Sw-motors.ru

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

Шаговый двигатель 17hs8401 схема

Шаговый двигатель 17hs8401 схема

Вам уже приходилось делать выбор между разными шаговыми двигателями для реализации своих амбициозных проектов? Зачастую у новичков существует миф, что NEMA 17 слабые и ни на что не годные шаговики, а для 3D-принтера обязательно нужен как минимум NEMA 23, а то и дороже. Давайте попробуем разобраться какие критерии всё-таки должны учитываться при правильном выборе шагового двигателя. Если на них не обращать внимание, а просто надеяться на свой инстинкт потребителя, то в результате можно сильно разочароваться. К примеру можно купить как бы обычный двигатель NEMA 17 и стандартный драйвер рекомендуемый под него, но получить постоянно перегревающуюся микросхему драйвера и невозможность нормальной работы проекта.

Посмотрим для начала какой выбор нам предоставляют самые доступные поставщики шаговых двигателей.

Двигатели NEMA 16 представлены такими моделями

МодельУгол шагаКоличество проводовНоминальный
ток фазы, А
Сопротивление фазы, ОмИндуктивность
фазы, мГн
Инерция
ротора,
г·см2
Удерживающий
момент, Н·см
Крутящий
момент,
Н·см
Длина мотора,
мм
39HS200441,840,4218121280,520
39HS260641,840,691014140,826
39HS340641,840,612131918134
39HS341241,841,23,231916134
39HS340461,860,430141912134
39HS400641,840,6122024241,240
39HS401241,841,23,86,524241,240
39HS400461,860,4302224181,240

Диаметр вала у NEMA 16 — 5 мм

В формфакторе NEMA 17 нам доступны такие двигатели

МодельУгол
шага
Длина
мотора,
мм
Номинальный
ток, А
Сопротивление
фазы, Ом
Индуктивность
фазы, мГн
Удерживающий
момент, Н·см
Крутящий
момент,
Н·см
Инерция
ротора,
г·см2
Количество
проводов,
шт.
Вес
мотора,
г
17HS24081,8280,6810121,6344150
17HS34011,8341,32,42,8281,6344220
17HS34101,8341,71,21,8281,6344220
17HS34301,8340,43035281,6344220
17HS36301,8340,43018211,6346220
17HS36161,8340,167540141,6346220
17HS44011,8401,71,52,8402,2544280
17HS44021,8401,32,55402,2544280
17HS46021,8401,23,22,8282,2546280
17HS46301,8400,43028282,2546280
17HS84011,8481,81,83,2522,6684400
17HS84021,8481,33,25,5522,6684400
17HS84031,8482,31,21,6462,6684400
17HS86301,8480,43038342,6686400

Точность шага без нагрузки ±5 %

Диаметр вала 5 мм

Следующий формфактор NEMA 23 представлен такими моделями

МодельУгол
шага
Длина
мотора,
мм
Диаметр
вала,
мм
Длина
вала,
мм
Номинальный
ток, А
Сопротивление
фазы, Ом
Индуктивность
фазы, мГн
Удерживающий
момент, Н·м
Крутящий
момент,
Н·см
Инерция
ротора,
г·см2
Количество
проводов,
шт.
Вес
мотора,
кг
57HS4128A41,8416,35212,80,71,40,552,515040,55
57HS5128A41,8516,35212,80,832,21,12,819040,6
57HS5128B41,8516,35212,80,832,21,12,819040,65
57HS5630A41,8566,352130,92,41,23,528040,72
57HS5630A4D81,85682130,92,41,23,528040,72
57HS5630B41,8566,352130,92,41,23,528040,72
57HS5630B4D81,85682130,92,41,23,528040,72
57HS7630A41,8766,352131,13,61,89644041,2
57HS7630A4D81,87682131,13,61,89644041,2
57HS7630B41,8766,352131,13,61,89644041,2
57HS7630B4D81,87682131,13,61,89644041,2
57HS8430A41,8846,352131,242,2662041,4
57HS8430A4D81,88482131,242,2662041,4
57HS8430B41,8846,352131,242,2662041,4
57HS8430B4D81,88482131,242,2662041,4
57HS11230A41,811282131,66,831280041,8
57HS11230B41,811282131,66,831280041,8
57HS11242A41,81128214,21,41,831280041,8

У NEMA 23 диаметр вала составляет 6,35 мм или 8 мм

Варианты подключения двухфазных шаговых двигателей

Теперь разберёмся зачем шаговому двигателю нужно больше чем четыре вывода. Для этого рассмотрим различные варианты подключения двухфазных шаговиков

1) Тут мы видим самый простой вариант с 4-проводным шаговым двигателем. Здесь главное правильно соединить выводы А+ двигателя с А+ драйвера, А- двигателя с А- драйвера и так далее.

2) Дальше идёт 8 — проводный двигатель. Для него характерны два варианта подключения.

Это параллельное подключение обмоток шаговика. При таком подключении уменьшается суммарная индуктивность обмоток, что позволяет увеличить максимальную скорость вращения вала. Величина индуктивности обмоток влияет на частотные характеристики двигателя, особенно на высоких частотах управляющих сигналов. К такому подключению стоит стремиться, если вам действительно важна высокая скорость работы шаговика и критична точность и КПД на высоких оборотах.

А это последовательное соединение. При таком соединении двигатель будет вести себя как обычный 4-проводный.

3) Теперь, когда мы уже не так боимся множества выводов на шаговиках, посмотрим, как подключать 6-выводный двигатель.

Представленное подключение позволяет уменьшить индуктивность и этим повысить качество работы двигателя на высоких частотах (оборотах). Но при этом понижается КПД двигателя и его сила, повышается ток управления. Я бы советовал такой вариант включения только для временных скоростных операций, не требующих частого торможения и разгона, например во время возврата каретки 3D-принтера. При этом необходим механизм автоматического переключения режимов работы двигателя с полнообмоточного на полуобмоточный.

И второй вариант включения 6-проводного шагового двигателя следующий

Средние выводы каждой обмотки просто не задействуются и шаговик работает в точности как 4-проводный работяга.

Рассчетное определение необходимого момента шагового двигателя

Такой параметр как «момент» у двигателя характеризует его силу вращения. Он показывает, какой максимальной силе противодействия, приложенной на определённом расстоянии от своей оси двигатель способен противостоять.

Момент определяется по формуле M=F · R ,


где М- момент силы в Н ·м; F — сила противодействия в Ньютонах; R — расстояние точки приложения силы от центра оси двигателя, в метрах.

Что такое ньютон? Это величина, характеризующая взаимодействие физических тел и полей между собой. Например, чтобы приложить к подвешенной верёвке силу, равную 1 Ньютон, в земных условиях необходимо повесить на неё гирю весом 1/9,81 = 0,102 кг.

А при диаметре вала двигателя 5 мм и крутящем моменте двигателя в 1Н ·м, этот двигатель будет способен накрутить на свой вал нитку с подвешенным к ней грузом не превышающим 20,4 кг и минимальным ускорением:

1Н ·м = 0,102 кг · 1м = 20,4 кг · 5 мм

Использование динамометра для определения момента, требуемого от двигателя.

Теория и рассчёты это всё очень полезно, но зачастую легче и быстрее будет отбросить теорию в сторону и взять и замерять действующие силы при помощи измерительного прибора. Динамометр как раз способен экспериментально показать нам практическую силу, противодействующую нашему двигателю в прямых плоскостях (момент силы вращения он не покажет). Я в продаже не встречал динамометров дешевле 500$, поэтому буду рассматривать использование только самодельного устройства. Это устройство состоит из шкалы и, зафиксированной с одной стороны шкалы, пружины.

Градуировка и использование самодельного динамометра.

Градуировка — это нанесение делений на шкалу измерения динамометра. Для разных диапазонов измерения силы, будут необходимы разные по силе пружины и их длины, а так же длины планочки под шкалу. Допустим мы хотим своим динамометром измерять силу в пределах 1 . 10 Н. Для его градуировки необходимо как на рисунке а) подвесить к динамометру груз в 100 г и отметить на шкале риску с цифрой 1 Н, а затем подвесить груз в 1 кг и наметить риску в 10 Н. Теперь всю шкалу между этими двумя рисками нужно поделить на 9 равных отрезков и расставить цифры от 2 до 9 Н.

Читать еще:  Датчик температуры двигателя портера

Arduino и шаговый двигатель NEMA 17 — юниорам

Найдены возможные дубликаты

TECHNO BROTHER

821 пост 7.6K подписчиков

Правила сообщества

1-Мы А-политическое сообщество. 2-Запрещено оскорбление: Администрации Пикабу, сообщества, участников сообщества а также родных, близких выше указанных.

3-Категорически запрещается разжигание межнациональной розни или действий, направленных на возбуждение национальной, расовой вражды, унижение национального достоинства, а также высказывания о превосходстве либо неполноценности пользователей по признаку их отношения к национальной принадлежности или политических взглядов. Мат — Нежелателен. Учитесь выражать мысли без матерщины

Nema-17 — форм-фактор, сами движки именуются 42h40. 17PM-. и как угодно ещё. Конкретно в вашей статье CTP10ELF10MAA00. Отдельно стоит упомянуть униполярные и те, у которых 6 контактов.

Есть родная библиотека Stepper.h, которая прилично работает.

Шаговики очень отличаются по вольтажу силе тока. У меня лежат движки под 30В 0,5А, их от батареек не стартонёшь. Казалось бы, Nema-17.

А как же Драйвер шагового двигателя DRV8825? Основная особенность 32 микрошага, а в А4988 — 16.
И то, что nema17 имеет много разновидностей. Для 3д принтеров основная особенность момент удержания — 40.0 N·cm

Добрый день. А как подключить три немо17 к ардуино через драйвера?

Уважаемый @Dionisnation, извиняюсь за некропостинг, но не нашёл лучше варианта, чем написать сюда с просьбой о совете. У меня имеется Arduino Uno, Easy Driver 3967 v4.4 и вот такой ШД: https://ru.aliexpress.com/item/42-stepper-motor-1-8-degrees-.

Подключаю всё, как на приложенном рисунке за исключением того, что у меня драйвер питается от самой ардуино.

Заливаю данный скетч для проверки, что всё работает:

#define STEP 3
#define DIR 2
void setup() <
pinMode(STEP, OUTPUT);
pinMode(DIR, OUTPUT);
>
void stepper(unsigned int Step, int Speed, boolean Set) <
digitalWrite(DIR, Set);
for (int i = 0; i

Вопрос решился. Китаец наврал, а я повёлся, что рабочее напряжение у этого двигателя 5В. Оно, конечно же, 12В.

Ну а в чем заключается секрет кода, уменьшающего вибрацию?

Я знаю только один способ — больше микрошагов, но и это не панацея.

он дает плавное вращение а не ступенчастое

А можно подробнее? Что делает программа? Как она обеспечивает плавное вращение?

Выдерживает нужные паузы между сигналами step, которые, будучи поданы не вовремя, тормозят двигатель и вызывают вибрации.

Я не очень понимаю, размер паузы между импульсами step зависит от требуемой скорости вращения. То есть я могу задать любую величину периода следования импульсов (не меньше минимальной, на которую рассчитан драйвер) и это не должно быть ошибкой.

Что значит импульсы поданы не вовремя?

Это означает, что размер паузы постоянен для постоянной скорости. Однако эту скорость нужно для начала достичь. Для этого нужно увеличивать частоту сигнала step.

Если изначально делать шаги слишком часто, ось может не успевать проворачиваться и, соответственно, при некотором кратном шаге будет делать обратные рывки, что и вызывает вибрацию.

Или, например, застрять на некоторой скорости обращения, меньше необходимой.

Вибрацию вызывает сама природа шагового двигателя, сами шаги.

Погасить ее можно только используя микрошаг.

Вы его включали?

А то, что вы описали похоже на срыв. Разумеется надо разгоняться плавно и ограничивать максимальную скорость.

Вызывают, но в очень ограниченных масштабах. Для 3D принтеров — согласен, но не для раскручивания болванки на станке. А то, что я описал, срыв это или нет, весьма подходит под пост, в котором пишется про скорости в 30 оборотов в секунду.

Но на такой скорости у него вообще момента не будет.

А он не всегда нужен. В любом случае, не думаю, что дальнейшая дискуссия имеет смысл быть.

Почему? Мне вот интересно в каких случаях момент может быть не нужен?

Если идёт поверхностная обработка, например, покраска цилиндрических изделий.

Rammstein — mutter на шаговых двигателях

Дисплей Nextion и NRF24 беспроводное управлении реле

Я уже вкладывал уроки про дисплей Nextion. В которых рассказывал, как можно организовать контроль доступа. Сегодня в проекте рассмотрим более расширено применение полученных знаний из уроков.

С помощью радио модуля NRF24 беспроводным способом (по воздуху) будем управлять реле. Включать и выключать можно различную нагрузку: свет, отопление, вентиляцию и пр.

На основе данной системы можно сделать беспроводное управление освещением в доме.

Надеюсь моя информация будет полезной.

Спасибо! Всем добра!

Самое простое дистанционное управление компьютером

Сегодня расскажу, как я делал удалённое управление ПК с помощью пульта ДУ. Реализовывал я это года 3-4 назад для переключения мультиков для ребёнка на YouTube.

Когда я сидел за компьютером, а ребенок смотрел мультики в другом конце комнаты. И чтобы не вставать постоянно для переключения мультфильмов. Сделал вот такую леньтяйку.

Сегодня данным проектом решил поделиться с вами.

Так выглядит переключение композиций в ВК. А также регулирование громкости.

Надеюсь моя информация будет полезной.

Спасибо! Всем добра!

Как сделать тетрис классический

Дисплей от Nokia 5110 — это наверное самый дешевый дисплей который можно найти для своих проектов на Arduino. На базе него мы разберемся с вопросом: «Как же сделать тетрис-игру?@

Основная проблема всех библиотек для рисования на этом дисплее — отсутствие поддержки русского языка. Решается установкой дополнительных шрифтов, которые подменяют английские символы на русские.

Избалованные i2c шиной скажут «фу», ведь у нас 4 провода управления SCLK, DIN, DC, CE и RTS которые соответственно подключаются к Arduino, 3, 4, 5, 6, 7. Не забываем подключить питание 3.3 вольта, и землю.

Для рисования будем использовать библиотеку Adafruit GFX Library. В архиве с ней есть примеры использования.

Для управления игрой используем ИК пульт от телевизора. Сигнал будет принимать датчик TL1838.

Я использовал Arduino Uno, т.к. она уже имеет стабилизатор на 3.3 вольт.

Подключение IR приемника:

pin 8 — IR (управляющий). Питание на +5V и GND.

pin 9 — speaker, Земля на GND.

При «проваливании» на собранную строку будет воспроизводиться писк. Он реализован на особенности нескольких пинов Ардуино (в нашем случае 9) выдавать ШИМ с заданной частотой. Игра поддерживает все атрибуты нормальной игры. Ту и подсказка следующей фигуры и текущий счет. Игра ведет учет рекордов. Это значение хранится в энергонезависимой памяти Ардуино. Чтобы сбросить рекорд, достаточно изменить в скетче значение flfirst=1234 на любое другое. В игре также идет автоувеличение скорости падения через каждые 30 списанных строчек, так что, бесконечно долго поиграть не получится ). Скетч не оптимизировался и тщательно не прогонялся, а был написан на досуге в свое удовольствие. Если кто обнаружит ошибку — пишите. О ©. Скетч разрешается править для себя как угодно. Только при публикации где-либо своих вариантов ссылку на первоисточник-муську указывайте ). Для чего делал — длинные выходные + «из любви к искусству». Была бы дочка маленькой, сделал бы ей, наверное, мини игровой автомат для кукольной комнатки на 8 марта, как раз успел бы. Добавил бы несколько игр типа Змейки и Арканоида, а корпус вырезал бы из текстолита, наверное. Только дочка в этом году уже докторскую защищает, так, что мимо, но может кому еще эта идея пригодится ).

Читать еще:  Что такое двигатель хтс

Правильная настройка тока для шаговых двигателей

Я двигателей очень долго не уделял этому должного вопросу внимания. Во первых не хотел разбираться. Во считал вторых, что настройка в рабочих условиях (во тестовой время печати на завышенных режимах) самая Это. правильная конечно верно, но настал момент, моей в когда коллекции появился третий вид TMC2100 драйверов и чтобы их адекватно сравнить с драйверами нужно A4988 их одинаково и правильно настроить по току шагового используемого двигателя.

Что нам даёт настройка правильная тока для шаговых двигателей?

  1. шума Снижение от работы принтера при завышенном Избавление
  2. токе от сдвига слоёв (пропуска шагов) низком при токе
  3. Снижение нагрева шагового или двигателя его драйвера

Какие обычно шаговые используют двигатели?

17HS4401 ток 1,7A — обычные

ток 17HS8401 1,8А — более мощные

17HS4402 ток 1,3A — по сведениям некоторым менее шумные, чем 17HS4401

шаговых Драйверы двигателей

A4988 на ток до 2А — очень распространён широко и недорогой

DRV8825 на ток до 2,2А — интересен мощностью большей и микрошагом 1/32

TMC2100 на ток RMS 1,2А (с интересен до 2,5А) — пиками самостоятельным дроблением микрошага 1/16 до 1/255, итоге в что снижает шум работы шагового загружая не двигателя при этом дополнительными расчётами Видимо.

Ардуину для этого драйвера больше двигатели подходят с низким током, например 17HS4402. С двигателем этим драйвер будет меньше нагреваться, а его значит достаточно обдувать низкооборотистым бесшумным Настройка.

вентилятором тока на драйверах ШД

Минусовой щуп подсоединяем мультиметра к контакту GND (минус, он общий), прикасаемся плюсовым к корпусу подстроечного резистора на драйвере. подстроечный Крутим резистор отвёрткой и замеряем расчётное Vref напряжение. Таким образом мы выставляем правильный для ток драйвера шагового двигателя. Для вида каждого драйвера своя формула расчета Vref.

Vref — пин замера напряжения для тока установки по формуле.

Current Limit — ток двигателя шагового.

A4988

Формула Vref для изменяется A4988 от номинала токочувствительных резисторов. Это чёрных два прямоугольника на плате драйвера. Обычно R050 подписаны или R100.

Vref = Current 100 * 8 * (RS)

RS = 0,Limit
Vref = Current Limit * 8 * 0,100 = Limit Current / 1,25

RS = 0,050
Vref = Current Limit * 8 * 0,Current = 050 Limit / 2,5

Например для 17HS4401: 68В = 1,7 / 2,5 = 0,Vref

DRV8825

Current Limit = Vref * 2

Current = Vref Limit / 2

Например для 17HS4401: 85В = 1,7 / 2 = 0,Vref

TMC2100

Irms = (Vref * 1,77A) / 2,5V

Irms = (Vref * 2,5V) / 1,77A

Current Limit = 1.41 * Irms

для Например 17HS4401: Vref = (Current Limit * 0,77А * 2,5В) / 1,707 = (1,7 * 0,707 * 2,5) / 1,77 = 1,697В

При таком шаговый Vref двигатель возможно будет нагреваться, Vref поэтому придётся подстроить во время работы.

В случаях некоторых для снижения нагрева драйвера снижать приходится Vref, а значит для защиты от шагов пропуска нужно уменьшать ускорения в прошивке. при Соответственно снижении ускорений общая скорость принтера 3D печать снижается. Разумный минимум для 500 ускорений мм/с^2. Отсюда вывод: уровень шума снизить можно почти на любом 3D принтере, снижая Vref и ускорения, но при этом Vref придётся опытным подбирать путём.

Сравнение громкости работы разных на двигателя Vref

  • Шаговый двигатель Wantai ток 42BYGHW609 1,7А
  • Драйвер A4988
  • 3D принтер Mendel90

код G-Тестовый примерно такой (правил в процессе и G21)

после
G90
M107
G28 X0
M117 Test Run…

Используем Audacity аудиоредактор. Примитивный микрофон подключен к встроенной Микрофон ПК. аудиокарте прижат к корпусу ШД и сверху обмотан Надеюсь. поролоном этого хватит для регистрации шума уровня.

