ своими руками

  1. Что такое ШИМ?
  2. Принцип работы ШИМ
  3. Откуда берётся ШИМ
  4. Вариант 1 — аналоговый
  5. Вариант 2 – цифровой
  6. Как подключить к нагрузке
  7. Если нужно управлять плюсовым контактом
  8. Контроллер ШИМ для RGB светодиодной ленты
  9. Ключи на мосфет-транзисторах

Сегодня разберёмся что такое ШИМ и с чем его едят, а также как сделать контроллер в домашних условиях.

Что такое ШИМ?

ШИМ (широтно-импульсная модуляция, англ. pulsewidth modulation (PWM)) — это способ управления мощностью путём импульсной подачи питания. Мощность меняется в зависимости от длительности подаваемых импульсов.

ШИМ в современной электронике применяется повсеместно, для регулировки яркости подсветки вашего смартфона, скорости вращения кулера в компьютере, для управления моторами квадрокоптера или гироскутера. Cписок можно продолжать бесконечно.

В любительской электронике ШИМ контроллеры часто используются для управления яркостью светодиодных лент и для управления мощными двигателями постоянного тока.

Принцип работы ШИМ

В отличии от линейных систем, где мощность регулируется путём снижения электрических параметров (тока или напряжения), при использовании ШИМ мощность, передаваемая потребителю, регулируется временем импульсов, что существенно повышает эффективность работы контроллера. В аналоговых системах остаточная мощность рассеивалась в виде тепла, здесь же при снижении потребления остаточная мощность просто не используется.

Основная характеристика ШИМ – СКВАЖНОСТЬ (процент заполнения) – процентное соотношение длительности импульсов к периоду. На рисунке ниже изображено 5 степеней скважности прямоугольного ШИМ сигнала:

Скважность ШИМ

ПЕРИОД — это время за которое происходит полный цикл колебания сигнала. Измеряется в секундах. Он линейно зависит от частоты сигнала и рассчитывается по формуле:

f(частота) = 1/ T(перод)

Частота ШИМ – это количество периодов (или если хотите, циклов колебаний) в единицу времени. Частота измеряется в Герцах (Гц), 1 Гц это одно колебание в 1 секунду.

Если сигнал делает 100 колебаний в секунду, значит частота равняется 100 Гц. Чем выше частота тем меньше период.

Откуда берётся ШИМ

Вариант 1 — аналоговый

ШИМ сигнал создаётся специально сконструированными устройствами – генераторами ШИМ сигнала или генераторами прямоугольных импульсов. Они могут быть собраны как на аналоговой базе, так и на основе микроконтроллеров, как в виде схемы из нескольких транзисторов, так и в виде интегральной микросхемы.

Читать еще:  Что такое перегрев двигателя автомобиля

Самый простой вариант это микросхема NE555, собирается всё по схеме:

Схема ШИМ генератора на NE555

Но если лень разбираться и паять, то китайцы за нас всё уже давно сделали.

ШИМ генератор на NE555

Стоит $0,5, работает стабильно при питании от 5 до 16 вольт. Выдаёт ШИМ сигнал амплитудой в 5 вольт, скважность можно менять подстроечным резистором (вон та синяя штуковина с вырезом под отвертку). При желании можно заменить подстроечный резистор на переменный и получим удобную ручку регулировки.

Вариант 2 – цифровой

Более сложный для новичка – использование микроконтроллера, но вместе с тем более интересный и дающий широкие возможности. Звучит страшно, но самом деле реализуется довольно просто.

В качестве микроконтроллера удобнее всего взять отладочную плату ардуино.

Как с ней работать написано вот здесь. Подключаем ардуинку к компьютеру и заливаем в неё вот такой наисложнейший код:

Далее цепляемся осциллографом к пину D3 и видим:

ШИМ скважность 30%

Сигнал частотой (Freq) -526 Гц, амплитудой (Vmax)- 5 вольт и скважностью (duty) – 30.9 %.

Меняем скважность в коде — меняется и скважность на выходе. Добавляем датчик температуры или освещённости, прописываем зависимость скважности на выходе от показаний датчиков и — готова регулировка с обратной связью.

Как подключить к нагрузке

Напрямую генератор ШИМ сигнала к нагрузке подключать не следует, потому как он слаботочный и скорее все сразу же сгорит. Для того, чтобы управлять нагрузкой необходим ключ на мосфет-транзисторе. Берём N-канальный мосфет-транзистор IRF3205 и собираем всё по схеме:

Ардуино ШИМ на IRF3205

Резистор R1 нужен для защиты пина ардуинки от выгорания, а резистор R2 для того, чтобы транзистор полностью закрывался, когда ардуина не даёт выходного сигнала.

Как видно ничего сложного. Четыре элемента и ШИМ-контроллер готов. Он уже может управлять одноцветной светодиодной лентой или каким-нибудь моторчиком.

Если нужна трехцветная лента или больше лент (делаем многоканальный ШИМ), просто добавляем ключи на пины D3, D5, D6, D9, D10, D11 (только на них работает ШИМ). Итого, Ардуина способна управлять мощностью 6-ти устройств одновременно.

IRF3205 способен выдерживать токи до 70 Ампер при напряжении до 55 Вольт, таких характеристик вполне достаточно для решения большинства бытовых задач.

Если нужно управлять плюсовым контактом

В таком случае нам понадобится другой мосфет- транзистор — P-канальный. Схема аналогична, только подтягивающий резистор подключен к плюсу.

Также нужно будет инвертировать сигнал на выходе ардуино, ведь при подаче 5 вольт транзистор будет закрываться, а при 0 — открываться, значит шим скважностью в 30% выдаст 70% мощность на выходе схемы.

ШИМ на irf4905, питание5 v

Стоит оговориться такая схема будет работать только при питании не выше 5 вольт, так как для полного закрытия P-канального транзистора необходимо подтянуть его затвор к плюсу питания, а ардуина способна выдавать на цифровой пин только 5 вольт. Значит, при питании хотя бы чуть-чуть выше напряжения выдаваемого на цифровой пин транзистор будет не полностью закрываться при верхней части импульса ШИМ и БУДЕТ СИЛЬНО ГРЕТЬСЯ. Полностью отключить нагрузку он тоже не сможет.

Если нужно управлять, к примеру,12 -ти вольтовым устройством, то схема немного усложнится. Добавится так называемое «плечо раскачки» или драйвер полевого транзистора. По классике он собирается на двух, а иногда и на трёх транзисторах, но мы есть вариант немного проще, который работает при невысоких частотах:

Ардуино, управление ШИМ по плюсовому проводу IRF4905

Контроллер ШИМ для RGB светодиодной ленты

В качестве примера приведу схему ШИМ контроллера для RGB светодиодной ленты на ардуино. В ней используется трёхканальный ШИМ для управления тремя цветами ленты. Ниже будет ссылка на готовое устройство, собранное на этой схеме управления.

ШИМ контроллер RGB ленты на ардуино

Соединяется всё вот так:

В схеме я добавил ещё кнопку, она нам поможет в будущем переключать цвета и регулировать яркость.

Вот простой код, позволяющий засветить ленту различными цветами. Чтобы изменить цвет подставьте цифры в значения для R, G и B из комментария ниже.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector