Как подключить шаговый двигатель с 6 выводами – Как подключить шаговый двигатель

Содержание

Подключение униполярного шагового двигателя

Добавлено в закладки: 0

Доброго времени суток!

Шаговый униполярный двигатель nema 23 57HM56-2006 имеет шесть выводов, и что бы подключить его к RAMPS 1.4 или любой другой плате нам потребуется переделать его из униполярного в биполярный.

 

Шаговый униполярный двигатель NEMA 23 57HM56-2006 имеет ток 2 А. Обычный  драйвер ШД A4988 годится, но с ним двигатель не будет выдавать заявленных 10 кг момент, поэтому я буду использовать драйвер ШД TB6600 и плату MKS CD 57/86, что бы подключить его к ramps.

Немного теории

Биполярный двигатель имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля должна переполюсовываться драйвером. Для такого типа двигателя требуется мостовой драйвер, или полумостовой с двухполярным питанием. Всего биполярный двигатель имеет две обмотки и, соответственно, четыре вывода.

Униполярный двигатель также имеет одну обмотку в каждой фазе, но от середины обмотки сделан отвод. Это позволяет изменять направление магнитного поля, создаваемого обмоткой, простым переключением половинок обмотки. При этом существенно упрощается схема драйвера. Драйвер должен иметь только 4 простых ключа. Таким образом, в униполярном двигателе используется другой способ изменения направления магнитного поля. Средние выводы обмоток могут быть объединены внутри двигателя, поэтому такой двигатель может иметь 5 или 6 выводов. Иногда униполярные двигатели имеют раздельные 4 обмотки, по этой причине их ошибочно называют 4-х фазными двигателями. Каждая обмотка имеет отдельные выводы, поэтому всего выводов 8. При соответствующем соединении обмоток такой двигатель можно использовать как униполярный или как биполярный. Униполярный двигатель с двумя обмотками и отводами тоже можно использовать в биполярном режиме, если отводы оставить неподключенными.

Если сравнивать между собой биполярный и униполярный двигатели, то биполярный имеет более высокую удельную мощность. При одних и тех же размерах биполярные двигатели обеспечивают больший момент.

На схеме ниже показаны два двигателя. Слева униполярный, 6 выводов. Справа биполярный, 4 вывода.

Аналогичная схема ниже, но у же с буквенным обозначением выводов.
Слева биполярный, справа униполярный двигатель.

                                             

Исходя из схем выше, возможно два варианта переделки униполярного двигателя в биполярный двигатель.

Для наглядности этого процесса, мы собрали для Вас тестовый стенд, который включает в себя: ramps 1.4, arduino mega 2560, Драйвер шагового двигателя TB6600, плата МКС CD 57/86 для внешнего драйвера ШД TB6600, LCD Display 2004, шаговый двигатель  Nema 23 57HM56-2006.

1) Первый вариант. Подключаем двигатель к драйверу не используя центральные выводы в обмотках, то есть желтый и белый. Таким способом подключения мы получим высокий момент.

                                                 

Пошаговая инструкция для чайников

1) Устанавливаем плату MKS CD 57/86 в штатный разъем ramps 1.4 для шагового драйвера, соблюдая полярность.

2) Подключаем драйвер шагового двигателя TB6600 к плате MKS CD 57/86 кабелем с разъемом PH-4 и PH-4.

3) Подключаем шаговый двигатель NEMA 23 57HM56-2006 к драйверу ШД TB6600. Зеленый провод в разъём 1A, черный в разъём 1B, красный в разъём 2A, синий в разъём 2B. Желтый и белый провода лучше заизолировать, чтоб лишний раз с бубном не прыгать.

4) Подключаем питание от 8-45 В к драйверу шагового двигателя TB6600.

Предыдущие четыре шага на фото ниже.

Подключаем LSD дисплей и питание к ramps 1.4.

Запускаем двигатель и радуемся результату.

 

2) Второй вариант. Подключаем двигатель к драйверу не используя крайние выводы в обмотках, то есть черный и синий. Таким способом подключения мы получим высокую приемистость.

                                                

Пошаговая инструкция уже для опытных мейкеров.

1) Устанавливаем плату MKS CD 57/86 в штатный разъем ramps 1.4 для шагового драйвера, соблюдая полярность.

2) Подключаем драйвер шагового двигателя TB6600 к плате MKS CD 57/86 кабелем с разъемом PH-4 и PH-4.

3) Подключаем шаговый двигатель NEMA 23 57HM56-2006 к драйверу ШД TB6600. Зеленый провод в разъём 1A, желтый в разъём 1B, белый в разъём 2A, красный в разъём 2B. Черный и синий провода лучше заизолировать, не ну если Вам нравится прыгать с бубном то не делайте этого.

4) Подключаем питание от 8-45 В к драйверу шагового двигателя TB6600.

Предыдущие четыре шага на фото ниже.

Подключаем LSD дисплей и питание к ramps 1.4.

 

Таким образом, подключить униполярный шаговый двигатель к ramps 1.4 не так уж и сложно, достаточно немного знать теории и быть внимательным. Надеюсь, что теперь Вам помощь бубна в этой теме не потребуется.

Ссылки на компоненты из статьи:

1. Шаговый двигатель nema 23 57HM56-2006
2. Драйвер шагового двигателя TB6600;
3. Шилд (надстройка) RAMPS 1.4;
4. Плата управления arduino mega 2560;
5. Плата МКС CD 57/86 для внешнего драйвера;
6. LCD Display 2004 RAMPS 1.4.

С уважением, Zona-3D.ru

3deshnik.ru

Биполярные и униполярные шаговые двигатели

Современные шаговые двигатели, гибридые либо ШД на постоянных магнитах,  как правило, производятся с двумя обмотками (4 вывода), с двумя обмоткми и центральными отводами (6 либо 5 выводов) и с четырьмя обмотками (8-ми выводные ШД). Биполярные двигатели имеют две обмотки и, соответственно, четыре вывода. Униполярные двигатели также имеют две по обмотки, но у каждой из них есть центральный отвод, что позволяет использовать для управления двигателем простой униполярный драйвер (т. е. переключать направление магнитного поля, создаваемого обмотками двигателя переполюсовкой половин обмоток двигателя). Иногда средние отводы могут быть объединены внутри двигателя, такой двигатель может иметь 6 или 5 выводов. В силу простоты униполярной схемы управления эти двигатели находят широкое применение в самых различнх областях промышленности.

Однако большинство драйверов предназначено для управления биполярными двигателями. При тех же габаритах  биполярный шаговый двигатель обеспечивает больший момент по сравнению с униполярным.

Каким образом можно подключить 6-ти или 8-ми выводной мотор к биполярной системе управления и как при этом изменяются электрические характеристики двигателя?


6-ти выводные шаговые двигатели

Для подключения 6-ти выводного шагового двигателя к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из двух способов — униполярное либо биполярное подключение обмоток двигателя.

Униполярное подключение

Если требуется вращать двигатель на средних и высоких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — использовать центральный отвод.

Электрические характеристики двигателя — ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. — в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

Биполярное подключение

Если требуется вращать двигатель на низких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — биполярное.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток — 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — Iуниполяр.2 * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится Iбиполяр.* 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому I

униполяр.2 * R = Iбиполяр.2 * 2* R, откуда

Iбиполяр.=  Iуниполяр. / √2, т.е.

Iбиполяр.= 0.707 * Iуниполяр.

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

Tбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

Итак, характеристики ШД будут такими:

Параметр Значение
Ток обмотки, А I
биполяр.
= 0.707 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, Ом Rбиполяр. = 2 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГн Lбиполяр. = Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×см Tбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

8-ми выводные шаговые двигатели

Для подключения 8-ми выводного шагового двигателя (то есть двигателя с четырьмя обмотками) к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из трех способов — униполярное, последовательное либо параллельное подключение обмоток двигателя.

Униполярное подключение

 

 

Если требуется вращать двигатель на средних скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — использовать лишь две из четырех обмоток.

Электрические характеристики двигателя — ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. — в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

Биполярное последовательное подключение

Наиболее эффективно для низкоскоростного диапазона рабочих скоростей двигателя.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток — 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — Iуниполяр.2 * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится Iпослед.* 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр.2 * R = Iпослед.2 * 2* R, откуда

Iпослед.=  Iуниполяр. / √2, т.е.

Iпослед.= 0.707 * Iуниполяр.

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

Tпослед. = 1.4 * Tуниполяр.

Итак, характеристики ШД будут такими:

Параметр Значение
Ток обмотки, А Iбиполяр.= 0.707 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, Ом Rбиполяр. = 2 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГн Lбиполяр. = Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×см Tбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

Биполярное параллельное подключение

Наиболее эффективно использование параллельного включения обмоток для высоких скоростей.

При таком типе подключения нужно увеличить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при параллельном включении обмоток требуемый ток — 2.8 А, то есть в 1.4 раза больше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При параллельном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки уменьшаетсяв два раза (0.5 R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — Iуниполяр.2 * R

При параллельнном включении обмоток потребляемая мощность становится 0.5 * Iбиполяр.* R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр.2 * R = 0.5 * Iбиполяр. 2 * R, откуда Iбиполяр..=  Iуниполяр. /√2, т.е.

Iбиполяр.= 1.4 * Iуниполяр.

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением величины тока, пропускаемого через обмотки. Но так как ток увеличился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

Tбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

Итак, характеристики ШД будут такими:

Параметр Значение
Ток обмотки, А Iбиполяр.= 1.4 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, Ом Rбиполяр.. = 0.5 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГн Lбиполяр.. = 4 * Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×см Tбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

Пример: параметры ШД FL60STH86-2008AF для различных подключений

Параметр униполярное параллельное последовательное
Ток/ фаза, А 2 2.8 1.4
Сопротивление обмотки, Ом 1.5 0.75 3
Индуктивность обмотки, мГн 3 1.5 6
Крутящий момент, кг×см 22 кг х см 31 кг х см 31 кг х см
Преимущества / недостатки Средний момент при среднем энергопотреблении Высокий момент при высоком потреблении тока Высокий момент на низких скоростях при низком энергопотреблении
Максимальная эффективность средний скоростной диапазон высокоскоростной диапазон низкоскоростной диапазон

Общий характер изменения динамических характеристик ШД в зависимости от типа подклюяения

www.npoatom.ru

Шаговый двигатель 6 проводов подключение ардуино. Как подключить шаговый двигатель к Arduino Uno

Этой публикацией я начинаю цикл уроков об управлении шаговыми двигателями в системе Ардуино. Первый урок посвящен подключению к Ардуино униполярных шаговых двигателей.

Шаговый двигатель – уникальное электромеханическое устройство, которое объединяет в себе двигатель и позиционирующее устройство без обратной связи. Применение шаговых двигателей значительно упрощает механическую конструкцию любого оборудования. Они просто незаменимы в самых разных областях машиностроения: в станках с ЧПУ, робототехнике, в промышленном оборудовании…

Предполагается, что читатель хорошо знаком с принципом действия и способами управления шаговыми двигателями, с терминологией в этой области. Если нет, то внимательно прочитайте . В ней о шаговых двигателях рассказывается предельно просто.

Шаговый двигатель не может быть подключен непосредственно к выводам микроконтроллера. Недостаточно нагрузочной способности по току и напряжению на выходах микроконтроллера. Необходимо использовать усилитель управляющих сигналов – драйвер. О драйверах шаговых двигателей подробно написано по . Я повторю необходимую информацию.

Для управления униполярным шаговым двигателем достаточно 4 ключей, коммутирующих 4 обмотки на землю. Я приведу две практические схемы униполярных драйверов: на биполярных транзисторах и MOSFET транзисторах.

Схема драйвера униполярного шагового двигателя на биполярных транзисторах выглядит так.


Драйвер позволяет коммутировать нагрузки с токами до 2 А и напряжением до 60 В.

Намного предпочтительнее использовать в драйвере MOSFET транзисторы.


Схема собрана на MOSFET транзисторах IRF7313 () со следующими параметрами:

  • предельно допустимый ток 6,5 А;
  • максимальное напряжение 30 В;
  • сопротивление открытого транзистора 0,029 Ом;
  • пороговое напряжение затвора 1 В;
  • исполнение – миниатюрный корпус SO-8;
  • в корпусе два транзистора.

Драйвер униполярного двигателя, выполненный на MOSFET транзисторах имеет значительные преимущества перед аналогичным устройством на биполярных транзисторах:

  • не требует радиаторов охлаждения транзисторов;
  • имеет очень низкие потери в открытых ключах;
  • имеет малые габариты;
  • используется всего два корпуса по 8 выводов.

В обеих схемах ключи управляются непосредственно от выводов микроконтроллера логическими уровнями CMOS (0 / +5 В). Высокий уровень сигнала открывает ключ, и через обмотку двигателя течет ток. Диоды защищают ключи от выбросов напряжения при коммутации.

На схемах п

tattooe.ru

Принцип работы и управления униполярного шагового двигателя

Шаговым двигателем называют электромеханическое устройство, преобразующее электрические сигналы в дискретные угловые перемещения вала. Применение шаговых двигателей позволяет рабочим органам машин совершать строго дозированные перемещения с фиксацией своего положения в конце движения.

Применяются в станках с ЧПУ, робототехнике, где требуется дискретные движения, фиксация положения и небольшая скорость.

Отличие и разновидности шаговых двигателей

По принципу работы они ближе к двигателям постоянного тока. Конструкция электродвигателей постоянно совершенствуется для уменьшения трудозатрат при изготовлении, повышения КПД и увеличения количество оборотов. У них по сравнению с двигателем постоянного тока нет щёток, коллектора, а обмотки с меньшим количеством витков.

Среди первых двигателей был создан миниатюрный двигатель для ручных часов и назван в честь французского инженера Мариус Лавета. Статор расцеплен на краях или в районе ротора имеет небольшие сужения. Ротор диаметром 1.5 мм, магнитный на основе кобальта. Одна обмотка в один ряд питание 1.5 вольта. Угол поворота 90 градусов.

Моторчик лавета применяется также и в медицине для перекачки различной жидкости, а также часто используется в миксерах и блендерах.

В последнее время ведутся разработки пьезоэлектрических двигателей с использованием пьезомагнитного эффекта и применяя в конструкции ферромагнитные материалы. Совершенствуются линейные электродвигатели, у которых вал не вращается, а совершает линейные движения. Для оборудования точной механики российские производители выпускают двигатели с маркировкой серии:

  1. ДШ.
  2. ДШР.
  3. ДШГ.
  4. ДШЛ.
  5. ШД.
  6. ДШЭ

В производстве их участвуют такие предприятия, как НПО «АТОМ», ZETEK, компания Электропривод, Stepmotor, Вексон, НПО РИФ, Саратовский эл. механический, корпорация ВНИИЭМ, ЗАО Уралэлектромаш, АРК «Энергосервис». Производством ШД FL 203, FL 28, FL 57, 35 HS, 57 HS, 17 HD занимаются зарубежные фирмы: Fulling motor, Autonics, Motionking YUHA motor, Jlangsu, Phytron и другие. Ассортимент выпускаемых ШД разнообразный: по типоразмерам, мощности, со встроенным редуктором и платой управления.

Конструкция и принцип работы

Шаговый двигатель состоит из статора и вращающегося ротора. Сердечник статора выполнен в виде набора листов электротехнической стали (штампованных). Это уменьшает вихревые токи и соответственно нагрев. Статор по окружности разбит на 4.6.8 продольных пазов. Применяется и больше. На выступах между пазами располагаются обмотки в виде катушек. Количество пазов соответствует количеству полюсов двигателя. Чем больше полюсов, тем меньше угол поворота ротора, то есть шаг.

Ротор состоит из одного или двух постоянных магнитов, с торцов, металлические пластины которого закреплены с зубьями. При этом плюса S и N постоянного магнита разбиваются на n полюсов, что соответствует количеству зубьев. Это также влияет на величину шага вращения. По конструкции ШД выпускаются трёх типов в зависимости от конструкции ротора:

  • реактивный;
  • ротор из постоянного магнита;
  • гибридный.

Реактивный — ротор выполнен из ферромагнитного материала с продольными пазами, полюсами. Он используется редко, только для выполнения простых задач. В основном из-за того, что у него нет стопорящего момента. Гибридный — ротор изготовлен из двух половинок ферромагнитного материала, с продольными пазами и между ними расположен постоянный магнит. Пазы половинок относительно друг друга, сдвинуты на небольшой угол, для понижения шага. Они чаще всего применяются.

При подаче импульсного напряжения на обмотку статора образуется электромагнитное поле. Взаимодействуя, с ближайшим полюсом постоянного магнита создаётся крутящий момент. Вал двигателя поворачивается на определённый угол. Угол поворота в основном зависит от количества полюсов ротора.

Такой двигатель и будет называться шаговым. Благодаря небольшим размерам ШД серии Em 422 применяется в матричных принтерах.

Методы управления фазами

Управление в основном зависит от количества полюсов и конфигурации обмоток статора. ШД выпускаются в основном со следующими обмотками:

  1. Две обмотки с 4 выводами.
  2. Две обмотки с 6 проводами со средним выводом.
  3. Четыре обмотки — 8 выводов.

Управлять можно двумя методами, использовать однополярное напряжение — униполярное или двухполярное — биполярное. Униполярный шаговый двигатель имеет 4 полюса и 2 обмотки. У четырехфазного каждая обмотка разделена пополам и располагается на противоположных полюсах. Вращение осуществляется поочерёдной подачей напряжения на обмотки. При 6 выводах или 5 тоже 2 обмотки, но с отводом от середины. Обычно средние выводы катушки соединяются вместе на минусовой провод, а плюсовой через управляемые ключи подаётся на обмотки.

Двигатели с биполярным управлением имеют 4 обмотки, по 2 на каждую фазу. Управление происходит при смене полярности обмотки. При таком управлении усложняется схема подключения шагового двигателя, но крутящий момент при этом получается больше. Основные характеристики — напряжение питания, потребляемый ток фазы, шаг, мощность и размер фланца. Посадочные места стандартизированы и указываются как, например, Nema 23. Это соответствует расстоянию между отверстиями под крепление 57 мм.

Способы управления шаговым двигателем

Применение ШД в станках с ЧПУ конкурирует только с сервоприводами, например, в эрозионных станках или принтерах, они даже превосходят их по своим техническим возможностям, себестоимости и простым схемам управления. Управление можно осуществлять на цифровых микросхемах, специализированных — А3977, на программированной PIC16, через ключи или драйверы SMSD 1.5.

Большинство драйверов управляются компьютером через порты RS-232, USB и LPT. Они вырабатывают сигналы управления: шаг, направление, разрешение и обеспечивают дробление шага на ½ до 1/32 и работают с программами: MACh4, KCam, DeskCNC, Turbocnc и другими. Кабелем подключить двигатель к драйверу согласно описанию. Изучив работу программы, запустить в работу несложно. Для включения используется напряжение от 5 вольт до 48 вольт. Исключения составляют двигатели на 220/110 вольт.

Микрошаговый режим привода

Основное время работы ШД происходит в пошаговом или полушаговом режиме, а при пуске и остановке желательно использовать микрошаговый режим для точной фиксации. Пошаговый режим определён конструкцией и импульсным управлением. При микрошаговой работе на обмотки подаются синусоидальные напряжения с нужным сдвигом фаз.

Ротор фиксируется при определённом соотношении фаз токов в обмотках. Расчёт точки равновесия произвести по формуле x = S *pi/2*arctg a/b где:

  • a — момент, создаваемый первой фазой и b — второй фазой;
  • x — точка равновесия ротора или микрошаг в радианах;
  • S — угол шага.

А также надо учитывать максимальную частоту управляющего сигнала, при которой нет потери или добавления лишнего шага в процессе работы. Она является основным показателем переходного режима шагового двигателя и обозначается в характеристиках, как частота приёмистости двигателя.

В процессе эксплуатации необходимо следить за чистотой вокруг привода и не допускать попадания металлической стружки, возможен выход из строя ШД. Найти способ защитить привод. Ремонт аналогичен ремонту коллекторного двигателя, требует аккуратности.

После разборки взять и продуть сжатым воздухом статор и ветошью протереть ротор. Проверить отсутствие биения подшипников.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

chebo.pro

Как подключить шаговый двигатель nema схема

Шаговый двигатель является уникальным типом двигателя постоянного тока, который вращается с фиксированными шагами определенного количества градусов. Размер шага может варьироваться от 0,9 до 90 °. Он состоит из ротора и статора. В данном примере ротор представляет из себя постоянный магнит, а статор состоит из электромагнитов (полюсов полюсов). Ротор будет перемещаться (или шагать), чтобы выровняться с помощью возбужденного магнитного поля. Если полюсные магниты находятся под напряжением один за другим вокруг круга, двигатель можно заставить двигаться в полном круге. Шаговые двигатели особенно полезны в приложениях управления, поскольку контроллер может знать точное положение вала двигателя без необходимости использования датчиков положения. Это делается путем простого подсчета количества шагов, взятых из известной ссылочной позиции. Размер шага определяется числом полюсов ротора и статора. • Нет кумулятивной ошибки (ошибка угла не увеличивается, независимо от количества шагов). Фактически, большинство систем шаговых двигателей работают с разомкнутым контуром, то есть контроллер посылает двигателю определенное количество ступенчатых команд и предполагает, что двигатель идет в нужное место. Общим примером является расположение головки чтения / записи на гибком диске. • Степперы имеют низкую скорость и поэтому часто используются без передач. Типичный блок, приводимый в действие с частотой 500 импульсов в секунду, вращается только со скоростью 150 об / мин. • Шаговые двигатели могут легко управляться, чтобы вращаться со скоростью 1 об / мин или с полной точностью.

Шаговые двигатели состоят из индуктивных катушек и при питании обеспечивают значительный ток через катушки.


 В результате отсоединение или подключение катушки индуктивности с током может привести к высоким напряжениям. Это может привести к повреждению драйвера шагового двигателя. Важно, чтобы драйверы отключились перед подключением или отключением двигателей. Также важно обеспечить надежную связь проводки двигателя с контроллером и любыми межсоединениями, чтобы провода не могли отсоединиться от вибрации и повредить шаговому двигателю. При замене полярности одной из катушек будет изменено направление вращения шагового двигателя. Если двигатель вращается в противоположном направлении, то в нужном направлении отключите питание от драйвера и поменяйте провода двигателя на клемме A + с проводами двигателя в клемме A-. Каждый драйвер шагового двигателя имеет диапазон напряжения питания. Более высокие напряжения обеспечивают более высокие максимальные скорости от вашего шагового двигателя, но максимальное напряжение, приложенное к контроллеру, должно быть немного ниже максимального. Когда шаговый двигатель замедляется, он действует как генератор. Это напряжение добавляет напряжения от источника питания и может превышать максимальные пики тока. В общем случае должен быть установлен ток драйвера (в RMS усилителя) для коррекции текущей работы шагового двигателя. В случае, когда драйверы имеют последовательные интерфейсы (полностью цифровые и антирезонансные драйверы), программное обеспечение Windows можно затем использовать для точного определения тока, чем физические переключатели драйвера.

Для уменьшения нагрева шагового двигателя можно уменьшить ток привода.

Шаговые двигатели могут работать и нагретыми; От 50 до 80 ° C , что не является чем-то необычным, хотя это может быть неприемлемо, если моторы подвергаются воздействию, когда люди могут их трогать. Большинство драйверов имеют настройку, которая позволяет уменьшить ток двигателя, когда двигатель находится в состоянии покоя. Обычно это можно включить, отключив переключатель. Обычно эта конфигурация рекомендуется.

У антирезонансных драйверов есть настройка петли тока и настройка петли положения. Токовый контур может быть автоматически настроен путем включения и выключения четвертого переключателя. Вы услышите, как мотор совершает короткий восходящий шум, когда контролеер настраивает текущий контур. Настройка петли положения для антирезонансного драйвера требует, чтобы двигатель был установлен в машине, так как на физические резонансы будет влиять на жесткость крепления и нагрузку машины.

В руководствах контроллера описывается, как настроить петлю положения, но процесс немного искусственный. Без настройки, контролеер будет по крайней мере так же хорош, как чистый синусоидальный драйвер. Все наши драйверы — это микрошаговые драйверы. Эти драйверы обеспечивают более высокую точность и плавное движение, чем шаговый двигатель с шагом 1,8 шага. Более высокие разрешения микростара приведут к более точному и плавному перемещению, но требуют более высокой частоты от вашего контроллера (например, ПК, работающего на Mach4), для вращения двигателей. Существует верхний предел частоты, с которой вы можете выйти из параллельного порта ПК (который зависит от вашего ПК, операционной системы и программного обеспечения). Мы рекомендуем начинать с разрешения микрошага 1600 шагов за оборот. Это может быть скорректировано для более тонкого движения или вниз для достижения более высоких скоростей.

FL39STh48-0806B MOT-116 представляет собой двухвальный двигатель NEMA17.

Имеет фиксирующий крутящий момент 2,0 кг · см (0,196 Н · м или 28 унций). Выходной вал ⌀ 5 мм круглый. Двигатель потребляет 0,8 А на фазу. Обратите внимание, что для подключения 6-проводного шагового двигателя 2 центральных ответвителя остаются незащищенными. Мы рекомендуем использовать ленту или герметизировать провод для предотвращения нежелательных коротких замыканий.РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ДРАЙВЕРЫ Рекомендуемым драйвером для этих двигателей является SMC-010 (DM422C). Этот драйвер обычно питается от источника питания 24 В постоянного тока.

FL42STh57-1684B MOT-121 — двигатель с двумя валами NEMA17.

Имеет фиксирующий крутящий момент 4,4 кг · см (0,431 Н · м или 61 унция). Выходной вал ⌀5 мм круглый. Двигатель потребляет 1,68 А на фазу.

РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ДРАЙВЕРЫ
Типичные характеристики напряжения SMC-003: M542 Драйвер для токовой резки 36 В постоянного тока SMC-040: MX3660 48-вольтовый трехосный драйвер

FL57STH51-2804A MOT-123 — это один вал, 4-проводный двигатель NEMA23.

Имеет фиксирующий момент 10,1 кг. (0,99 Нм или 140 унций). Выходной вал равен 6,35 мм. Этот двигатель потребляет 2,8 А на фазу.

FL57STH76-2804B MOT-125 — двигатель с двумя валами NEMA23.

Имеет фиксирующий момент 18,9 кг (1,85 Нм или 262 унции). Выходной вал равен 6,35 мм. Этот двигатель потребляет 2,8 А на фазу.

FL60STH86-2008BF MOT-128 — наш самый популярный шаговый двигатель.

8-проводный двигатель, что означает, что он может быть подключен несколькими способами. Обычно рекомендуется прокладывать катушки двигателя параллельно, так как это приводит к увеличению крутящего момента на более высокой скорости (за счет небольшого крутящего момента при малой скорости). В этой конфигурации двигатель имеет номинальный ток катушки 2,8 А. Имеет фиксирующий момент 31 кг.см (3,04 Нм или 430 унций). Выходной вал ⌀6.35 мм с плоским.

FL86STH80-5504B шаговый мотор

MOT-130 и MOT-131 — это тот же двигатель с различными конфигурациями валов. MOT-130 имеет передний и задний валы. MOT-131 — единственный вал. Передний вал на обоих моторах составляет ⌀12,7 мм с плоским. Оба имеют фиксирующий момент 46 кг.см (4,51 Нм или 638 унций). Оба двигателя потребляют 5,5 А на фазу. См. Раздел MOT-131 для рекомендуемых драйверов и настроек переключателя.

FL86STH80-5504A рекомендуемые драйверы.

Рекомендуемым драйвером для этих двигателей является SMC-033 (EM806). Этот драйвер обычно питается от источника питания 48 В постоянного тока.

FL86STh218-6004B представляет собой четырехпроводный двухступенчатый шаговый двигатель NEMA32.

Имеет фиксирующий момент 87 кг.см (8,5 Нм или 1208 озинов). MOT-132 имеет диаметр переднего вала диаметром 12,7 мм с шпоночным пазом, а задний вал диаметром 12,7 мм круглый. MOT-132 рисует 6 А на фазу.Рекомендуемым драйвером для этих двигателей является SMC-033 (EM806). Этот драйвер обычно питается от источника питания 48 В постоянного тока.

FL86STh256-6204B MOT-135 представляет собой четырехпроводный двухступенчатый шаговый двигатель NEMA32

Имеет фиксирующий момент 122 кгс (11,96 Нм или 1694 унции). MOT-135 имеет диаметр переднего вала диаметром 15,875 мм со шпоночным пазом, а задний вал диаметром 12 мм. MOT-135 потребляет 6,2 А на фазу.
Рекомендуемым драйвером для этих двигателей является SMC-033 (EM806). Этот драйвер обычно питается от источника питания 48 В постоянного тока.
 Проводка для комплектов, состоящих из шаговых приводов дифференциального ввода и одного источника питания, включающего все 3 двигателя и приводы. Применяется к наборам CNC-0421

Подключение для комплектов, состоящих из шаговых приводов дифференциального ввода и с использованием конфигурации с двумя источниками питания. Применяется к наборам CNC-0441, CNC-0442, CNC-0443, CNC0461, CNC-0462, CNC-0463, CNC-0481, CNC-0482, CNC-0483 и CNC-050.Подключение для комплектов, состоящих из шаговых приводов дифференциального ввода и использования независимого источника питания на ось. Применяется к наборам CNC-052 и CNC-054.Подключение для комплектов, состоящих из односторонних входных шаговых приводов и одного источника питания, включающего все 3 двигателя и приводы. Применяется к наборам CNC-040.Проводка для комплектов, в которых используется драйвер Axis SMC-040 (MX3660). Применяется к наборам CNC-0422, CNC-0444, CNC-0464 и CNC-0484.Обложки VFD, концевых выключателей и разъемов E-Stop для комплектов для SMC-040 (MX3660). Применяется к наборам CNC-0422, CNC-0444, CNC-0464 и CNC-0484пример показывает выходную проводку для управления реле для комплектов с использованием SMC-040 (MX3660). Применяется к наборам CNC-0422, CNC-0444, CNC-0464 и CNC-0484.Подключение дополнительной 4-й оси с использованием независимого источника питания.Подключение дополнительной 4-й оси с использованием существующего источника питания. Убедитесь, что существующий источник питания достаточно способен управлять шаговым приводом 4-й оси и шаговым двигателем. Повреждение может быть результатом неправильной настройки.Обложка типичной проводки концевого выключателя для нашего контроллера CNC KTx-205.Подключение для адаптации 2 шаговых двигателей к одной оси. Рекомендуется для осей более 1,5 м
Что такое шаговый двигатель

tmdl.ru

Шаговый двигатель для ЧПУ | Техника и человек

Шаговые электродвигатели можно встретить в устройстве автомобильных приборных панелей, принтеров, приводов CD-дисков, электрических инструментов, в общем – везде, где необходима повышенная точность позиционирования. Но наибольшую известность ШД получил в станках с ЧПУ.

Но почему этот механизм именуется именно так – «шаговый двигатель»? Если описывать его в двух словах, то он представляет собой бесщеточный синхронный мотор с несколькими проволочными обмотками. Электрический ток подается в одну из обмоток статора (неподвижного элемента) и таким образом фиксирует ротор (подвижную часть) в определенной позиции. Затем ток поступает в другую обмотку и ротор совершает новое движение. Такая последовательная смена позиции именуется «шаг». И именно благодаря этому принципу работы Шаговый Электродвигатель получил свое название.

Устройство и виды ШД

На сегодняшний день различают три основных типа шаговых двигателей:

  1. С переменным магнитным сопротивлением. Устройство таких моторов предполагает наличие нескольких полюсов на статичном элементе. Ротор в данном виде ШД обладает зубчатой формой и создается он из не жесткого материала, к тому же при этом сам не является намагниченным. Если мы в качестве примера рассмотрим мотор с переме
    нным сопротивлением, в котором статор будет шести-полюсным, а конструкция ротора состоит из четырех зубцов, то количество независимых обмоток в таком двигателе составит 3 штуки. Каждая из них наматывается на два противоположных статорных полюса. Размер одного шага такого мотора составит 30 градусов.
  2. ШД с постоянными магнитами. Как мы можем заключить из названия, в роторе такого двигателя обязательно применяются постоянные магниты. Полюсы располагаются параллельно моторной оси и обладают прямолинейной формой. Намагниченность ротора позволяет обеспечить более мощный магнитный поток. По этой причине, крутящий момент будет на порядок выше, чем в ШД с переменным сопротивлением. Обычно величина шага двигателя с постоянными магнитами варьируется в диапазоне 7,5-15 градусов. А количество шагов на один оборот, в зависимости от модели, может составлять 24-48.
  3. Шаговые двигатели гибридного типа. При изобретении таких моторов делался упор на то, чтобы максимально эффективно сочетать в одном устройстве достоинства двух описанных выше видов ШД. Зубцы в роторе гибридного двигателя установлены в осевом направлении. Это позволяет обеспечить более высокую скорость, сократить величину шага и увеличить крутящий момент. В большинстве гибридных ШД число шагов за один оборот составляет от 100 до 400. При этом, угол одного шага – всего 0,9-3,6 градусов. Для снижения скачкообразности движения ротора используется особый режим микрошагов. Самый распространенный представитель данного вида — это биполярный шаговый двигатель nema.

Следует отметить, что микрошаг возможен только в гибридных ШД. Каждый микрошаг осуществляется посредством независимого управления обмотками. При помощи управления соотношением токов ротор может фиксироваться даже на промежуточном участке между двумя соседствующими шагами. Это повышает плавность вращения подвижного элемента и позволяет добиться оптимальной точности позиционирования. Количество шагов в этом режиме может достигать даже 51 200 за один оборот.

Многие любители задаются вопросом: почему выбрана именно зубчатая форма ротора? Ответ прост: в целях получения периодической зависимости обмотки статора от углового положения ротора. Зазор между пазами делается намного большим, чем между зубцами. Это позволяет обеспечить более низкую магнитную проводимость зазоров относительно удельной проводимости зубцов. В противном случае, шаговый двигатель просто не смог бы функционировать. Очевидно, что именно совокупность всех его конструктивных особенностей, а также форм и состава элементов позволяют ШД быть полноценным механизмом, а не просто куском металла.

Кроме того, в зависимости от типа обмоток, ШД подразделяют на:

  • биполярные. Они обладают по одной обмотке для каждой фазы. Изменение направления магнитного поля в них обеспечивается посредством переплюсовки драйвером – двухполярным полумостовым или мостовым;
  • униполярные. Такой шаговый двигатель также обладает по одной обмотке в каждой из фаз, но при этом от середины любой отдельной обмотки делается отвод. Таким образом направление поля можно менять посредством переключения используемой половинки обмотки. Драйвер должен содержать лишь четыре ключа, так что он проще, чем в биполярном моторе.

Характеристики ШД

В технической документации к шаговым двигателям вы можете встретить такой перечень характеристик:

  1. Крутящий момент или момент вращения. Измеряется в килограмм-сила-сантиметрах. Часто к этому пункту прилагается график, в котором выражается зависимость вращательного момента от частоты вращения. Чем выше этот показатель, тем быстрее мотор набирает обороты при включении.
  2. Удерживающий момент. Он показывает, с какой силой статор может блокировать ротор, когда двигатель включен, но не запущен. То есть это параметр крутящего момента при нулевой скорости. По графику он снижается прямо пропорционально повышению скорости вращения. Измеряется данный показатель в унциях-на-дюйм. Удерживающий момент в мере, указанной производителем, мотор может продемонстрировать лишь в статическом режиме, при условии, что полный ток подается сразу в две фазы.
  3. Тормозящий момент. Это величина силы, удерживающей ротор от вращения в условиях отсутствия подачи тока. То есть, сила фиксации ротора при выключении. Также его именуют стопорный момент. В гибридных ШД он составляет не более десятой части от величины силы, удерживающей ротор от проворачивания при полной подаче тока. Данная характеристика измеряется в тех же единицах, что и удерживающий момент.
  4. Номинальное напряжение. Этот показатель напрямую зависит от индуктивности обмоток и позволяет определить оптимальное напряжение, которое следует подавать в двигатель. Лучшее напряжение, подходящее для вашего ШД находится в диапазоне от 4 до 25 значений от номинального. Если вы превысите силу подаваемого тока, то мотор будет перегреваться, что приведет к его поломке. А если напряжения будет недостаточно, то он просто не запустится. Эта характеристика указывается в Вольтах. Для вычисления оптимальной силы тока используется специальная формула U = 32 x√ L, где L– это индуктивность обмотки, а U – искомое значение.
  5. Отдельно указывается результат проведения диэлектрических испытаний, в ходе которых было определено максимальное напряжение, которое способна выдержать обмотка в течение определенного отрезка времени. Этим показателем определяется прочность двигателя, то, насколько успешно он может сопротивляться перегрузкам.
  6. Момент инерции подвижной части мотора. Определяет скорость разгона ШД. Данная величина измеряется в грамм-квадратных сантиметрах.
  7. Количество шагов за один оборот (учитываются только полные шаги, половинчатые значения не берутся во внимание). Чем больше шагов, тем мощнее и быстрее двигатель.
  8. Длина и масса. Имеется в виду именно длина корпуса, без учета вала. А вот в параметре «вес» указывается общая масса изделия. От габаритов и массы зависит, в каких условиях может использоваться двигатель. В одних случаях нужен компактный мотор, а в других подойдет только более крупный и мощный.

Рассмотрим на примере шаговый двигатель nema. Двигатель PL57h51, что обозначает ширину-высоту (диаметр) по квадратному фланцу 57мм — PL57. Длина двигателя, без вала 41мм — h51. Крутящий, удерживающий и другие моменты двигателя больше зависят от диаметра, чем от длины двигателя.

Характеристики PL57h210

PL57h210L, мм131Индуктивность фазы, мГн6.0±20%
Угловой шаг, °1.8±5%Сопротивление фазы, Ом1.0±10%
Число фаз2Момент удержания,кгхсм28
Сопротивление изоляции, МОм100Момент инерции,г х см 2405
Температура окруж. среды, °С-20~40Масса, кг1.7
Рабочая температура, °С110 maxКоличество валов1
Ток фазы,А4Тип
Радиальное биение вала двигателя (нагрузка 450г.)Размер шпоночного паза, мм

Характеристики PL86h213

PL86h213L1 ±1, мм113Сопротивление фазы, Ом1.0±10%
L2±1, мм35Момент удержания, кг х см1″
L3 , мм14822700
Угловой шаг, °1.8±5%Количество валов1
Число фаз2Масса, кг3.5
Сопротивление изоляции, МОм100Радиальное биение вала двигателя (нагрузка 450г.)
Температура окруж. среды, °С-20-40
Рабочая температура, °С110 maxИндуктивность фазы, мГн6.3±20%
Ток фазы, А4.2

Подключение, драйверы и инкодеры

Как правило, управление шаговыми моторами осуществляется посредством специальных драйверов, подключаемых к LTP-порту компьютера. Драйвер принимает генерируемые программой сигналы и трансформируют их в команды двигателю, передаваемые посредством подачи тока на обмотки. Программное обеспечение может регулировать траекторию, величину, скорость и величину движения.

Драйвер является блоком управления шаговым двигателем. В станках ЧПУ управляющие сигналы формируются на ЧПУ контроллерах, поэтому к драйверу подключают 4 вывода шагового двигателя, управляющие провода с контроллера ЧПУ (обычно 4 провода) и питание + и — с блока питания. Сигналы с контроллера поступают в драйвер, где уже они управляют переключением ключей силовой схемы питающего напряжения, идущего с блока питания, через эти ключи на двигатель.

Подбирать драйвер следует по максимальному выдаваемому току нужного напряжения на выводы, для обмоток двигателя. Ток выдаваемый драйвером должен быть, либо таким же, какой будет потреблять двигатель, либо выше. На драйвере есть переключатели, с помощью которых можно выставить желаемые параметры выходного напряжения и не сжечь двигатель.

Порядок подключения шагового двигателя к общей цепи зависит от того, сколько проводов в вашем приводе и как именно вы хотите использовать ШД. Моделей существует очень много и ля каждой из них существует своя схема подключения. Количество проводов в двигателе может варьироваться в диапазоне от четырех до шести. Четырехпроводные моторы используются исключительно с биполярными механизмами.

Каждым двум обмоткам соответствует два провода. Чтобы определить необходимые пары и связь между ними, вам пригодится метр. Самыми мощными считаются шести-проводные двигатели. В них для каждой отдельной обмотки предусмотрен центр-кран и два провода. Такой ШД можно подключать и к биполярным, и к униполярным аппаратам. Вам понадобится специальный измерительный прибор, чтобы разделить провода. Для однополярных устройств используйте все шесть проводов. Для биполярных достаточно одного центрального крана и провода для одной обмотки.

Центр-кран это обыкновенный провод, который еще называют «средним» или «центральным». Он есть в некоторых видах шаговых двигателей. В униполярных двигателях для каждой обмотки предусмотрено три провода. Два из них предназначены для подключения к транзисторам. А средний, то есть центр-кран, необходимо подключать к источнику напряжения. То есть, если вам не нужно подключать транзисторы, вы можете просто проигнорировать два боковых провода.

Пяти-проводные ШД схожи с шести-проводными, однако в них центральные провода выведены в один общий кабель, вместе с остальными. Без разрывов вам не удастся разделить между собой обмотки. Лучше всего обнаружить средний провод и соединить его с другими проводниками – это будет эффективным и самым не опасным вариантом.

Часто с ШД используются и энкодеры. Они являются просто датчиками, задача которых заключается в подаче сигналов программному обеспечению. Многие специалисты считают, что в большинстве случаев сочетать шаговый двигатель с энкодерами не имеет смысла и является неэффективной тратой денег. Но если имеет место быть нелинейная зависимость движения от количества шагов, когда необходимо построить пятую координату, энкодер будет незаменим. Он поможет с большей легкостью отслеживать углы поворота стола, что сэкономит время, избавив от необходимости применять более сложные методы.

Сферы применения, плюсы и минусы

Особое распространение ШД получили в высокотехнологической и тяжелой промышленности. Благодаря тому, что они являются весьма недорогостоящими, а устроены они довольно просто, спрос на них не угасает даже в 21-м веке. Часто вы можете обнаружить их в станках ЧПУ, роботизированной технике, на устройствах автоматизации (подача, дозировка, механизмы автоматической сварки и сборки и так далее).

Особо популярны шаговые двигатели в конструкциях координаторных столов и станков ЧПУ. Благодаря низкой стоимости программного обеспечения, необходимого для их функционирования, ШД являются незаменимыми в производственном секторе, в панелях управления, программирования и постановки задач и в других элементах механизмов.

Шаговые двигатели часто используются периферийных элементах ЭВМ, печатных станках и приборах, фрезерных станках и чертежных автоматах, системах контроля и управления, перфораторах, считывателях лент.

С ШД по популярности конкурируют серводвигатели, которые могут выполнять аналогичные функции в тех же условиях, что и шаговые моторы.

Достоинства шаговых двигателей в сравнении с серводвигателями:

  1. Исправно функционируют при большом диапазоне нагрузок.
  2. Фиксированный угол поворота, стандартизированные размеры мотора.
  3. Невысокая стоимость.
  4. Простота установки и применения, надежность, долговечность.
  5. При слишком высоких оборотах двигатель не сгорает, а пропускает шаги.

Основные недостатки ШД по сравнению с серводвигателями:

  1. Низкий КПД. Высокое потребление энергии вне зависимости от нагрузки.
  2. Резкое снижение крутящего момента при увеличении частоты оборотов.
  3. При таких размерах и массе мощность ниже ожидаемой.
  4. В процессе работы мотор сильно нагревается.
  5. Высокий уровень шума на высокой и средней частотах.

zewerok.ru