Vref устанавливаю на 0,58В, запускаю Pronterface из программу и записываю звук с микрофона. Затем запись повторяю на Vref = 0,78В. Картинки уровней складываю громкости в Фотошопе для наглядности сравнения. что Вот получилось:

Красным Vref = 0,58В

Vref Синим = 0,78В

На некоторых скоростях разность в вполне громкости существенная. Такие напряжения взяты наглядности для, хотя и не сильно отличаются. На не настроенном может драйвере стоять любое напряжение Vref!

путайте не Пожалуйста ток с напряжением Vref, когда этом об пишете

Подробнее про эти драйверы почитать можно на сайтах производителей:

Быстрые движения под высоким напряжением, или почти вся правда об управлении шаговым мотором

Доброго вам времени суток, уважаемые гики и сочувствующие!

В этой публикации я хочу поделиться своим опытом управления. Точнее – управления шагами. А уж если быть совсем точным, речь пойдёт об управлении замечательным устройством – шаговым электродвигателем.

Что же такое этот самый шаговый электродвигатель? В принципе, в плане функциональности этот мотор можно представить как обычный электромотор, каждый оборот вала которого разбит на множество одинаковых, точно фиксированных шагов. Перемещением на определённое количество шагов мы можем позиционировать вал шагового мотора с высокой точностью и хорошей повторяемостью. Каждый шаг можно разбить на множество ступенек (так называемый микростеппинг), что увеличивает плавность хода мотора, способствует подавлению резонансов, а также увеличивает угловое разрешение. Различия между полношаговым режимом (слева), 1/2 микростеппингом (в центре) и 1/16 микростеппингом (справа) видны невооружённым глазом:

К сожалению, все вышеупомянутые преимущества достигаются ценой значительной сложности системы управления шаговым мотором (для простоты будем называть эту систему драйвером).
Теперь рассмотрим схему работы типичного шагового мотора:

Из этой картинки видно, что шаговый мотор в электрическом плане представляет собой два или более электромагнита, которые необходимо переключать в определённой последовательности для приведения ротора в движение.
Лирическое отступление: На настоящий момент существуют два основных типа шаговых моторов: униполярный и биполярный. Поскольку униполярные моторы имеют меньший крутящий момент и худшие скоростные характеристики, в данной публикации они рассматриваться не будут.
Итак, вернёмся к управлению биполярным мотором. Как это ни парадоксально звучит, но зачастую проще обсуждать общие принципы на конкретных примерах. В качестве примера мы возьмём шаговый мотор ST4118L1804-A производителя Nanotec. Почему именно этот мотор и производитель? Причина проста: по основным характеристикам это типичный представитель моторов типоразмера NEMA 17, широко применяющихся в радиолюбительской практике, и имеет к тому же довольно подробную техдокументацию (которая начисто отсутствует у китайских noname-моторов).

Основные характеристики данного мотора:
Рабочее напряжение 3,15 В
Рабочий ток 1,8 А
Активное сопротивление обмотки 1,75 Ом
Индуктивность обмотки 3,3 мГн
Момент удержания 0,5 Нм
Угловой размер шага 1,8° (200 шагов на один оборот ротора)

В данном случае самое главное — это правильная интерпретация данных. Применив закон Ома, выясняем, что производитель указал рабочий ток и напряжение для постоянного тока, протекающего через обмотки двигателя, без учёта индуктивности.
Проверка: I = U/R, или 1,8 А = 3,15 В/1,75 Ом. Всё сходится.
Какой же будет мощность рассеяния при питании обмоток постоянным током?
Всё просто: P=I x U, или 1,8 А х 3,15 В = 5,67 Вт. В полушаговом режиме возможна ситуация, когда ток течёт через обе обмотки мотора, соответственно рассеиваемую мощность нужно удвоить: 5,67 Вт х 2 = 11,34 Вт. Это достаточно много, и может привести к перегреву мотора. Эта же величина является минимальной мощностью блока питания для этого мотора. Обыкновенный 3D принтер имеет пять подобных моторов, соответственно для питания драйверов необходим источник питания с минимальной мощностью 11,34 Вт х 5 = 56,7 Вт. К этой цифре необходимо добавить электрическую мощность, превращённую мотором в кинетическую или потенциальную энергию при работе принтера. Точный расчёт этой мощности — дело достаточно сложное, на практике проще всего добавить 75% к рассчитанной тепловой мощности и на том завершить расчёты. Почему именно 75%? Дело в том, что обычный шаговый мотор способен совершить полезную работу на величину примерно 2/3 от максимальной тепловой мощности. В данном случае для создания какого-либо узла или устройства сначала подбирается подходящий мотор (например, по крутящему моменту), а после этого рассчитывается мощность блока питания.
Итоговая мощность блока питания для пяти шаговых моторов: 56,7 Вт х 1,75 = 99,225 Вт.
Конечно, на практике ни в одном любительском устройстве не используются моторы под максимальной нагрузкой, и реальная мощность потребления будет, скорее всего, намного ниже расчётной. Я же, как человек ленивый и скаредный, крайне не люблю делать одно и то же два раза, поэтому беру блок питания всегда с некоторым запасом (то есть, согласно вышеприведённым расчётам).
Теперь пришла пора приступить к определению минимально необходимого напряжения блока питания. К сожалению, этому параметру уделяется незаслуженно маленькое внимание в тематических публикациях. Почему этот параметр так важен? Дело в том, что при вращении ротора шагового мотора через катушки течёт переменный ток, ограниченный не только активным, но также и индуктивным сопротивлением обмоток.
Рассмотрим предоставленный производителем график зависимости крутящего момента нашего мотора от частоты вращения:

На графике присутствуют две линии, показывающие зависимость крутящего момента от частоты вращения для напряжения питания 24 В (красная линия) и 48 В (зелёная линия). Нетрудно заметить, что спад крутящего момента начинается примерно с 300 об/мин для 24 В и примерно с 600-700 об/мин для напряжения 48 В. При этом необходимо упомянуть, что производитель использует недоступные любителям дорогостоящие промышленные драйверы. Почему же так важно напряжение питания драйвера, если оно даже в случае питания от 12 В заведомо выше паспортной величины напряжения питания шагового мотора (3,15 В)? Дело в том, что шаговый мотор управляется током, а не напряжением, и именно источниками тока являются все современные драйверы. В идеальном случае драйвер обеспечивает заданный ток в обмотках двигателя вне зависимости от частоты вращения ротора, нагрузки, изменения температуры и других параметров. Это организовано за счёт работы ШИМ-регулятора, управляемого зачастую довольно сложными алгоритмами. Из технической документации нашего мотора видно, что для полного оборота ротору необходимо совершить 200 шагов, при 300 об/мин это составит 60 000 шагов в минуту, или 1000 шагов в секунду. Это, проще говоря, соответствует переменному току частотой 1 кГц. На этой частоте индуктивное сопротивление обмотки составит (R(L)=2π×F×L): 2π х 1 кГц х 3,3 мГн = 20,73 Ом. Какое же напряжение необходимо для обеспеченияя тока в 1,8 А при этом сопротивлении? Закон Ома не дремлет (U=IR): 1,8 А х 20,73 Ом = 37,31 В. Неудивительно, что выше частоты вращения 300 об/мин наблюдается спад крутящего момента: драйверу банально не хватает напряжения питания. Почему же при таком вопиющем недостатке питания (37 — 24 =13 В) спад не наступает при более низкой частоте вращения? Дело в том, что в современных драйверах используется мостовая схема выходных каскадов, что позволяет «удваивать» напряжение, прикладываемое к обмоткам мотора. То есть, теоретически драйвер способен приложить «виртуальные» 48 В к обмоткам при напряжении питания 24 В, что создаёт теоретический запас по напряжению 48 — 37 = 11 В. На практике же этот запас будет нивелирован потерями в драйвере, сопутствующих цепях и активным сопротивлением обмоток мотора (активное сопротивление обмоток присутствует постоянно, и даже несколько возрастает при нагреве мотора). При увеличении частоты вращения ротора свыше 300 об/мин пропорционально растёт частота импульсов и, соответственно, увеличивается индуктивное сопротивление обмотки. При питании от 24 В драйверу перестаёт хватать напряжения питания для поддержания тока в обмотках, и крутящий момент неуклонно снижается. То же самое происходит при питании драйвера от 48 В, но уже гораздо значительно позже, при частоте вращения 600-700 об/мин.
Итак, с мощностью и величиной напряжения блока питания всё ясно, теперь необходимо переходить к практической реализации универсального драйвера, способного как к филигранной работе при помощи крохотных NEMA 11, так и к сотрясению основ мира в паре с могучими NEMA 23. Какими же основными качествами должен иметь драйвер моей мечты?

Читать еще:  Двигатель веломотор f50 характеристики

1. Высокое напряжение питания. Поскольку в техдокументации к моторам крайне редко указано максимальное напряжение питания, лучше будет ограничиться напряжением 48 В.
2. Важнейший параметр: высокий выходной ток. NEMA 23 имеют рабочие токи вплоть до 3,5 А, драйвер должен обеспечивать этот ток с запасом 30%. Путём нехитрых расчётов получаем максимальный рабочий ток около 4,5 А.
3. Простая и оперативная подстройка силы выходного тока.
4. Наличие микростеппинга, как минимум 1/8 шага
5. Наличие защиты от КЗ, перегрева, и т.д.
6. Небольшой размер, возможность крепления произвольного радиатора.
7. Исполнeние в виде интегральной схемы. XXI век на дворе!
8. Простая схема включения с минимальным количеством дискретных компонентов.
9. Низкая цена.

После множества бессонных ночей пятиминутного копания в Google выяснилось, что единственной доступной микросхемой драйвера с подходящими параметрами является TB6600HG. Покупка готового китайского драйвера на eBay показала, что не всё ладно в датском королевстве, далеко не всё. В частности, китайский драйвер отказался напрямую работать с выходами Arduino Due, и «завёлся» только через буферный преобразователь уровней. При работе с трёхамперной нагрузкой драйвер грелся и терял шаги десятками. Вскрытие пациента показало, что в нём не только была установлена микросхема предыдущего поколения (TB6560), а даже и термопаста не смогла найти себе места в списке компонентов. К тому же размерами и весом китайский драйвер наводил меня на мысли о моей молодости… о прошлом веке, если быть совсем точным. Ну нафиг, сказал во мне интеллигент в третьем поколении, мы сделаем свой драйвер, с преферансом и поэтессами. Если бы разработчики KiCAD видели, как я обращаюсь с их детищем, я разорился бы на одних только адвокатах:


С целью минимизации размеров была спроектирована четырёхслойная печатная плата. Этот факт, к сожалению, исключает её изготовление в домашних условиях. Посему на берлинской фирме LeitOn были заказаны 36 таких плат, каждая из которых обошлась в итоге около пяти евро. Часть этих плат были впоследствии выкуплены у меня собратьями по увлечению, и в итоге изготовление плат вышло не слишком накладным предприятием. Микросхемы TBB6600HG были заказаны на Aliexpress по 4 евро за штуку, остальные компоненты были заказаны на eBay, в пересчёте на один драйвер цена дискретных компонентов составила 2 евро. В качестве радиаторов были взяты пятисантиметровые отрезки П-образного алюминиевого профиля, пластиковые каркасы были отпечатаны на 3D принтере. Итого цена одного драйвера составила около 12 евро. Это справедливая цена за драйвер со следующими характеристиками:

Напряжение питания от 8 до 42 Вольт
Максимальный долговременный рабочий ток 4,5 Ампер, устанавливается потенциометром
Микростеппинг вплоть до 1/16 шага
Защита: КЗ, перегрев, низкое напряжение питания
Компактные размеры и низкий вес
Работа с уровнями входных сигналов от 3,3 до 5,5 вольт
Простая установка микростеппинга с помошью микропереключателей — к чёрту перемычки!

Готовые печатные платы:

Собранные и недособранные драйверы.

Видео работы драйвера в моём старом 3D принтере. Здесь трёхамперный NEMA 17 бодро гоняет подогреваемую рабочую площадку принтера размером 45 х 25 см через шестнадцатимиллиметровый шпиндель длиной 60 см:

Финальное фото: самодельные драйвера на своём рабочем месте в моём новом 3D принтере.

Публикуется под лицензией WTFPL

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector