Site Loader

Содержание

Система управления шаговым двигателем ZETLAB

В современном мире всё большую роль играет автоматизация процессов. Для этого необходимо преобразовывать сигналы управления в механические движения. Одним из способов достижения данной цели является использование шаговых двигателей.

Шаговый двигатель — это электромеханичское устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения.

Преимущества применения шаговых двигателей

  • угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель;
  • если обмотки запитаны, то двигатель в режиме остановки обеспечивает полный момент;
  • хорошие шаговые двигатели обеспечивают точность 3-5% от величины шага, при этом ошибка не накапливается от шага к шагу;
  • возможность быстрого старта/остановки/реверсирования;
  • высокая надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников;
  • однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи;
  • возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора;
  • может быть перекрыт довольно большой диапазон скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов.

Недостатки применения шаговых двигателей

  • шаговым двигателем присуще явление резонанса;
  • из-за работы без обратной связи возможна потеря контроля положения, поэтому рекомендуется дополнять системы управления шаговым двигателем энкодером;
  • потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки;
  • затруднена работа на высоких скоростях;
  • невысокая удельная мощность;
  • относительно сложная схема управления.

Применение шаговых двигателей:

  • приводы осей координатных столов и манипуляторов;
  • системы линейного перемещения;
  • упаковочные и конвейерное оборудование;
  • оборудование для текстильного и пищевого производств;
  • полиграфическое оборудование;
  • устройство подачи, дозирования;
  • сварочные автоматы.

Принцип работы шагового двигателя

Основной принцип работы шагового двигателя заключается в следующем — двухполюсный ротор электродвигателя, сделанный из специальной магнитомягкой стали, располагается в четырехполюсном статоре. Первая полюсная пара сделана из магнитов (постоянных), на второй паре имеется обмотка управления шаговым электродвигателем. В то время, когда ток в обмотках управления отсутствует, ротор двигателя располагается вдоль магнитов и стабильно удерживается с некоторым усилием (зависящее от силы магнитного потока).

Как только осуществляется подача напряжения (постоянного) на обмотку управления шаговым электродвигателем, появляется магнитный поток, что больший магнитного потока имеющихся постоянных магнитов. Под воздействием усилия (электромагнитного) ротор начинает менять угол, стараясь войти в положение соосное с полюсами обмотки управления. Последующий импульс управления полностью отключает электрическое напряжение с обмотки управления. Вследствие этого ротор движка движется под воздействием магнитного потока магнитов.

В данной работе описывается алгоритм управления шаговыми двигателями двухфазного (биполярного) и четырёхфазного (униполярного) типа с помощью модуля управления шаговым двигателем с интерфейсом CAN ZET 7160-S StepMotor-CAN или интерфейсом RS-485 ZET 7060-S StepMotor-485.

Биполярный (двухфазный) шаговый двигатель

Двухфазный шаговый двигатель (биполярный шаговый 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.


Рис. 1 Внутренняя схема биполярного Ш.Д.

Рис. 2 Схема выводов биполярного Ш.Д.

Рис. 3 Схема подключения биполярного Ш.Д. к ZET7X60-S

Униполярный (четырёхфазный) шаговый двигатель

Четырёхфазный шаговый двигатель (униполярный шаговый 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.


Рис. 4 Внутренняя схема униполярного Ш.Д.

Рис. 5 Схема выводов униполярного Ш.Д.

Рис. 6 Схема подключения униполярного Ш.Д. к ZET7X60-S

Режимы работы шагового двигателя

Существует несколько способов управления фазами шагового двигателя. Наиболее распространёнными из них являются полношаговый и полушаговый режим. Существуют также режимы управления с 1/4, 1/8, 1/16 шага. Но эти режимы нужны только для узкого круга задач, и они требуют значительного усложнения схемы микроконтроллера и алгоритма управления. Ниже приводится последовательность генерируемых импульсов для различных режимов работы шагового двигателя, на примере униполярного двигателя.


Рис. 7 Полношаговый режим, с 1-ой активной обмоткой на каждом шаге


Рис. 8 Полношаговый режим, с 2-мя активными обмотками на каждом шаге


Рис. 9 Полушаговый режим

Разгон и торможение шагового двигателя

Такой параметр шагового двигателя, как зависимость момента от скорости является важнейшим при выборе типа двигателя, выборе метода управления фазами и выборе схемы драйвера. При конструировании высокоскоростных драйверов шаговых двигателей нужно учитывать, что обмотки двигателя представляют собой индуктивность. Эта индуктивность определяет время нарастания и спада тока. Поэтому если к обмотке приложено напряжение прямоугольной формы, форма тока не будет прямоугольной. При низких скоростях (рис. 10а) время нарастания и спада тока не способно сильно повлиять на момент, однако на высоких скоростях момент падает. Связано это с тем, что на высоких скоростях ток в обмотках двигателя не успевает достигнуть номинального значения (рис. 10б).


Рис. 10 Зависимость тока в обмотках Ш.Д. от частоты

Таким образом, для работы с шаговым двигателем на большой скорости необходимо выполнять его разгон и замедление, в противном случае произойдёт потеря синхронности между шаговым двигателем и контроллером, и положение ротора шагового двигателя будет утеряно.

Управление шаговым двигателем с помощью модуля ZET7X60-S StepMotor

Перед началом работы с шаговым двигателем необходимо выставить необходимые параметеры на вкладке «Настройки»:

  • Частота опроса — частота, с которой будет обновляться информация в канале о количестве проделанных шагов;
  • Тип двигателя — тип двигателя, подключенного к модулю ZET 7X60-S StepMotor.

После этого с помощью вкладки «Управление» можно начинать управление шаговым двигателем.

  • Старт/Стоп — начать /остановить движение шагового двигателя;
  • Направление вращения — задаём направление вращения шагового двигателя, по или против часовой стрелки;
  • Кол-во шагов до остановки — количество шагов, которое проделает шаговый двигатель после запуска;
  • Время одного шага — скорость вращения шагового двигателя.

Рис. 11 Вкладка «Настройки» в программе MODBUS-ZETLAB

Рис. 12 Вкладка «Управление» в программе MODBUS-ZETLAB

Во время выполнения команды, контроллер сообщает о количестве проделанных шагов на данный момент с частотой заданной в настройках (Настройки —> Частота опроса).


Рис. 13 Отображение количества проделанных шагов в программе ZETLAB «Многоканальный осциллограф»

Система управления шаговым двигателем с обратной связью

Система управления шаговым двигателем с обратной связью строится на базе модуля управления шаговым двигателем ZET 7060-S StepMotor-485 (ZET 7160-S StepMotor-CAN) и интеллектуального энкодера ZET 7060-E Encoder-485 (ZET 7160-E Encoder-CAN). Для подключения к системе

ZETLAB используется преобразователь интерфейса ZET 7070. Управление шаговым двигателем осуществляется подачей сигналов с модуля ZET7060-S StepMotor-485 (ZET 7160-S StepMotor-CAN). Контроль состоянием шагового двигателя осуществляется энкодером, сигнал с которого обрабатывается модулем ZET 7060-E Encoder-485 (ZET 7160-E Encoder-CAN). Обработка сигналов с интеллектуального энкодера и программное управление модулем ZET7060-S StepMotor-485 (ZET 7160-S StepMotor-CAN) осуществляется с помощью программного обеспечения ZETLAB.


Схема системы управления шаговым двигателем с обратной связью

Состав системы управления шаговым двигателем с обратной связью

Описание
Управляющий модуль ZET 7060-S StepMotor-485 или ZET 7160-S StepMotor-CAN
Цифровой модуль управления шаговым двигателем с интерфейсом RS-485 или CAN.
Датчик углового перемещения
Преобразование углового перемещения в последовательность электрических сигналов, содержащих информацию о величине и направлении этого перемещения. Диаметр корпуса 50 мм. Разрешающая способность до 320000 дискрет на оборот.
Измерительный модуль ZET 7060-E Encoder-485 или ZET 7160-E Encoder-CAN
Преобразование сигнала с датчика в значения углового перемещения и передача этих данных по протоколу Modbus по интерфейсу RS-485 или CAN 2.0.
ZET 7070 RS-485↔USB или ZET 7174 CAN-USB
Модуль передачи данных с измерительных модулей на ПК
MODBUS OPC Сервер
Программа «Сервер данных интеллектуальных датчиков»
Кабели для подключения измерительных и управляющих модулей к ZET 7070 или ZET 7174
Программное обеспечение ZETLAB
Программы для отображения результатов измерений интеллектуальных датчиков в численном и графическом виде на плоскости и в объеме.
SCADA ZETVIEW
Графическая среда разработки приложений для автоматизации измерений

УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Двигатели постоянного тока нашли множество применений, но непрерывное и плавное вращение ротора не всегда требуется. Естественная особенность двигателя BLDC, заключающаяся в том, что для его вращения необходимо постоянно переключать напряжения между обмотками, способствовала развитию шаговых двигателей. Их ротор может вращаться с определенными приращениями и оставаться стабильным в этих состояниях даже если управление прерывается. Возобновление подачи напряжения на катушки вызывает продолжение вращения.

Шаговые двигатели не имеют коммутаторов и щеток. Это синхронные двигатели постоянного тока с электронно-коммутируемым магнитным полем, вызывающим вращение якоря (его магнитов). Можно считать, что шаговые двигатели управляются цифровыми импульсами, и в шаговом двигателе полный угол поворота ротора разделен на дискретное количество шагов. Количество этих ступеней (фаз) равно количеству магнитов, расположенных вокруг центрального сердечника.

Конструкция шагового двигателя

Теория работы шаговых двигателей. В отличие от двигателей постоянного или переменного тока, для шаговых двигателей требуется последовательное питание, то есть они должны получать фиксированную последовательность импульсов для отдельных катушек. Также бывают биполярные и униполярные двигатели. Униполярный шаговый двигатель отличается от биполярного тем, что имеет дополнительный отвод обмотки, который разделяет обмотку на две части. Обычно биполярный шаговый двигатель имеет 4 или 8 контактов, а униполярный — 5 или 6 контактов.

Схема униполярных и биполярных шаговых двигателей

Вначале рассмотрим униполярный шаговый двигатель, ввиду простоты управления. В таком моторе ток в обмотке всегда течет в одном направлении. Это упрощает метод управления, в отличие от биполярного, где управление должно обеспечивать изменение полярности катушек шагового двигателя путем изменения направления тока через обмотку на противоположное.

Двух переключателей достаточно, чтобы построить простейший драйвер шагового двигателя, как показано на рисунке. Здесь используем 6-проводный униполярный двигатель. Также можно сказать, что двигатель в этом случае управляется однополярно, за счет использования средней обмотки катушки и постоянного напряжения питания на нее.

Переключая данные переключатели в последовательности S1, S2, S1, S2, S1, S2… заметим, что двигатель вращается. Рисунок выше иллюстрирует важный принцип управления: обе обмотки не могут питаться от одной пары одновременно. Каждое изменение переключателя поворачивает ротор на один шаг. Чем быстрее начнем переключать переключатели в последовательности S1, S2, S1, S2…, тем быстрее начнет вращаться ротор.

Подключение переключателей к катушкам шагового двигателя

Скорость шагового двигателя зависит не от величины напряжения, а от скорости подключения питания к отдельным обмоткам. Чтобы добиться полного вращения ротора с 200-шаговым двигателем, надо изменить положение каждого переключателя 100 раз, то есть выполнить до 200 последовательностей для двух переключателей. Это уже говорит о том, что шаговые двигатели не могут работать на высокой скорости. Из этого следует, что шаговые двигатели можно назвать «цифровыми двигателями», поскольку для вращения ротора необходимо переключать переключатели в соответствующей последовательности.

В нашем случае последовательность переключений также определяет направление вращения шагового двигателя. Когда меняем последовательность включения переключателей, то меняем и направление вращения, например S2, S1, S2, S1, S2, S1… влево, S1, S2, S1, S2, S1, S2… вправо. В этом примере есть двухпозиционные переключатели, которые всегда обеспечивают питание двух из четырех обмоток шагового двигателя в данный момент. Но использование трехпозиционных переключателей дает гораздо больше возможностей.

Опять же, обе обмотки никогда не питаются от одной пары, что является обязательным принципом управления шаговым двигателем. Благодаря трехпозиционным переключателям можно реализовать, например, полушаговое управление, благодаря разнообразию переключений. Одновременно могут быть под напряжением две, одна или ни одной из обмоток.

На практике вместо переключателей используются биполярные транзисторы, чаще можно встретить драйверы на основе полевых МОП-транзисторов, благодаря возможности пропускания большего тока, а также возможности их перегрузки. Транзистор здесь действует как переключатель, он либо закрыт, либо полностью открыт.

Упрощенная схема управления униполярным шаговым двигателем

Чтобы управлять таким мотором, надо обеспечить соответствующую последовательность импульсов. Например, только одна из четырех обмоток шагового двигателя находится под напряжением одновременно (это своего рода волновое управление). На каждый цикл двигателя подается питание на одну из четырех катушек униполярного шагового двигателя. Вращение его будет выглядеть так:

Вращение униполярного шагового двигателя в последовательных тактах цикла управления волной

Управляющая последовательность A +, B +, A-, B- повторяется каждые четыре импульса тактового генератора. Этот тип управления называется однофазным или волновым. Это полный шаг управления, потому что двигатель выполняет один полный ход (шаг) с одним импульсом генератора.

Последовательность импульсов A +, B +, A -, B — вращает двигатель в одном направлении. Смена полюсов статора (N, S) заключается в питании соответствующей катушки (A + или A -). 

Самый простой способ изменить направление — поменять местами одну пару проводов катушки (поменять местами, например, B + с B — и B — с B +), затем дадим последовательность A +, B -, A -, B + импульсы, он вращает двигатель в противоположном направлении. Так управление направлением реализовано в некоторых контроллерах шаговых двигателей. Самый простой способ изменить последовательность импульсов — использовать, например, реле.

Форма волны (однофазная) импульсная последовательность драйвера

Упрощенная схема однофазного (волнового) регулятора с изменением направления вращения

Несомненное преимущество униполярных шаговых двигателей — простота управления. Но это связано с волновым управлением, с использованием только половины обмотки за раз, одна из них всегда не используется. Используется только 1/4 всех обмоток шагового двигателя, что значительно снижает максимальную производительность.

Двухфазное управление шаговым мотором

Гораздо лучшей альтернативой однофазному управлению будет двухфазное, при котором работают две из четырех обмоток шагового двигателя. В таком управлении используем 1/2 всех обмоток. Тогда мотор станет более эффективен.

Вращение двигателя при двухфазном полноступенчатом управлении

Две катушки шагового двигателя всегда находятся под напряжением. Опять же, мы никогда не питаем две катушки из одной пары одновременно. С каждым импульсом от генератора переключается только одна катушка из отдельных пар (последовательно). В первом цикле катушки A и B находятся под напряжением, во втором катушка A все еще находится под напряжением, в то время как катушка B переключается на B +, в третьем цикле катушка B + находится под напряжением из второго цикла, и катушка A переключается на A + и так далее.

Двухфазная последовательность управляющих импульсов

Формы сигналов A + и B + сдвинуты друг к другу (две из четырех обмоток всегда работают в заданном цикле), а сигналы A + и B- инвертируются с сигналами A + и B +. Такие формы сигналов (смещенные относительно друг друга) легко генерируются, например, благодаря интегральной микросхеме 4013, которая имеет два D-триггера. Также можно использовать микроконтроллер. Изменение направления вращения в таком контроллере, как и при однофазном (волновом) управлении, может быть реализовано путем изменения направления проводов одной пары концов катушки (изменение с A + на A — и A — на A +). Чаще всего изменение скорости основано на изменении логики последовательности управляющих импульсов. Мы можем сделать это, например, используя логические элементы XOR, которые будут отрицать сигналы (инвертировать их).

Упрощенная схема двухфазного контроллера с изменением направления вращения, D-триггерами для создания смещенных сигналов и логическими вентилями XOR

Оба типа управления представленные выше: однофазный (волновой) и двухфазный (инвертированные сигналы, управляющие транзисторами), в просторечии, являются униполярными типами управления, потому что используем униполярные шаговые двигатели с дополнительными ответвлениями обмотки. Также в биполярных шаговых двигателях, где работает вся обмотка, мы встречаемся с однофазным и двухфазным управлением, там идея работы аналогична.

Также стоит упомянуть моторы VR (реактивного сопротивления). Двигатели VR обычно имеют три обмотки. Чтобы управлять таким двигателем, нам нужно подавать отдельные обмотки одну за другой в последовательности A, B, C, A, B, C… это заставит двигатель вращаться в одном направлении, в то время как последовательность питания обмотки A, C, B, A, C, B… заставит его вращаться в противоположном направлении. Самый простой способ изменить направление — поменять местами концы двух обмоток шагового двигателя VR, и проще всего это сделать с помощью реле.

Упрощенная схема драйвера резистивного шагового двигателя

Последовательность импульсов управления шаговым двигателем

Последовательность импульсов драйвера реактивного шагового двигателя очень похожа на волновое управление.

Биполярное управление обеспечивает более эффективное использование шагового двигателя, при котором всегда работает вся обмотка шагового двигателя, что дает гораздо лучшую производительность на низких и средних скоростях. А крутящий момент примерно на 30 — 40% больше. Но для этого требуется изменить полярность питания катушки, изменив направление тока в обмотках (например поменяв местами концы катушек). Для этого используются два транзисторных моста H (название происходит от сходства с буквой H на схеме), которые состоят из двух ветвей, а каждая ветвь состоит из двух транзисторов. Чаще всего для построения такого моста используются биполярные транзисторы NPN или MOSFET N.

Биполярный драйвер требует более сложного управления из-за того, что нужно управлять каждым из восьми транзисторов индивидуально. Взамен получаем все возможности шагового двигателя, хотя реализация такого типа управления не самая простая.

Принцип работы такого моста основан на том, что если верхний транзистор проводит в одной ветви, а нижний транзистор в другой, и наоборот, то через катушку шагового двигателя будет протекать ток. Если два верхних или два нижних транзистора проводят одновременно в двух ветвях одного моста, то ток через катушку не будет протекать. Путем соответствующего управления транзисторами получаем изменение направления тока, протекающего через катушку, и, таким образом, изменение полярности катушки.

Также в биполярных контроллерах имеем дело с однофазным (волновым) и двухфазным управлением. Оба элемента управления являются полношаговыми. При однофазном управлении, как и в униполярных шаговых двигателях, в следующем цикле запитывается только одна катушка,

Вращение биполярного шагового двигателя в последовательных тактах однофазного (волнового) цикла управления

Вращение биполярного шагового двигателя в последовательных тактах двухфазного цикла управления

Упрощенная схема драйвера для биполярных двигателей с транзисторными Н-мостами

Последовательность импульсов для питания катушек идентична униполярному двигателю, но в этом случае нет четырех сигналов на транзисторы, только восемь сигналов на восемь транзисторов. Каждым из них нужно управлять индивидуально, переключая соответствующие транзисторы в нужный момент. Ток протекает через катушку, когда один верхний транзистор и один нижний транзистор включены «крест-накрест», то есть 1 и 3 на схеме, другие 2 и 4 в катушке A шагового двигателя закрыты. Но когда выключаем 1 и 3 и включаем 2 и 4, то меняем направление тока в катушке.

Включаем транзисторы «крестом» в катушке A и B. Напряжение питания катушки задается как в униполярном управлении, в то время как «массовый» транзистор подключается крест-накрест к присоединенному верхнему силовому транзистору. Можем если надо изменить скорость, изменив управление двумя концами одной катушки, что приведет к другой последовательности импульсов. Самый простой способ — использовать реле, как при униполярном управлении, также можно реверсировать сигналы, управляющие транзисторами.

Ход управления катушками в биполярном шаговом двигателе волнового управления

Чтобы понять идею, можно сказать что на схеме показано питание проводов биполярного шагового двигателя, т.е. высокое состояние означает напряжение на конкретном проводе (A +, B +, A -, B -), а низкое состояние — появление заземления на отдельных проводах в заданном цикле. Здесь меняем направление тока в катушках, в первом импульсе (в первом цикле) генератор A + земля A — питается от генератора, а в третьем A — земля A + подается, меняя «полярность» источника питания так, чтобы меняли полярность катушек, например N на S.

Фактически, форма сигналов управления транзисторами в H-мосте будет выглядеть как на схеме ниже. Это биполярное однофазное (волновое) управление.

Ход транзисторной последовательности управления в биполярном волновом контроллере

Идея управления катушками двухфазного биполярного двигателя аналогична управлению двухфазным униполярным шаговым мотором. Здесь также нужно управлять каждым транзистором отдельно, как в случае управления биполярной волной. Можем изменить скорость на реле, как при управлении волнами, или использовать логические вентили, меняющие сигналы.

Ход управления катушками в биполярном двигателе двухфазного управления

Эта схема, что касается управления биполярной волной, показывает соответствующий источник питания проводов биполярного шагового двигателя. Низкое состояние означает основное высокое напряжение питания катушки. В первом цикле проводники A — и B — земли A + и B + находятся под напряжением, во втором цикле проводники A — и B + земли A + и B- находятся под напряжением и так далее.

Последовательность импульсов управления транзистором будет выглядеть примерно так:

Последовательность управления транзистором в двухфазном биполярном контроллере

Как правило, биполярные шаговые двигатели требуют сложной схемы управления. Эта проблема была решена с появлением специализированных интегральных схем (A3977, A4988, L297), которые используются для генерации соответствующей последовательности импульсов для управления транзисторами в H-мосте.

Также можем использовать логические элементы или D-триггеры для генерации этой последовательности, но чаще существуют драйверы, построенные на микроконтроллерах или специализированных интегральных схемах.

Самым большим преимуществом управления биполярным шаговым двигателем является хорошо используемый крутящий момент, благодаря тому что вся обмотка находится в текущем состоянии после получения импульса (в течение одного цикла).

Двигатели PM (с постоянным магнитом) и HB (гибридные), несмотря на их различную конструкцию, управляются одинаково. Каждый двигатель с 4 контактами может управляться только биполярно, в то время как униполярный шаговый двигатель с 6 контактами может работать как биполярный, так и униполярный.

Двигатели с 8 выводами дают гораздо больше возможностей, они могут работать как однополярные, так и биполярные. Кроме того, шаговый двигатель можно подключить последовательно, где нужно подавать на него более высокое напряжение, но в то же время он будет потреблять меньше тока, что приведет к снижению мощности на более высоких скоростях.

Также можем подключить его параллельно и запитать от более низкого напряжения, но с более высоким током. Это даст меньше потерь мощности на более высоких скоростях. На низких скоростях, как при последовательном, так и при параллельном подключении, двигатель будет иметь одинаковый крутящий момент (мощность).

Схема последовательного и параллельного подключения 8-проводного шагового двигателя

Идея последовательного и параллельного подключения также может быть использована с 6-проводным униполярным двигателем.

Схема последовательного и параллельного подключения 6-проводного шагового двигателя

Следует отметить, что при управлении шаговым двигателем мы переключаем обмотки, имеющие некоторую индуктивность. Когда ток прерывается в индуктивности, генерируется напряжение самоиндукции, которое может быть большим и повредить транзистор. Чтобы исключить это явление, необходимо правильно обеспечить протекание тока в катушке даже после выключения транзистора. Наиболее распространены быстродействующие диоды, которые срезают всплески, возникающие при открытии транзистора. Также можете найти драйверы с конденсаторами вместо диодов.

Схема подключения диодов к униполярному драйверу на биполярных транзисторах

Верхние диоды на схеме отсекают положительные импульсы, образовавшиеся в результате отключения тока от катушек шагового двигателя. С другой стороны, нижние диоды тоже нужны, потому что две обмотки одной пары образуют автотрансформатор. Когда в одной катушке есть положительное перенапряжение, отсекаемое верхним диодом, в другой катушке той же пары происходит отсечение отрицательного перенапряжения нижним диодом.

Иная ситуация с использованием MOSFET-транзисторов, потому что транзистор уже имеет в своей структуре переход сток-исток, который в данном случае действует как диод. При использовании небольших двигателей верхние диоды можно не устанавливать. Положительная энергия вывода не очень велика и может быть поглощена транзистором, который кратковременно работает в разрешенном режиме лавинного пробоя и действует как стабилитрон.

Схема униполярного шагового двигателя с MOSFET транзисторами

Также используем тот же принцип для биполярного управления. При использовании MOSFET-транзисторов можем использовать встроенные «диоды» в транзисторе.

Схема использования диодов в биполярных драйверах

Схема биполярного шагового двигателя с MOSFET транзисторами

Ещё стоит упомянуть инерцию обмоток, ограничивающую скорость нарастания тока. Каждая из катушек шагового двигателя имеет определенную индуктивность L и сопротивление R. После подачи напряжения на катушку ток I определяется напряжением питания катушки (VCC) и ее сопротивлением, то есть I = VCC / R. Он не сразу достигает значения, определяемого L iR. Ток постепенно увеличивается, а постоянная времени нарастания составляет T = L / R. Обычно это 10 мс, поэтому период прямоугольной волны должен составлять 20 мс или 50 Гц, чтобы обеспечить 10 мс высокого состояния длительности импульса для катушки для достижения полного тока.

На низких частотах (скоростях) это значения не имеет, а на более высоких частотах ток не успеет увеличиться до нужного значения. Следовательно, двигатель будет значительно терять крутящий момент при увеличении оборотов, из-за того что ток не успевает увеличиться до номинального тока мотора.

Лучшее решение этой проблемы — подать на двигатель напряжение, намного превышающее номинальное напряжение его работы. Из-за более высокого напряжения ток нарастает быстрее. Правда для этого требуется специальная схема, ограничивающая ток протекающий по обмоткам.

Среди других решений — использование резистора, который выбирается так, чтобы ток в установившемся режиме был равен номинальному току двигателя. Недостатком такой системы являются большие потери мощности на резисторе.

Схема использования резистора для ограничения тока в обмотках шагового двигателя

Иное решение — заменить резисторы на источник тока, который будет поддерживать заданное значение. Сначала на катушку подается высокое напряжение, которое ускоряет нарастание тока, затем источник будет поддерживать заданное значение тока катушки. Правда потери мощности по-прежнему являются большим недостатком, на этот раз на транзисторах, из-за высокого напряжения питания.

Схема использования источника тока для ограничения тока в обмотках шагового двигателя

Другой способ — работать от двух источников питания. В первые моменты импульса катушка питается от более высокого напряжения, которое ускоряет рост тока, затем она переключается на второй источник с номинальным напряжением питания шагового двигателя. 

Недостатком такого решения является необходимость использования двух источников, что связано с дополнительными преобразователями. На схеме ниже переключатели используются для иллюстрации идеи переключения источников напряжения.

Упрощенная схема использования двух источников питания для регулирования тока в обмотках шагового двигателя

Самый эффективный метод — чопперский. Он заключается в подаче на катушку двигателя не одиночных импульсов, а серии импульсов по форме напоминающих сигнал ШИМ. В первый момент импульса от генератора прикладывается более высокое напряжение, которое ускоряет нарастание тока, позже оно ограничивается циклической работой транзистора.

Фрагмент схемы биполярного контроллера с технологией чоппера

Форма сигнала прерывателя для управления транзистором

Напоминаем, что в первые моменты управляющего импульса продлеваем включение транзистора, что позволяет быстрее увеличить ток, благодаря гораздо более высокому напряжению VCC, чем номинальное напряжение мотора. В следующие моменты импульса значительно сокращаем время транзистора, он работает циклически и тем самым ограничивает напряжение до номинального рабочего напряжения шагового двигателя. Компаратор, который будет сравнивать напряжения решает, когда сигнал управления транзистора должен быть переключен с постоянного на прерывистый. Благодаря этому есть возможность регулировать ток, подаваемый на катушку шагового двигателя.

Схема использования компаратора в биполярном контроллере

Эта схема очень эффективна и позволяет регулировать ток катушки независимо от напряжения питания, изменяя напряжение Vs.

Напряжение питания катушки VCC намного выше, чем рабочее напряжение обмотки, а это означает что после включения транзистора ток достигает своего рабочего значения намного быстрее, за гораздо более короткое время чем постоянная времени L / R. После достижения порогового значения (установленного Vs) компаратор сравнивает падение напряжения на управляющем резисторе Rs с напряжением Vs. Если ток двигателя и, следовательно, падение напряжения на Rs увеличиваются выше напряжения Vs, компаратор запускает моностабильный триггер, который излучает один импульс и на короткое время отключает напряжение питания катушки, что снижает ток, а затем цикл повторяется с начала.

В результате компаратор и триггер циклически открывают и закрывают транзистор, что предотвращает повышение напряжения катушки до напряжения питания VCC. За счет циклической работы транзистора ограничивается напряжение питания катушки шагового двигателя. Тогда течение имеет пилообразную волну. Ниже представлена диаграмма тока в обмотке прерывателя.

График импульсов тока в обмотке

Этот управляющий сигнал с прерывистой катушкой позволяет увеличить крутящий момент шагового двигателя, особенно при более высоких скоростях вращения. Конечно потребуется еще более интеллектуальная система управления (эта проблема была решена с появлением встроенных драйверов шаговых двигателей и микроконтроллеров), но она позволяет ускорить процесс увеличения тока благодаря подаче гораздо более высокого напряжения на более высокие частоты от генератора, без значительных потерь энергии или использования двух разных источников питания. Тут понадобится только один блок питания с относительно высоким напряжением.

Очень хорошая альтернатива, особенно в тех случаях когда драйвер не нуждается в специальных функциях, — использовать готовые интегральные микросхемы драйверов шаговых двигателей. Многие производители предлагают широкий спектр специализированных чипов, разработанных специально для управления шаговыми двигателями.

Обмотки шаговых двигателей чаще всего управляются формой сигнала ШИМ через H-мосты, по одному на обмотку. Угол поворота пропорционален количеству импульсов, а скорость вращения — их частоте. При работе с полными ступенями довольно много шума и вибрации. К сожалению, также могут быть случаи пропуска ступеней («выход») и, как следствие, потеря контроля над положением ротора. Эта проблема решается за счет использования микрошагов, таким образом питая обмотки так, что ротор проходит через промежуточные положения за один полный шаг.

Если для быстрой остановки двигателя требуется еще несколько шагов, важно правильно определить состояние перехода и остановки. В этом случае желательно управление с обратной связью в отличие от абсолютного позиционирования с обратной связью, основанного на подсчете шагов. Существует адаптивное управление скоростью шагового двигателя, позволяющее остановить его как можно скорее, несмотря на возможное увеличение нагрузки на этом этапе.

Это возможно на основании наблюдения увеличения BENF и соответствующего увеличения частоты импульсов, питающих двигатель. Вышеописанный алгоритм реализован в интегрированном однокристальном контроллере AMIS-30624. Он настроен для работы с различными типами шаговых двигателей, диапазонами позиционирования и такими параметрами, как скорость, ускорение и замедление.

Схема контроллера AMIS-30624

Он имеет встроенный бессенсорный детектор потери шага, который предотвращает потерю шагов позиционером и быстро останавливает двигатель при его остановке. Это обеспечивает тихую, но точную калибровку во время эталонного прогона и позволяет работать с полузамкнутым контуром. AMIS-30624 включает в себя как аналоговые цепи высокого напряжения, так и цифровые блоки управления. Чип разработан для применений в автомобильной, промышленной и строительной отраслях.

   Форум

   Форум по обсуждению материала УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

   Шаговые двигатели присутствуют в автомобилях, принтерах, компьютерах, стиральных машинах, электробритвах и многих других устройствах из повседневного быта. Однако многие радиолюбители до сих пор не знают, как заставить такой мотор работать и что он вообще из себя представляет. Итак, давайте узнаем, как использовать шаговый двигатель.

   Шаговые двигатели являются частью класса моторов, известных как безщеточные двигатели. Обмотки шагового двигателя являются частью статора. На роторе расположен постоянный магнит или, для случаев с переменным магнитным сопротивлением, зубчатый блок из магнитомягкого материала. Все коммутации производятся внешними схемами. Обычно система мотор — контроллер разрабатывается так, чтобы была возможность вывода ротора в любую, фиксированную позицию, то есть система управляется по положению. Цикличность позиционирования ротора зависит от его геометрии.

Типы шаговых двигателей

   Существуют три основных типа шаговых двигателей: переменной индуктивности, двигатели с постоянными магнитами, и гибридные двигатели.

   Двигатели переменной индуктивности используют только генерируемое магнитное поле на центральном валу, заставляющее вращаться и находиться на одной линии с напряжением электромагнитов.

   Двигатели с постоянными магнитами похожи на них, за исключением того, что центральный вал поляризован у северного и южного магнитных полюсов, которые будут соответствующим образом поворачивать его в зависимости от того, какие электромагниты включены.

   Гибридный мотор — это сочетание двух предыдущих. У его намагниченного центрального вала имеется два набора зубов для двух магнитных полюсов, которые затем выстраиваются в линию с зубами вдоль электромагнитов. В связи с двойным набором зубов на центральном валу, гибридный двигатель имеет наименьший доступный размер шага и поэтому является одним из наиболее популярных типов шаговых двигателей.

Униполярные и биполярные шаговые двигатели

   Также существует ещё два типа шаговых двигателей: униполярные и биполярные. На фундаментальном уровне, эти два типа работать точно так же; электромагниты включены в последовательном виде, заставляя центральный вал двигателя вращаться.

   Но униполярный шаговый двигатель работает только с положительным напряжением, а биполярный шаговый двигатель имеет два полюса — положительный и отрицательный.

   То есть фактическая разница между этими двумя типами заключается в том, что для однополярных требуется дополнительный провод в середине каждой катушки, что позволит току проходить либо к одному концу катушки, либо другому. Эти два противоположных направления производят две полярности магнитного поля, фактически имитируя как положительные, так и отрицательные напряжения.

   Хотя оба они имеют общий уровень питающих напряжений 5V, биполярный шаговый двигатель будет иметь больший крутящий момент, потому что ток течет через всю катушку, производя более сильное магнитное поле. С другой стороны, униполярные шаговые двигатели используют только половину длины катушки из-за дополнительного провода в середине катушки, а значит меньший крутящий момент доступен для удержания вала на месте.

Подключение шаговых двигателей

   Разные шаговые двигатели могут иметь разное количество проводов, как правило, 4, 5, 6, или 8. 4-х проводные линии могут поддержать только биполярные шаговые двигатели, поскольку у них нет центрального провода.

   5-ти и 6-ти проводные механизмы могут быть использованы как для однополярного, так и биполярного шагового двигателя, в зависимости от того, используется центральный провод на каждой из катушек или нет. 5-ти проводная конфигурация подразумевает, что центральные провода на два комплекта катушек соединены внутри между собой.

Способы управления шаговыми двигателями

   Есть несколько различных способов управления шаговыми двигателями — полный шаг, полушаг, и микрошаговый. Каждый из этих стилей предлагают различные крутящие моменты, шаги и размеры.

   Полный шаг — такой привод всегда имеет два электромагнита. Для вращения вала, один из электромагнитов выключается и далее электромагнит включен, вызывая вращение вала на 1/4 зуба (по крайней мере для гибридных шаговых двигателей). Этот стиль имеет самый сильный момент вращения, но и самый большой размер шага.

   Полшага. Для вращения центрального вала, первый электромагнит находится под напряжением, как первый шаг, затем второй также под напряжением, а первый все еще работает на второй шаг. При третьем шаге выключается первый электромагнит и четвертый шаг — поворот на третий электромагнит, а второй электромагнит по-прежнему работает. Этот метод использует в два раза больше шагов, чем полный шаг, но он также имеет меньший крутящий момент.

   Микрошаговый имеет наименьший размер шага из всех этих стилей. Момент вращения, связанный с этим стилем, зависит от того, как много тока, протекает через катушки в определенное время, но он всегда будет меньше, чем при полном шаге.

Схема подключения шаговых двигателей

   Чтобы управлять шаговым двигателем необходим контроллер. Контроллер — схема, которая подает напряжение к любой из четырех катушек статора. Схемы управления достаточно сложны, по сравнению с обычными электромоторчиками, и имеют много особенностей. Подробно рассматривать тут мы их не будем, а просто приведём фрагмент популярного контроллера на ULN2003A.

   В общем шаговые двигатели являются отличным способом для того, чтобы повернуть что-то в точный размер угла с большим количеством крутящего момента. Другое преимущество их в том, что скорость вращения может быть достигнута почти мгновенно при изменении направления вращения на противоположное.

Originally posted 2018-11-23 11:47:42. Republished by Blog Post Promoter

Управление шаговым двигателем: способы управления

Шаговые двигатели являются неотъемлемой частью самых различных электромеханизмов, начиная от бытовой техники и заканчивая производственным оборудованием. Управление шаговым двигателем осуществляется с помощью внешнего оборудования, в качестве которого может выступать как простой контроллер ШД, так и сложная система во главе с ПК, к которому подключается блок управления шаговым двигателем.

Способы управления шаговым двигателем

Независимо от того, какая схема управления использована, управление шаговым двигателем может осуществляться в одном из трёх режимов:

– полношаговом;
– полушаговом;
– микрошаговом.

Полношаговый режим управления ШД подразумевает попеременную коммутацию фаз без перекрытия, при этом единовременно к источнику напряжения подключена только одна из фаз. При таком способе управления на каждый полный шаг электродвигателя приходится одна фаза; точки равновесия ротора идентичны полюсам статора. Данный режим имеет недостаток: в случае с биполярным двигателем в полношаговом режиме в один и тот же момент задействуется только половина обмоток, с униполярным – четверть.  Существует и другой вариант полношагового управления, подразумевающий единовременное включение двух фаз. Такой способ управления ШД основан на фиксации ротора между полюсами статора благодаря подаче питания на обмотки, при этом на полный шаг приходится две фазы.

Применение полушагового режима управления шаговым двигателем позволяет увеличить количество шагов, приходящихся на один оборот ротора, в два раза. При работе ШД в таком режиме на каждый второй шаг приходится включение одной из фаз, между шагами включаются сразу обе. Такой режим коммутации очень популярен, однако следует отметить, что при его применение получение полного момента невозможно.

Микрошаговый режим управления ШД применяется тогда, когда необходимо получение максимально большого количества шагов, приходящихся на оборот ротора. При работе в таком режиме, как и в полушаговом, работают две фазы, однако токи обмоток в данном случае распределяются неравномерно. В микрошаговом режиме шагового двигателя происходит смещение положения ротора и магнитного поля статора между полюсов. Величина микрошага зависит от конкретного устройства, составляя от трети полного шага и менее. При работе в микрошаговом режиме точность позиционирования ШД значительно повышается, однако коммутация несколько усложняется.

Купить шаговые двигатели и средства управления ШД в Stepmotor

В каталоге  Stepmotor представлен широчайший ассортимент шаговых двигателей, а также систем управления шаговыми двигателями. Если вам необходимо купить шаговый двигатель, контроллер шагового двигателя или блок управления шаговым двигателем в наличии по доступней цене, удобнее всего оформить заказ на нашем сайте. Обратите внимание: используйте только те модели коммутационных устройств, которые совместимы с выбранной вами моделью ШД! Если вы не знаете, как выбрать контроллер для шагового двигателя, проконсультируйтесь у технического специалиста, позвонив по телефону по России (звонок бесплатный) 8 800 5555 068 либо по электронной почте.
Купите шаговый двигатель и коммутатор шагового двигателя в Stepmotor. Все шаговые двигатели, блоки управления и драйверы ШД есть в наличии, отгрузка сразу после оплаты. Звоните 8 800 5555 068.

Контроллер шагового двигателя схема | KAVMASTER

За какое-то время у меня скопилось много шаговых двигателей, но все не было времени ими заняться, а ведь шаговый двигатель вещь довольно интересная и полезная. Но у многих радиолюбителей возникают проблемы с запуском таких двигателей, вот я и решил собрать контроллер для проверки наиболее часто распространённых шаговых двигателей.

Блок управления шаговым двигателем

Шаговые двигатели достаточно распространены в устройствах, в которых необходимо добиться точного перемещения механизмов. Существует очень много типов шаговых двигателей, но самыми простыми в плане управления являются 2-х фазные униполярные двигатели. Этот тип двигателей имеет две независимые обмотки с выводами от середины (см. Рис.1). Их устанавливают в такие аппараты, как принтер, копир, дисковод и т.д.

 

Схема управления шаговым двигателем.

На рисунке 2 представлена схема управления шаговым двигателем.


Сперва хотел разработать схему на жесткой логике, но когда определился с функциями, которые она должна выполнять, пришло твердое решение использовать для этих целей микроконтроллер. И так, что можно определить с помощью данного блока управления.

  1. Можно определить количество шагов.
  2. Определить один из двух алгоритмов работы двигателя.
  3. Опробовать работу двигателя в полушаговом режиме.
  4. Можно опробовать работу в полношаговом режиме.
    Еще раз повторюсь, что разновидностей шаговых двигателей много и данный контроллер подойдет не для всех.

Программы управления шаговыми двигателями

Программа управления состоит из пяти подпрограмм, которые переключаются кнопкой BS3 – «Выбор программ». Номер выбранной подпрограммы отображается тремя светодиодами в двоичной системе счисления. При первом включении должен загореться светодиод HL1, индицирующий о том, что включена первая подпрограмма работы шагового двигателя в полушаговом режиме. Запуск двигателя осуществляется кнопками «Право» и «Лево». Право – двигатель должен крутиться по часовой стрелке, лево – против часовой, но направление вращения зависит еще и от того, как вы скоммутируете обмотки двигателя.

Возможно, придется экспериментировать. На скриншоте 1 (передняя панель виртуального осциллографа программы Proteus) можно наблюдать импульсную последовательность и коды полушагов работы двигателя. Некоторые из шаговиков по этому алгоритму у меня не работали.

Полношаговый алгоритм работы шагового двигателя

Подпрограмма №2 – светится второй светодиод. В этой подпрограмме двигатель будет работать по полно шаговому алгоритму, показанному на скрине 2.

Подпрограмма №3 – светятся первый и второй светодиоды. В этой подпрограмме двигатель будет работать по полношаговому алгоритму, показанному на скрине 3.

Количество шагов шагового двигателя

Подпрограмма №4 – светится третий светодиод. Данная подпрограмма обеспечивает один шаг двигателя при каждом нажатии на кнопку «Право». Кнопка «Лево» в данном случае не задействована. Короче говоря, нажимая каждый раз на кнопку, можно сосчитать количество шагов за один оборот проверяемого двигателя. Алгоритм работы двигателя в данной подпрограмме соответствует алгоритму на скрине 2.

Подпрограмма №5 – светятся первый и третий светодиоды. В этой подпрограмме творится тоже самое, только алгоритм работы двигателя в данной подпрограмме соответствует алгоритму на скрине 3.

Общий вид платы — на фото.

Файл прошивки, схему и рисунок печатной платы можно скачать по ссылке ниже. 

Купить USB программатор PIC K150 ICSP

 

Управление шаговым двигателем. Схема и описание. Как запустить шаговый двигатель без электроники Драйвер на шаговый двигатель руками

Шаг 1.

Нам потребуется…

От старого сканера:

  • 1 шаговый двигатель
  • 1 микросхема ULN2003
  • 2 стальных прута

Для корпуса: — 1 картонная коробка

Инструменты:

  • Клеевой пистолет
  • Кусачки
  • Ножницы
  • Принадлежности для пайки
  • Краска

Для контроллера:

  • 1 разъем DB-25 — провод
  • 1 цилиндрическое гнездо для питания постоянного тока Для испытательного стенда
  • 1 стержень с резьбой
  • 1 подходящая под стержень гайка — разные шайбы и шурупы — куски древесины

Для управляющего компьютера:

  • 1 старый компьютер (или ноутбук)
  • 1 копия TurboCNC (отсюда)

Шаг 2.

Берем детали от старого сканера. Чтобы построить собственный ЧПУ контроллер нужно для начала извлечь из сканера шаговый двигатель и плату управления. Здесь не приведено никаких фотографий, потому что каждый сканер выглядит по-своему, но обычно нужно просто снять стекло и вывернуть несколько винтов. Кроме двигателя и платы можно оставить еще металлические стержни, которые потребуются для тестирования шагового двигателя.

Шаг 3.

Извлекаем микросхему из платы управления Теперь нужно найти на плате управления шаговым двигателем микросхему ULN2003. Если вы не смогли обнаружить ее на своем устройстве, ULN2003 можно купить отдельно. Если она есть, ее нужно выпаять. Это потребует некоторого умения, но не так уж сложно. Сначала при помощи отсоса удалите как можно больше припоя. После этого осторожно просуньте под микросхему конец отвертки. Осторожно прикоснитесь концом паяльника к каждому выводу, продолжая при этом нажимать на отвертку.

Шаг 4.

Пайка Теперь нам нужно припаять микросхему на макетную плату. Припаяйте к плате все выводы микросхемы. На показанной здесь макетной плате имеется две шины электропитания, поэтому положительный вывод ULN2003 (смотрите схему и на рисунке ниже) припаивается к одной из них, а отрицательный — к другой. Теперь, нужно соединить вывод 2 коннектора параллельного порта с выводом 1 ULN2003. Вывод 3 коннектора параллельного порта соединяется с выводом 2 ULN2003, вывод 4 — с выводом 3 ULN2003 и вывод 5 — с выводом 4 ULN2003. Теперь вывод 25 параллельного порта припаивается к отрицательной шине питания. Далее к управляющему устройству припаивается мотор. Делать это придется путем проб и ошибок. Можно просто припаять провода так, чтобы потом цеплять на них крокодилы. Еще можно использовать клеммы с винтовым креплением или что-нибудь подобное. Просто припаяйте провода к выводам 16, 15, 14 и 13 микросхемы ULN2003. Теперь припаяйте провод (желательно черный) к положительной шине питания. Управляющее устройство почти готово. Наконец, подсоедините к шинам электропитания на макетной плате цилиндрическое гнездо для питания постоянного тока. Чтобы провода не могли отломаться, их закрепляют клеем из пистолета.

Шаг 5.

Установка программного обеспечения Теперь о программном обеспечении. Единственная вещь, которая точно будет работать с вашим новым устройством — это Turbo CNC. Скачайте его . Распакуйте архив и запишите на CD. Теперь, на компьютере, который вы собираетесь использовать для управления, перейдите на диск C:// и создайте в корне папку «tcnc». Затем, скопируйте файлы с CD в новую папку. Закройте все окна. Вы только что установили Turbo CNC.

Шаг 6.

Настройка программного обеспечения Перезагрузите компьютер чтобы перейти к работе в MS-DOS. В командной строке наберите «C: cncTURBOCNC». Иногда лучше использовать загрузочный диск, тогда копия TURBOCNC помещается на него и нужно набирать, соответственно «A: cncTURBOCNC». Возникнет экран, похожий на изображенный на рис. 3. Нажмите пробел. Теперь вы находитесь в главном меню программы. Нажмите F1, и при помощи клавиш со стрелками выберите меню «Configure». При помощи клавиш со стрелками выберите «number of axis». Нажмите Enter. Введите количество осей, которые будут использоваться. Поскольку у нас только один мотор, выбираем «1». Нажмите Enter чтобы продолжить. Снова нажмите F1 и в меню «Configure» выберите пункт «Configure axes», затем дважды нажмите Enter.

Появится следующий экран. Нажимайте Tab пока не перейдете к ячейке «Drive Type». При помощи стрелки вниз выберите пункт «Phase». Снова при помощи Tab выберите ячейку «Scale». Чтобы использовать калькулятор, нам нужно найти число шагов, которые двигатель делает за один оборот. Зная номер модели двигателя, можно установить на сколько градусов он поворачивается за один шаг. Чтобы найти число шагов, которые двигатель делает за один оборот, теперь нужно поделить 360 на число градусов за один шаг. Например, если мотор поворачивается за один шаг на 7,5 градусов, 360 поделить на 7,5 получится 48. Число, которое получится у вас, забейте в калькулятор шкалы (scale calculator).

Остальные настройки оставьте как есть. Нажмите OK, и скопируйте число в ячейке Scale в такую же ячейку на другом компьютере. В ячейке Acceleration установите значение 20, поскольку установленных по умолчанию 2000 слишком много для нашей системы. Начальную скорость установите равной 20, а максимальную — 175. Нажимайте Tab пока не дойдете до пункта «Last Phase». Установите в нем значение 4. Нажимайте Tab пока не дойдете до первого ряда иксов.

Скопируйте следующее в четыре первых ячейки:

1000XXXXXXXX
0100XXXXXXXX
0010XXXXXXXX
0001XXXXXXXX

Остальные ячейки оставьте без изменений. Выберите OK. Теперь вы настроили программное обеспечение.

Шаг 7.

Строим тестовый вал Следующим этапом работы будет сборка простого вала для тестовой системы. Отрежьте 3 бруска дерева и скрепите их друг с другом. Чтобы получить ровные отверстия проведите на поверхности дерева ровную линию. Просверлите на линии два отверстия. Еще 1 отверстие просверлите посередине ниже первых двух. Отсоедините бруски. Через два отверстия, что находятся на одной линии, проденьте стальные пруты. Чтобы закрепить пруты воспользуйтесь небольшими шурупами. Проденьте пруты сквозь второй брусок. На последнем бруске закрепите двигатель. Не имеет значения, как вы это сделаете, будьте изобретательны.

Чтобы закрепить двигатель, имевшийся в наличии, использовали два отрезка стержня с резьбой 1/8. Брусок с прикрепленным двигателем надевается на свободный конец стальных прутов. Снова закрепите их шурупами. Сквозь третье отверстие на первом бруске проденьте стержень с резьбой. Заверните на стержне гайку. Проденьте стержень сквозь отверстие во втором бруске. Поворачивайте стержень до тех пор, пока он не пройдет сквозь все отверстия и не дойдет до вала двигателя. Соедините вал двигателя и стержень при помощи шланга и зажимов из проволоки. На втором бруске гайка удерживается при помощи дополнительных гаек и винтов. В завершение, отрежьте брусок дерева для подставки. Привинтите ее шурупами ко второму бруску. Проверьте, установлена ли подставка ровно на поверхности. Регулировать положение подставки на поверхности можно при помощи дополнительных винтов и гаек. Так делается вал для тестовой системы.

Шаг 8.

Подсоединяем и тестируем двигатель Теперь нужно соединить двигатель с контроллером. Во-первых, соедините общий провод (смотрите документацию к двигателю) с проводом, который был припаян к положительной шине питания. Другие четыре провода соединяются путем проб и ошибок. Соедините их все, и затем меняйте порядок соединения, если ваш двигатель делает два шага вперед и один назад или что-либо подобное. Для проведения тестирования подключите 12 В 350 мА источник питания постоянного тока в цилиндрическое гнездо. Затем соедините разъем DB25 c компьютером. В TurboCNC проверьте как соединен двигатель. В результате тестирования и проверки правильного подсоединения двигателя у вас должен получиться полностью работоспособный вал. Чтобы проверить масштабирование вашего устройства, прикрепите к нему маркер и запустите тестовую программу. Измерьте получившуюся линию. Если длина линии составляет порядка 2-3 см, устройство работает правильно. В противном случае, проверьте вычисления в шаге 6. Если у вас все получилось, поздравляем, самое трудное уже позади.


Шаг 9.

Изготовление корпуса

Часть 1

Изготовление корпуса — это завершительный этап. Присоединимся к защитникам природы и сделаем его из вторсырья. Тем более, что контроллер у нас тоже не с магазинных полок. У представленного вашему вниманию образца плата имеет размер 5 на 7,5 см, поэтому корпус будет размером 7,5 на 10 на 5 см, чтобы оставить достаточно места для проводов. Из картонной коробки вырезаем стенки. Вырезаем 2 прямоугольника размером 7,5 на 10 см, еще 2 размером 5 на 10 см и еще 2 размером 7,5 на 5 см (см. рисунки). В них нужно вырезать отверстия для разъемов. Обведите контуры разъема параллельного порта на одной из 5 х 10 стенок. На этой же стенке обведите контуры цилиндрического гнезда для питания постоянного тока. Вырежьте по контурам оба отверстия. То, что вы будете делать дальше, зависит от того, припаивали ли вы к проводам двигателя разъемы. Если да, то закрепите их снаружи второй пока пустой стенки размером 5 х 10. Если нет, проткните в стенке 5 отверстий для проводов. При помощи клеевого пистолета соедините все стенки вместе (кроме верхней, см. рисунки). Корпус можно покрасить.

Шаг 10.

Изготовление корпуса

Часть 2

Теперь нужно приклеить все компоненты внутрь корпуса. Убедитесь, что на разъемы попало достаточно много клея, потому что они будут подвергаться большим нагрузкам. Чтобы коробка оставалась закрытой, нужно сделать защелки. Из пенопласта вырежьте пару ушек. Затем вырежьте пару полос и четыре небольших квадратика. Приклейте по два квадратика к каждой из полос как показано на рисунке. Приклейте ушки по обеим сторонам корпуса. Сверху коробки приклейте полосы. Этим завершается изготовление корпуса.

Шаг 11.

Возможные применения и заключение Этот контроллер можно применять как: — ЧПУ устройство — плоттер — или любую другую вещь, которой нужно точное управление движением. — добавление- Здесь приведены схема и инструкции по изготовлению контроллера с тремя осями. Чтобы настроить программное обеспечение, следуйте вышеуказанным шагам, но в поле «number of axis» введите 3.

зарегистрироваться .

Шаговые двигатели присутствуют в автомобилях, принтерах, компьютерах, стиральных машинах, электробритвах и многих других устройствах из повседневного быта. Однако многие радиолюбители до сих пор не знают, как заставить такой мотор работать и что он вообще из себя представляет. Итак, давайте узнаем, как использовать шаговый двигатель.

Шаговые двигатели являются частью класса моторов, известных как безщеточные двигатели. Обмотки шагового двигателя являются частью статора. На роторе расположен постоянный магнит или, для случаев с переменным магнитным сопротивлением, зубчатый блок из магнитомягкого материала. Все коммутации производятся внешними схемами. Обычно система мотор — контроллер разрабатывается так, чтобы была возможность вывода ротора в любую, фиксированную позицию, то есть система управляется по положению. Цикличность позиционирования ротора зависит от его геометрии.

Типы шаговых двигателей

Существуют три основных типа шаговых двигателей: переменной индуктивности, двигатели с постоянными магнитами, и гибридные двигатели.

Двигатели переменной индуктивности используют только генерируемое магнитное поле на центральном валу, заставляющее вращаться и находиться на одной линии с напряжением электромагнитов.

Двигатели с постоянными магнитами похожи на них, за исключением того, что центральный вал поляризован у северного и южного магнитных полюсов, которые будут соответствующим образом поворачивать его в зависимости от того, какие электромагниты включены.

Гибридный мотор — это сочетание двух предыдущих. У его намагниченного центрального вала имеется два набора зубов для двух магнитных полюсов, которые затем выстраиваются в линию с зубами вдоль электромагнитов. В связи с двойным набором зубов на центральном валу, гибридный двигатель имеет наименьший доступный размер шага и поэтому является одним из наиболее популярных типов шаговых двигателей.

Также существует ещё два типа шаговых двигателей: униполярные и биполярные . На фундаментальном уровне, эти два типа работать точно так же; электромагниты включены в последовательном виде, заставляя центральный вал двигателя вращаться.

Но униполярный шаговый двигатель работает только с положительным напряжением, а биполярный шаговый двигатель имеет два полюса — положительный и отрицательный.

То есть фактическая разница между этими двумя типами заключается в том, что для однополярных требуется дополнительный провод в середине каждой катушки, что позволит току проходить либо к одному концу катушки, либо другому. Эти два противоположных направления производят две полярности магнитного поля, фактически имитируя как положительные, так и отрицательные напряжения.

Хотя оба они имеют общий уровень питающих напряжений 5V, биполярный шаговый двигатель будет иметь больший крутящий момент, потому что ток течет через всю катушку, производя более сильное магнитное поле. С другой стороны, униполярные шаговые двигатели используют только половину длины катушки из-за дополнительного провода в середине катушки, а значит меньший крутящий момент доступен для удержания вала на месте.

Разные шаговые двигатели могут иметь разное количество проводов, как правило, 4, 5, 6, или 8. 4-х проводные линии могут поддержать только биполярные шаговые двигатели, поскольку у них нет центрального провода.

5-ти и 6-ти проводные механизмы могут быть использованы как для однополярного, так и биполярного шагового двигателя, в зависимости от того, используется центральный провод на каждой из катушек или нет. 5-ти проводная конфигурация подразумевает, что центральные провода на два комплекта катушек соединены внутри между собой.

Есть несколько различных способов управления шаговыми двигателями — полный шаг, полушаг, и микрошаговый. Каждый из этих стилей предлагают различные крутящие моменты, шаги и размеры.

Полный шаг — такой привод всегда имеет два электромагнита. Для вращения вала, один из электромагнитов выключается и далее электромагнит включен, вызывая вращение вала на 1/4 зуба (по крайней мере для гибридных шаговых двигателей). Этот стиль имеет самый сильный момент вращения, но и самый большой размер шага.

Полшага . Для вращения центрального вала, первый электромагнит находится под напряжением, как первый шаг, затем второй также под напряжением, а первый все еще работает на второй шаг. При третьем шаге выключается первый электромагнит и четвертый шаг — поворот на третий электромагнит, а второй электромагнит по-прежнему работает. Этот метод использует в два раза больше шагов, чем полный шаг, но он также имеет меньший крутящий момент.

Микрошаговый имеет наименьший размер шага из всех этих стилей. Момент вращения, связанный с этим стилем, зависит от того, как много тока, протекает через катушки в определенное время, но он всегда будет меньше, чем при полном шаге.

Схема подключения шаговых двигателей

Чтобы управлять шаговым двигателем необходим контроллер . Контроллер — схема, которая подает напряжение к любой из четырех катушек статора. Схемы управления достаточно сложны, по сравнению с обычными электромоторчиками, и имеют много особенностей. Подробно рассматривать тут мы их не будем, а просто приведём фрагмент популярного контроллера на ULN2003A .

В общем шаговые двигатели являются отличным способом для того, чтобы повернуть что-то в точный размер угла с большим количеством крутящего момента. Другое преимущество их в том, что скорость вращения может быть достигнута почти мгновенно при изменении направления вращения на противоположное.

Шаговые двигатели полезны при управлении ими программируемым устройством но тем не менее могут возникать случаи когда в сложном управлении шаговым двигателем нет необходимости и нужен, всего лишь, большой крутящий момент и/или низкие обороты. Схема простого контроллера шагового двигателя приведена на рисунке:

Рисунок 1 — Контроллер шагового двигателя


Контроллер состоит из мультивибратора на таймере 555 , микросхемы десятичного счётчика 4022 (CD4022 , HEF4022 и т.д.) и необязательных светодиодов с резистором для визуализации и наглядности, резистор один т.к. больше одного светодиода в данной схеме светиться не может. Счётчик десятичный т.е. при подаче на его тактовый вход (CLOCK (вывод 14)) импульсов напряжения на выводе соответствующему выходу номер которого совпадает с количеством поданных импульсов, после сброса, появляется напряжение уровня логической единицы, на всех остальных выводах выходов, при этом, устанавливаются напряжения уровня логического нуля. Вывод «11» соединён с выводом «15» для того чтобы ограничить счёт данного счётчика. Когда на тактовый вход приходит четвёртый импульс, после сброса, на выводе «11» (выход out4) появляется напряжение уровня логической единицы которое подаётся на вывод «15» (RESET) — вывод сброса, от этого счётчик происходит сброс счётчика в исходное состояние когда напряжение уровня логической единицы будет на выводе «2» который соответствует выходу out0 (т.е. 0 импульсов пришло на тактовый вход). Если вывод «15» соединить с «землёй» (GND, минус ноль питания) а «14» при этом никуда не соединять то счётчик будет считать 7 импульсов, 8ой импульс произведёт сброс и счёт пойдёт заново (так можно сделать мигалку с 8 светодиодами). Если убрать мультивибратор и светодиоды то останется только микросхема и её можно использовать с программируемым устройством для управления шаговым двигателем подавая на тактовый вход этой микросхемы импульсы с программируемого устройства. Вместе с этим контроллером можно использовать например драйвер на эмиттерных повторителях на транзисторах такая схема универсальная, безопасная при неправильном управлении но у неё есть недостатки , можно также использовать микросхему драйвер если она подходит. Схема драйвера:

Рисунок 2 — Драйвер на транзисторах


Шаговый двигатель подключается к драйверу

Рисунок 3 — Шаговый двигатель


Для возможности реверса двигателя можно поставить переключатели (или переключатель) так чтобы при переключении менялись местами выводы output1 с output4 и output2 с output3 например:

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.

Шаговые двигатели не сильно отличаются от многих классических двигателей. Для управления шаговым двигателем необходимо подавать постоянное напряжение на обмотки в точной последовательности. Благодаря этому принципу, можно обеспечить точный угол поворота оси.

Более того, оставив напряжение питания на одной или нескольких обмотках двигателя, мы переводим двигатель в режим удержания. Шаговые двигатели получили широкое распространение в технике, к примеру, их можно найти в гибких дисководах, сканерах и принтерах. Существует несколько типов шаговых двигателей.

Типы шаговых двигателей

Существуют три основных типа шаговых двигателей:

  1. Двигатель с постоянным магнитом
  2. Двигатель с переменным магнитным сопротивлением
  3. Гибридный двигатель

Шаговый двигатель с постоянными магнитами

Шаговый двигатель с постоянными магнитами применяется наиболее часто в устройствах бытового назначения, нежели в промышленных устройствах. Это недорогой двигатель, имеющий низкий крутящий момент и низкую скорость вращения. Он идеально подходит для устройств компьютерной периферии.

Производство шагового двигателя с постоянными магнитами несложно и экономически оправдано, когда дело касается производства больших объемов. Однако из-за его относительной инертности, применение ограничено в устройствах, где требуется точное позиционирование по времени.

Шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением

В шаговом двигателе с переменным магнитным сопротивлением нет постоянного магнита, и как результат этого — ротор вращается свободно, без остаточного крутящего момента. Этот тип двигателя часто используется в малогабаритных устройствах, например, в системах микро-позиционирования. Они не чувствительны к полярности тока и требуют систему управления отличную от других типов двигателей.

Гибридный шаговый двигатель

Гибридный двигатель, на сегодняшний день, является самым популярным двигателем в промышленной сфере. Его название происходит от того, что он сочетает в себе принципы работы двух других типов двигателя (с постоянными магнитами и переменным магнитным сопротивлением). Большинство гибридных двигателей имеют две фазы.

Как работает гибридный двигатель

Работу гибридного шагового двигателя легко понять, глядя на очень простую модель, которая производит 12 шагов за один оборот.

Ротор этой машины состоит из двух частей, каждая из которых имеет три зуба. Между двумя частями находится постоянный магнит, намагниченный в направлении оси ротора, создавая, таким образом, южный полюс на одной части детали, и северного полюса на другой. Статор состоит из трубки, имеющей четыре зуба внутри нее. Обмотки статора намотаны вокруг каждого такого зуба.

Когда ток протекает через одну из обмоток, ротор занимает одно из положений, показанных на рисунках. Это связано с тем что, постоянный магнит ротора пытается минимизировать магнитное сопротивление обмотки. Крутящий момент, что стремится держать ротор в этих положениях, как правило, небольшой и называется «релаксация крутящего момента». Ниже изображена схема работы двигателя с 12 шагами.

Если ток течет по двум обмоткам статора, результирующие полюса будут притягивать зубы обратной полярности на каждом конце ротора. Есть три устойчивых позиций для ротора, столько же, сколько количество зубьев на роторе. Момент, необходимый для перемещения ротора от его стабильного положения во вращательное движение называется «удержание крутящего момента»

Изменяя ток первой до второй обмотки (В), магнитное поле статора поворачивается на 90 градусов и притягивает новую пару полюсов ротора. В результате этого ротор поворачивается на 30 градусов, что соответствует полному шагу. Возвращение к первому набору обмоток статора, но с питанием обратной полярности, изменяет магнитное поле статора еще на 90 градусов, и ротор поворачивается на 30 градусов (С).

Наконец, второй набор обмоток работает в противоположном направлении, обеспечивая третье положение ротора (еще 30 градусов). Теперь мы можем вернуться снова к первому этапу (А), и после прохождения заново всех этих четырех этапов, ротор будет перемещен еще на один зуб.

Очевидно, что если полярность питания обмоток будет противоположной описанной, то вращение двигателя так же сменится на противоположное.

Режим полшага

Подавая питание поочередно на одну обмотку, а затем на две, ротор будет совершать вращение на 15 градусов в каждом шаге и таким образом количество шагов на один оборот увеличится в два раза. Этот режим называется режимом «полшага», и большинство промышленных устройств применяют этот режим. Даже если это иногда вызывает небольшую потерю крутящего момента, режим в полшага намного плавнее на низких скоростях и вызывает меньший резонанс в конце каждого шага.

Когда шаговый двигатель находится под контролем в режиме «неполного шага», две фазы одновременно находятся под напряжением и крутящий момент обеспечивается на каждом шаге. В режиме полушага, питание чередуется между двумя фазами, и отдельной обмоткой, как показано на рисунке.

Биполярные и униполярные шаговые двигатели

От того какая у шагового двигателя форма обмоток, двигатели делятся на униполярные и биполярные. У биполярного двигателя по 1 обмотке в каждой фазе. Всего две обмотки и соответственно 4 вывода (рис. а). Для обеспечения вращения вала на эти обмотки должно подаваться напряжение с изменяемой полярностью. Поэтому для биполярного двигателя необходим полумостовой либо мостовой драйвер, снабженный двухполярным питанием.

Униполярный двигатель также как и биполярный, для каждой фазы имеет по одной обмотке, но каждая обмотка содержит отвод от середины. В связи с этим, путем переключения половинок обмотки шагового двигателя, появляется возможность менять направление магнитного поля.

В данном случае значительно упрощается структура драйвера двигателя. Он должен обладать всего лишь четырьмя силовыми ключами. Соответственно, в униполярном двигателе применяется иной метод изменения направления магнитного поля. Отводы обмоток зачастую объединяются внутри двигателя, вследствие этого данный тип двигателя может обладать пятью или шестью проводами (рис. б).

Порой униполярные двигатели снабжаются четырьмя обмотками, каждая из которых содержит собственные выводы – то есть их всего восемь (рис. в). При определенном соединении этих обмоток подобный шаговый двигатель возможно использовать как биполярный либо униполярный. Кстати, униполярный двигатель, имеющий две обмотки с отводами по середине, возможно использовать и как биполярный. В этом случае провода, идущие от середины обмоток не используются.

Управление шаговым двигателем

В качестве примера управления шаговым двигателем возьмем униполярный шаговый двигатель ШД-1ЕМ, имеющий характеристики: количество шагов — 200/об., ток обмотки – 0,5А, мощность — 12 Ватт.

Драйвером, управляющим обмотками шагового двигателя выберем микросхему ULN2003A. Эта уникальная микросхема, не что иное, как транзисторная сборка по схеме Дарлингтона с открытым коллектором, снабженная диодом, защищающим цепь питания нагрузки. ULN2003A имеет семь каналов управления с током нагрузки 500мА каждый.

Входы микросхемы ULN2003A можно напрямую подключать к выходам цифровых микросхем, поскольку она имеет резисторы, подключенные к базам транзисторов. Еще одним немаловажным моментом является то, что выходы ULN2003A снабжены диодами, которые защищают микросхему от индукционных выбросов в момент коммутации обмоток шагового двигателя.

Вывод 9 микросхемы ULN2003A подведен к источнику питания через стабилитрон, который защищает схему от ЭДС самоиндукции, появляющейся в момент выключения блока питания схемы. Управление шаговым двигателем производится с помощью компьютера через LPT порт при помощи программы:

(скачено: 1 845)

ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ С ДИСКРЕТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Системы управления шаговым двигателем (ШД), состоят из нескольких блоков. Функциональная схема (рис. 79) содержит формирователь и распределитель импульсов (ФИ и РИ соответ­ственно), промежуточный усилитель (ПУ), усилитель мощности (УМ) и блок питания (БП). Рассмотрим схему применительно к четырехфазному ШД.

Сигнал управления fy в виде импульсов напряжения поступает на вход ФИ от внешнего управляющего устройства. Блок ФИ видоизменяет входные импульсы, формируя их по длительности и амплитуде. Распределитель РИ преобразует последовательность выходных импульсов ФИ в четырехфазную систему однополярных импульсов напряжения, соответствующую числу фаз (обмоток) ШД. Импульсы с выхода РИ усиливаются в ПУ и УМ, питающие

Рис.. 80. Схема усилителя мощности шагового привода

обмотки ШД. Усилители мощности бывают тиристорными и тран­зисторными.

Рассмотрим схему (рис. 80) тиристорного усилителя, управ­ляющего обмотками управления ОУ1… ОУ4 шагового двигателя. Основная часть схемы образована тиристорами VT1…VT4, обес­печивающими парную коммутацию обмоток ШД, при которой в каждый момент времени включены две фазы (обмотки) из четы­рех. Тиристоры VT1…VT4 образуют схемы, в которых переклю­чение тиристоров производится с помощью колебательных конту­ров LK—С„ и диодов VI и V2. Принцип действия схемы поясним на примере работы триггера на тиристорах VT1… VT3.

Допустим, что в исходном положении тиристор VT1 открыт и по обмотке ОУІ проходит ток, а тиристор VT3 закрыт. Конденса­тор Ск при этом заряжается.

Если подать импульс управления на VT3, он откроется и по обмотке ОУЗ начнет проходить ток. Одновременно по цепи LK—VT3—V2—V1 начнется быстрый перезаряд конденсатора Сн, © процессе которого потенциал катода VT1 становится более поло­жительным, чем потенциал его анода, ток через него будет умень­шаться, и тиристор VT1 закроется. К концу перезаряда конденса­тора плюсовой станет его левая обкладка и триггер готов к ново­му переключению, которое произойдет при снятии щипульса управ­ления с VT3 и его подаче вновь на VT1. Таким образом тирис­торы в схеме триггера работают попеременно.

Аналогично работает триггер на тиристорах VT2 и VT4. Для обеспечения вращения ШД в одном направлении тиристоры пере­ключают в последовательности VT1—VT2, VT2—VT3, VT3—VT4, VT4—VT1, VT1—VT2, а для противоположного направления вра­щения — в последовательности VT1—VT2, VT2—VTl, VT1—VT4, VT4—VT3, VT3—VT2, VT2—VT1 и т. д.

Для снятия перенапряжений с обмоток ШД в период их ком­мутации параллельно этим обмоткам включены цепочки из после­довательно включенных резистора R и диода УЗ. Рассмотренная схема управления ШД не всегда обеспечивает высокие динами­ческие свойства, точность отработки входных сигналов и энергети­ческие показатели шагового привода, поэтому современные схемы управления ШД содержат дополнительные блоки (см. рис. 79), с помощью которых характеристики шагового привода улучшаются. В качестве блоков служат ШИР напряжения (ЧИРН), усилитель обратной связи по току (УОС), блок электронного дробления шага (БЭДШ), блок плавного разгона и торможения (БПРТ), дат­чик положения и скорости (ДП) вала ШД и цифровой регуля­тор (ЦР).

Блок ЧИРН совместно с УОС служит для автоматической ста­билизации тока ‘ в обмотках ШД и поддержания момента ШД, благодаря чему улучшаются энергетические показатели его рабо­ты. Стабилизация тока осуществляется введением отрицательной обратной связи по току, сигнал которой U ос снимястся с рбзисто — pa Roc (см. рис. 80), находящегося в общей шине питания ОУ шагового двигателя. Разность сигналов UQc и задающего U3 об­разует сигнал управления, который поступает на вход УОС (см. рис. 79) и после усиления изменяет среднее значение напряжения питания усилителя мощности и тока в обмотке ОУ регулированием частоты переключения ЧИРН.

Для улучшения качества движения ШД при низких частотах и повышения точности отработки входных командных импульсов с помощью БЭДШ уменьшается шаг двигателя. Расширение дина­мических свойств шагового привода, связанное, в частности, с увеличением рабочего диапазона частот, значительно превышаю­щих частоту приемистости, происходит благодаря введению в схе­му блока БПРТ, обеспечивающего разгон и торможение ШД с за­данным (близким к предельному) темпом, при котором еще н& происходит пропуска входной информации. Практика показала,, что наличие блока БПРТ в 2—3 раза расширяет область рабочих частот привода.

Серийно выпускается система управления БУШ-1 с шаговым шестифазным двигателем типа ШД5Д1М. Расстояние между дви­гателем и системой управления не должно превышать 1,5 м. Блок рассчитан на питание однофазным напряжением 220 В и встраи­вается в шкаф электрооборудования, поставляемый комплектно с двигателем.

Технические характеристики БуШ-1:

Номинальное напряжение питания, В……………………………………………………….. 220

Номинальный выходной ток фазы двигателя, А………………………………………….. 3

Допустимая разница между значениями токов одновременно включенных фаз

двигателя, А……………………… ‘…………………………………………………………………………….. 0,{

Напряжение форсирующего импульса, В, не более………………………………… 120

Длительность форсирующего импульса напряжения, мкс, не более………. 500

Амплитуда форсирующего импульса тока, А, не более………………………………. 6

Частота приемистости, Гц, не менее……………………………………………………….. 2000

Максимальная частота коммутации, Гц…………………………………………………. 7500

Максимальная потребляемая мощность, Вт, не более……………………………… 350

Структурная схема БУШ-1 приведена на рис. 81. Она содержит блок питания (БП), шесть плат управления фазами ШД и шесть силовых выходных цепей, панель коммутатора. На вход панели коммутатора от внешнего управляющего устройства подаются сиг­налы управления приводом, сигналы «Вперед», «Назад». БП пред­назначен для питания цепей управления, силовых цепей и цепей коммутатора выпрямленным напряжением. Выпрямители собраны по двухимпульсной схеме со средней точкой. Каждая из шести плат управления состоит из усилителя мощности (УМН), силово­го ключа (СКН), ждущего мультивибратора (ЖМ), усилителя мощности (УMB) и силового ключа (СКВ).

Усилитель мощности УМН служит для согласования входного сопротивления платы с соответствующим выходом коммутатора и усиления по мощности сигнала управления силовым ключом низ­кого напряжения (СКН). Последний служит для непосредствен­ного питания фаз двигателя. Ждущий мультивибратор служит для «формирования импульсов форсировки, которыми управляется си­ловой ключ высокого напряжения (СКВ). Усилитель мощности УКВ служит для формирования импульса форсировки, поступаю­щего со ждущего мультивибратора и управляющего силовым клю­чом высокого напряжения.

Он служит для питания фаз двигателя высоким напряже­нием.

Рис. 81. Структурная схема шагового привода серии БУШ-1

Принцип действия состо­ит в коммутации фаз двига­теля ключами СКН и СКВ в необходимой последова­тельности. Сигналы управле­ния поступают на коммута­тор блока, а затем поступа­ют на усилитель мощности УМН. С выхода УМН уси­ленный сигнал передним фронтом запускает ждущий мультивибратор ЖМ и од­новременно поступает на си­ловой ключ СКВ. При одно­временном включении сило­вых ключей СКВ и СКН ток в фазе шагового двигателя форсированно нарастает в течение времени выдержки ждущего мультивибратора

ЖМ. При этом питание фазы двигателя осуществляется от источ­ника высокого напряжения. По истечении времени выдержки муль­тивибратора ЖМ (300 мкс) ключ СКВ закрывается и номиналь­ное значение токов в фазе двигателя удерживается за счет источ­ника низкого напряжения.

В режиме неподвижного состояния двигателя под током пита­ние фаз двигателя осуществляется от СКН. Реверс двигателя осу­ществляется подачей на входы «Вперед» или «Назад» логических сигналов 0 или 1 и 1 и 0.

Наиболее популярным и распространенным методом металлообработки считается резка металла, при помощи которой получают всевозможные продукты проката или листа. Не существует универсального оборудования и станков — один вид обрабатывает профиль или …

Цилиндрический редуктор — простое и эффективное решение для ступенчатого снижения числа оборотов и повышения крутящего момента.

Разборка и сборка электроприводов серии ПМСМ (1—3-й ти­пы размеров). При разборке следует освободить выходной конец вала агрегата от шкива или другого соединительного устройства; снять щеткодержатель 7 (см. рис. 55, а) …

Управление шаговым двигателем

Шаговый двигатель преобразует последовательность входных импульсов в точно определенное приращение механического положения вала, где каждый импульс перемещает вал на фиксированный угол. Затем можно дать команду двигателю перемещаться и удерживаться на одном из этих этапов без какого-либо датчика обратной связи (т. Е. Управления шаговым двигателем с разомкнутым контуром), пока двигатель точно подобран для приложения в отношении крутящего момента и скорости. Управление шаговым двигателем обеспечивает эту входную последовательность импульсов, чтобы дать команду двигателю двигаться в желаемое положение или с желаемой скоростью.

Приводы постоянного напряжения, управляющие шаговым двигателем, используются для подачи постоянного положительного или отрицательного напряжения на каждую обмотку для движения. Однако именно ток обмотки, а не напряжение, передает крутящий момент на вал шагового двигателя. Ток (I) в каждой обмотке связан с приложенным напряжением (V) индуктивностью (L) и сопротивлением обмотки (R). Таким образом, они также известны как приводы L / R. Для получения высокого крутящего момента на высоких скоростях требуется большое напряжение привода с низким сопротивлением и низкой индуктивностью.С приводом L / R можно управлять резистивным двигателем низкого напряжения с приводом более высокого напряжения, просто добавляя внешний резистор последовательно с каждой обмоткой. Однако, поскольку он тратит энергию на резисторы и выделяет тепло, он считается малоэффективным вариантом.

Приводы постоянного тока генерируют постоянный ток в каждой обмотке, а не прикладывают постоянное напряжение. На каждом новом шаге к обмотке сначала прикладывается высокое напряжение, в результате чего ток в обмотке быстро возрастает, поскольку dI / dt = V / L, где V велико.Ток в каждой обмотке контролируется контроллером шагового двигателя, обычно путем измерения напряжения на небольшом сенсорном резисторе, включенном последовательно с каждой обмоткой. Когда ток превышает указанный предел тока, напряжение отключается. Когда ток в обмотке падает ниже указанного предела, напряжение снова включается. Таким образом, ток остается относительно постоянным для определенного положения ступеньки. Это требует дополнительной электроники для измерения токов обмоток и управления переключением, но это позволяет шаговым двигателям приводить в действие более высокий крутящий момент на более высоких скоростях, чем приводы L / R.

Микрошаговые приводы

Portescap обеспечивают существенные преимущества для повышения разрешения системы, низкого уровня шума и плавности движения. Силовой каскад разработан для двигателей с низкой электрической постоянной времени и обеспечивает высокие динамические характеристики. Некоторые преимущества нашего микрошагового привода EDM-453:

• Переключение разрешения от 1/2 до 1/64 микрошага
• Высокое угловое разрешение в статике и динамике
• Плавная работа, низкий уровень шума
• Режим Boost для более высокого крутящего момента / ускорения
• Режим ожидания для оптимального управления теплом
• Режим управления измельчителем выбирается между регенеративным и свободным ходом
• Тактовая частота до 150 кГц
• Все входы оптоизолированы
• Защита от короткого замыкания и перегрева

Строительство, работа, типы и их применение

Шаговый двигатель — это электромеханическое устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую.Кроме того, это бесщеточный синхронный электродвигатель, который может разделить полный оборот на большое количество шагов. Положение двигателя можно точно контролировать без какого-либо механизма обратной связи, если двигатель точно подобран для конкретного применения. Шаговые двигатели аналогичны вентильным реактивным двигателям. Шаговый двигатель использует теорию работы магнитов, чтобы вал двигателя поворачивался на точное расстояние при подаче электрического импульса. У статора восемь полюсов, а у ротора — шесть.Ротору потребуется 24 импульса электричества, чтобы переместить 24 ступени на один полный оборот. Другими словами, ротор будет перемещаться точно на 15 ° за каждый электрический импульс, который получает двигатель.


Конструкция и принцип работы

Конструкция шагового двигателя довольно похожа на двигатель постоянного тока. Он включает в себя постоянный магнит, такой как ротор, который находится посередине, и он будет вращаться, когда на него будет действовать сила. Этот ротор заключен в №статора, намотанного через магнитную катушку. Статор расположен рядом с ротором, так что магнитные поля внутри статоров могут управлять движением ротора.

Шаговый двигатель

Шаговым двигателем можно управлять, подавая напряжение на каждый статор один за другим. Таким образом, статор намагничивается и работает как электромагнитный полюс, который использует энергию отталкивания на роторе, чтобы двигаться вперед. Альтернативное намагничивание статора, а также размагничивание будут постепенно сдвигать ротор и позволяет ему вращаться с большим контролем.

Принцип работы шагового двигателя — Электромагнетизм. Он включает в себя ротор с постоянным магнитом, а статор с электромагнитами. Как только питание подается на обмотку статора, внутри статора будет развиваться магнитное поле. Теперь ротор в двигателе начнет двигаться с вращающимся магнитным полем статора. Итак, это основной принцип работы этого двигателя.

Конструкция шагового двигателя

В этом двигателе используется мягкое железо, защищенное электромагнитными статорами.Полюса статора и ротора не зависят от типа шагового двигателя. Как только статоры этого двигателя находятся под напряжением, ротор будет вращаться, чтобы выровняться со статором, в противном случае поворачивается, чтобы иметь наименьший зазор через статор. Таким образом, статоры последовательно активируются для вращения шагового двигателя.

Техника вождения

Техника управления шаговым двигателем s может быть возможна с некоторыми специальными схемами из-за их сложной конструкции. Существует несколько способов управления этим двигателем, некоторые из них обсуждаются ниже на примере четырехфазного шагового двигателя.

Режим одиночного возбуждения

Базовый метод управления шаговым двигателем — это режим одиночного возбуждения. Это старый метод, который в настоящее время мало используется, но об этом методе нужно знать. В этом методе каждая фаза, в противном случае статор рядом друг с другом, будет запускаться одна за другой поочередно с помощью специальной цепи. Это намагнитит и размагнитит статор, чтобы ротор двигался вперед.

Полный шаговый привод

В этой технике одновременно активируются два статора вместо одного за очень короткий период времени.Этот метод приводит к высокому крутящему моменту и позволяет двигателю управлять высокой нагрузкой.

Полушаговый привод

Этот метод довольно похож на полный шаговый привод, потому что два статора будут расположены рядом друг с другом, так что он будет активирован первым, тогда как третий будет активирован после этого. Этот вид цикла для переключения сначала двух статоров, а затем третьего статора приводит в движение двигатель. Этот метод приведет к улучшенному разрешению шагового двигателя при уменьшении крутящего момента.

Микрошаговый

Этот метод используется чаще всего из-за его точности. Переменный ток шага будет подавать от схемы возбуждения шагового двигателя в направлении катушек статора в виде синусоидальной волны. Точность каждого шага может быть увеличена за счет этого небольшого шагового тока. Этот метод широко используется, поскольку он обеспечивает высокую точность, а также в значительной степени снижает рабочий шум.


Цепь шагового двигателя и его работа

Шаговые двигатели работают по-разному от щеточных двигателей постоянного тока, которые вращаются, когда напряжение прикладывается к клеммам.С другой стороны, шаговые двигатели имеют несколько зубчатых электромагнитов, расположенных вокруг куска железа в форме центральной шестерни. Электромагниты получают питание от внешней цепи управления, например, микроконтроллера.

Схема шагового двигателя

Чтобы заставить вал двигателя вращаться, сначала на один электромагнит подается мощность, которая заставляет зубья шестерни магнитно притягиваться к зубцам электромагнита. В момент, когда зубья шестерни выровнены относительно первого электромагнита, они немного смещены относительно следующего электромагнита.Таким образом, когда следующий электромагнит включается, а первый выключается, шестерня слегка поворачивается, чтобы выровняться со следующей, и оттуда процесс повторяется. Каждое из этих небольших поворотов называется шагом, при котором целое число шагов совершает полный оборот.

Таким образом, двигатель можно вращать с помощью точного. Шаговые двигатели не вращаются постоянно, они вращаются ступенчато. На статоре закреплены 4 катушки с углом между собой 90 o . Подключение шагового двигателя определяется способом соединения катушек.В шаговом двигателе катушки не соединены. Двигатель имеет шаг вращения от 90, до , при этом на катушки подается питание в циклическом порядке, определяющем направление вращения вала.

Работа этого двигателя отображается с помощью переключателя. Катушки активируются последовательно с интервалом в 1 секунду. Вал вращается на 90 o каждый раз, когда активируется следующая катушка. Его крутящий момент на низкой скорости будет напрямую зависеть от тока.

Типы шаговых двигателей

Существует три основных типа шаговых двигателей, это:

  • Шаговый двигатель с постоянным магнитом
  • Гибридный синхронный шаговый
  • Шаговый двигатель с регулируемым сопротивлением
Шаговый двигатель с постоянным магнитом

Двигатели с постоянными магнитами используют постоянный магнит (PM) в роторе и работают за счет притяжения или отталкивания между PM ротора и электромагнитами статора.

Это наиболее распространенный тип шагового двигателя по сравнению с различными типами шаговых двигателей, доступными на рынке. Этот двигатель включает в себя постоянные магниты в конструкции двигателя. Этот тип двигателя также известен как двигатель для жестяных банок. Основное преимущество этого шагового двигателя — меньшая стоимость производства. На каждый оборот приходится 48-24 шага.

Шаговый двигатель с регулируемым сопротивлением

Двигатели с регулируемым сопротивлением (VR) имеют ротор из гладкого железа и работают по принципу, согласно которому минимальное сопротивление достигается при минимальном зазоре, следовательно, точки ротора притягиваются к полюсам магнита статора.

Шаговый двигатель с переменным сопротивлением является основным типом двигателя и используется в течение последних многих лет. Как следует из названия, угловое положение ротора в основном зависит от сопротивления магнитной цепи, которое может образовываться между зубьями статора и ротора.

Гибридный синхронный шаговый двигатель
Гибридные шаговые двигатели

названы так потому, что в них используется комбинация методов постоянного магнита (PM) и переменного магнитного сопротивления (VR) для достижения максимальной мощности в небольших корпусах.

Наиболее популярным типом двигателя является гибридный шаговый двигатель, поскольку он дает хорошие характеристики по сравнению с ротором с постоянными магнитами с точки зрения скорости, шагового разрешения и удерживающего момента. Но этот тип шагового двигателя дороже по сравнению с шаговыми двигателями с постоянными магнитами. Этот двигатель сочетает в себе характеристики шаговых двигателей с постоянным магнитом и переменного магнитного сопротивления. Эти двигатели используются там, где требуется меньший угол шага, например 1,5, 1,8 и 2,5 градуса.

Как выбрать шаговый двигатель?

Прежде чем выбрать шаговый двигатель для ваших требований, очень важно изучить кривую крутящего момента двигателя.Таким образом, эту информацию можно получить у разработчика двигателя, и это графический символ крутящего момента двигателя при заданной скорости. Кривая скорости вращения двигателя должна точно соответствовать потребностям приложения; в противном случае невозможно получить ожидаемую производительность системы.

Типы электропроводки

Шаговые двигатели, как правило, являются двухфазными двигателями, такими как однополярные или биполярные. Для каждой фазы в униполярном двигателе есть две обмотки. Здесь центральный вывод — это обычный вывод между двумя обмотками к полюсу.У униполярного двигателя от 5 до 8 выводов.

В конструкции, в которой два общих полюса разделены, но имеют центральную резьбу, этот шаговый двигатель имеет шесть выводов. Если двухполюсные центральные ответвители короткие внутри, то у этого двигателя пять выводов. Униполярный с 8 выводами облегчит как последовательное, так и параллельное соединение, в то время как двигатель с пятью или шестью выводами имеет последовательное соединение обмотки статора. Работа униполярного двигателя может быть упрощена, поскольку во время его работы не требуется реверсировать поток тока в цепи управления, который известен как бифилярные двигатели.

В биполярном шаговом двигателе для каждого полюса имеется одна обмотка. Направление питания должно измениться через схему управления, чтобы она стала сложной, поэтому эти двигатели называются унифицированными двигателями.

Управление шаговым двигателем путем изменения тактовых импульсов

Схема управления шаговым двигателем

— это простая и недорогая схема, которая в основном используется в системах с низким энергопотреблением. Схема, представленная на рисунке, состоит из 555 таймеров IC как стабильного мультивибратора. Частота рассчитывается с использованием данного отношения.

Частота = 1 / T = 1,45 / (RA + 2RB) C, где RA = RB = R2 = R3 = 4,7 кОм и C = C2 = 100 мкФ.

Управление шаговым двигателем путем изменения тактовых импульсов

Выход таймера используется в качестве тактового сигнала для двух двойных D-триггеров 7474 (U4 и U3), сконфигурированных как кольцевой счетчик. При первоначальном включении питания устанавливается только первый триггер (т. Е. Выход Q на выводе 5 U3 будет на логической «1»), а остальные три триггера сбрасываются (т. Е. Выход Q находится на логическом уровне. 0). При получении тактового импульса выход логической «1» первого триггера смещается на второй триггер (вывод 9 U3).

Таким образом, выход логической 1 продолжает циклически сдвигаться с каждым тактовым импульсом. Выходы Q всех четырех триггеров усиливаются решетками транзисторов Дарлингтона внутри ULN2003 (U2) и подключаются к обмоткам шагового двигателя оранжевого, коричневого, желтого, черного цветов на 16, 15, 14, 13 ULN2003, а красный — на + ve поставка.

Общая точка обмотки подключена к источнику постоянного тока +12 В, который также подключен к выводу 9 ULN2003. Цветовой код обмоток может отличаться от производителя к производителю.Когда питание включено, управляющий сигнал, подключенный к контакту SET первого триггера и контактам CLR трех других триггеров, становится активным ‘низким’ (из-за схемы включения питания при сбросе, сформированной R1 -C1), чтобы установить первый триггер и сбросить остальные три триггера.

При сбросе Q1 IC3 становится «высоким», в то время как все остальные выходы Q становятся «низкими». Внешний сброс может быть активирован нажатием переключателя сброса. Нажав переключатель сброса, вы можете остановить шаговый двигатель.При отпускании переключателя сброса двигатель снова начинает вращаться в том же направлении.

Разница между шаговым двигателем и серводвигателем

Серводвигатели

подходят для приложений с высоким крутящим моментом и скоростью, тогда как шаговые двигатели менее дороги, поэтому они используются там, где требуется высокий удерживающий момент, ускорение от низкого до среднего, гибкость разомкнутого и замкнутого контура. Разница между шаговым двигателем и серводвигателем заключается в следующем.

Шаговый двигатель

Серводвигатель

Двигатель, который движется дискретными шагами, известен как шаговый двигатель. Серводвигатель — это один из видов двигателей с обратной связью, который подключен к энкодеру для обеспечения обратной связи по скорости и положению.

Шаговый двигатель используется там, где управление, а также точность являются главными приоритетами Серводвигатель используется там, где скорость является основным приоритетом

Общее количество полюсов шагового двигателя составляет от 50 до 100 Общее количество полюсов серводвигателя колеблется от 4 до 12
В замкнутой системе эти двигатели двигаются с постоянным импульсом Этим двигателям необходим энкодер для изменения импульсов для управления положением.

Крутящий момент высокий на меньшей скорости Крутящий момент низкий на высокой скорости
Время позиционирования меньше при коротких ходах Время позиционирования сокращается при длинных ходах
Перемещение по инерции с высоким допуском Перемещение по инерции с малым допуском
Этот двигатель подходит для механизмов с низкой жесткостью, таких как шкив и ремень Не подходит для механизма меньшей жесткости
Скорость отклика высокая Низкая скорость отклика
Используются для колеблющихся нагрузок Не используются для колеблющихся нагрузок
Регулировка усиления / настройки не требуется Требуется регулировка усиления / настройки
Шаговый двигатель против двигателя постоянного тока

И шаговые двигатели, и двигатели постоянного тока используются в различных промышленных приложениях, но основные различия между этими двумя двигателями немного сбивают с толку.Здесь мы перечисляем некоторые общие характеристики этих двух дизайнов. Каждая характеристика обсуждается ниже.

Характеристики

Шаговый двигатель

Двигатель постоянного тока

Управляющие характеристики Простой и использует микроконтроллер Просто, никаких дополнительных услуг не требуется
Диапазон скоростей Low от 200 до 2000 об / мин Умеренная
Надежность Высокая Умеренная
КПД Низкий Высокая
Характеристики крутящего момента или скорости Максимальный крутящий момент при меньших скоростях Высокий крутящий момент на меньших скоростях
Стоимость Низкий Низкий
Параметры шагового двигателя

Параметры шагового двигателя в основном включают угол шага, шаги для каждого оборота, шаги для каждой секунды и число оборотов в минуту.

Угол шага

Угол шага шагового двигателя может быть определен как угол, под которым ротор двигателя поворачивается, когда на вход статора подается одиночный импульс. Разрешение двигателя можно определить как количество шагов двигателя и число оборотов ротора.

Разрешение = количество шагов / количество оборотов ротора

Расположение двигателя можно определить через угол шага и он выражается в градусах.Разрешение двигателя (номер шага) — нет. шагов, которые совершают за один оборот ротора. Когда угол шага двигателя мал, разрешение для его расположения является высоким.

Точность расположения объектов с помощью этого мотора в основном зависит от разрешения. Как только разрешение будет высоким, точность будет низкой.

Некоторые точные двигатели могут создавать 1000 шагов за один оборот, включая угол шага 0,36 градуса.Типичный двигатель имеет угол шага 1,8 градуса с 200 шагами на каждый оборот. Различные углы шага, такие как 15 градусов, 45 градусов и 90 градусов, очень распространены в обычных двигателях. Количество углов может изменяться от двух до шести, а небольшой угол шага может быть достигнут за счет частей полюса с прорезями.

шагов на каждый оборот

Шаги для каждого разрешения можно определить как количество углов шага, необходимых для полного оборота. Формула для этого — 360 ° / угол шага.

шагов в секунду

Этот тип параметра в основном используется для измерения количества шагов, пройденных за каждую секунду.

Оборотов в минуту

Число оборотов в минуту — это оборот в минуту. Он используется для измерения частоты вращения. Таким образом, используя этот параметр, мы можем рассчитать количество оборотов за одну минуту. Основное соотношение между параметрами шагового двигателя следующее.

шагов на каждую секунду = оборот в минуту x количество шагов на оборот / 60

Шаговый двигатель

, взаимодействующий с микроконтроллером 8051

Шаговый двигатель взаимодействует с 8051 очень просто за счет использования трех режимов, таких как волновой привод, полный шаговый привод и полушаговый привод, путем подачи 0 и 1 на четыре провода двигателя в зависимости от того, какой режим привода мы должны выбрать для работы этого двигателя.

Остальные два провода необходимо подключить к источнику напряжения. Здесь используется униполярный шаговый двигатель, где четыре конца катушек подключены к основным четырем контактам порта 2 в микроконтроллере с помощью ULN2003A.

Этот микроконтроллер не обеспечивает достаточный ток для управления катушками, поэтому IC драйвера тока любит ULN2003A. Необходимо использовать ULN2003A, который представляет собой набор из 7 пар NPN транзисторов Дарлингтона. Проектирование пары Дарлингтона может быть выполнено с помощью двух биполярных транзисторов, которые соединены для достижения максимального усиления тока.

В ИС драйвера ULN2003A входные контакты — 7, выходные контакты — 7, где два контакта предназначены для клемм питания и заземления. Здесь используются контакты с 4 входами и 4 выходами. В качестве альтернативы ULN2003A, L293D IC также используется для усиления тока.

Необходимо очень внимательно следить за двумя общими проводами и четырьмя проводами катушки, иначе шаговый двигатель не будет вращаться. Это можно увидеть, измерив сопротивление с помощью мультиметра, но мультиметр не будет отображать никаких показаний между двумя фазами проводов.Как только общий провод и два других провода находятся в одинаковой фазе, он должен показывать одинаковое сопротивление, тогда как две конечные точки катушек в аналогичной фазе будут демонстрировать двойное сопротивление по сравнению с сопротивлением между общей точкой, а также одной конечной точкой.

Устранение неисправностей
  • Устранение неисправностей — это процесс проверки состояния двигателя, независимо от того, работает он или нет. Следующий контрольный список используется для поиска и устранения неисправностей шагового двигателя.
  • Сначала проверьте соединения, а также код цепи.
  • Если все в порядке, затем убедитесь, что двигатель получает надлежащее напряжение, иначе он просто вибрирует, но не вращается.
  • Если напряжение питания хорошее, проверьте конечные точки четырех катушек, связанных с ULN2003A IC.
  • Сначала найдите две общие конечные точки и подключите их к источнику питания 12 В, после этого подключите оставшиеся четыре провода к IC ULN2003A. Пока не запустится шаговый двигатель, попробуйте все возможные комбинации. Если это соединение неправильно, то этот двигатель будет вибрировать вместо вращения.
Могут ли шаговые двигатели работать непрерывно?

Как правило, все двигатели работают или вращаются непрерывно, но большинство двигателей не может остановиться, когда они находятся под напряжением. Когда вы пытаетесь ограничить вал двигателя, когда он находится под напряжением, он сгорит или сломается.

В качестве альтернативы шаговые двигатели разработаны так, чтобы делать дискретный шаг, а затем ждать там; снова шаг и оставайся там. Если мы хотим, чтобы двигатель оставался в одном месте на меньшее время, прежде чем снова сделать шаг, он будет выглядеть как непрерывно вращающийся.Энергопотребление этих двигателей велико, но рассеяние мощности в основном происходит, когда двигатель остановлен или неправильно спроектирован, тогда существует вероятность перегрева. По этой причине ток питания двигателя часто снижается, когда двигатель находится в удерживаемом положении в течение более длительного времени.

Основная причина в том, что когда двигатель вращается, его входная электрическая часть может быть изменена на механическую. Когда двигатель останавливается во время вращения, вся входная мощность может быть преобразована в тепло внутри катушки.

Преимущества

К преимуществам шагового двигателя можно отнести следующее.

  • Прочность
  • Простая конструкция
  • Может работать в системе управления без обратной связи
  • Техническое обслуживание низкое
  • Работает в любой ситуации
  • Надежность высокая
  • Угол поворота двигателя пропорционален входному импульсу.
  • Двигатель имеет полный крутящий момент в состоянии покоя.
  • Точное позиционирование и повторяемость движения, так как хорошие шаговые двигатели имеют точность 3–5% шага, и эта ошибка не накапливается от одного шага к другому.
  • Отличная реакция на пуск, остановку и движение задним ходом.
  • Очень надежен, так как в двигателе нет контактных щеток. Следовательно, срок службы двигателя просто зависит от срока службы подшипника.
  • Реакция двигателя на цифровые входные импульсы обеспечивает управление без обратной связи, что упрощает управление двигателем и снижает его стоимость.
  • Можно достичь очень низкоскоростного синхронного вращения с нагрузкой, непосредственно связанной с валом.
  • Может быть реализован широкий диапазон скоростей вращения, поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов.

Недостатки

К недостаткам шагового двигателя можно отнести следующее.

  • КПД низкий
  • Крутящий момент двигателя будет быстро снижаться со скоростью
  • Точность низкая
  • Обратная связь не используется для определения возможных пропущенных шагов
  • Малый крутящий момент по отношению к инерции
  • Чрезвычайно шумный
  • Если мотор не управляется должным образом, могут возникнуть резонансы
  • Этот двигатель нелегко эксплуатировать на очень высоких скоростях.
  • Требуется выделенная цепь управления
  • По сравнению с двигателями постоянного тока потребляет больше тока.

Приложения

К числу применений шагового двигателя относятся следующие.

  1. Промышленные машины — Шаговые двигатели используются в автомобильных датчиках и станках, в автоматизированном производственном оборудовании.
  2. Security — новые продукты наблюдения для индустрии безопасности.
  3. Медицина — Шаговые двигатели используются в медицинских сканерах, пробоотборниках, а также в цифровой стоматологической фотографии, жидкостных насосах, респираторах и оборудовании для анализа крови.
  4. Бытовая электроника — Шаговые двигатели в камерах для автоматической фокусировки и масштабирования цифровых камер.

А также есть приложения для бизнес-машин, приложения для компьютерной периферии.

Таким образом, это все об обзоре шагового двигателя, такого как конструкция, принцип работы, различия, преимущества, недостатки и области применения. Теперь у вас есть представление о типах супермоторов и их применении, если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме или электрические и электронные проекты, оставьте комментарии ниже.

Фото:

Драйверы шаговых двигателей — Драйверы шаговых двигателей переменного и постоянного тока


Драйверы шаговых двигателей переменного тока

Драйверы шаговых двигателей с входом переменного тока

обеспечивают превосходные характеристики крутящего момента в широком диапазоне скоростей, от низких до высоких, обеспечивая большое передаточное отношение. Поддерживает управление по замкнутому контуру без проблем с настройкой усиления или нестабильностью при использовании с двигателем AlphaStep AZ серии (абсолютный механический энкодер) или с двигателем AlphaStep AR Series (встроенный резольвер) для превосходного управления. RKII серии (разомкнутый контур) идеально подходит для требовательных приложений, где обратная связь не требуется.

Все драйверы шаговых двигателей с входом переменного тока оснащены опережающим микрошаговым управлением Oriental Motor (Smooth Drive). Эти драйверы доступны с импульсным входом или с сохраненными данными (сеть) через нашу группу продуктов FLEX и предлагают управление электромагнитным тормозом для вертикальных операций.

Используйте драйверы AlphaStep Closed Loop на всех наших продуктах на основе приводов в качестве общей платформы для упрощения проводки, повышения производительности машины и сетевого взаимодействия.

  • Импульсный вход, импульсный вход со связью RS-485, сохраненные данные (сеть), типы, совместимые с EtherNet / IP ™, EtherCAT или PROFINET
  • Однофазный или трехфазный вход
  • Замкнутый контур или Открытый контур


Драйверы шаговых двигателей с входом постоянного тока

Доступны для широкого диапазона напряжений постоянного тока, наши драйверы шагового двигателя постоянного тока доступны с теми же функциями, что и наши популярные драйверы входа переменного тока.

Кроме того, мы предлагаем драйверы ввода постоянного тока, специально разработанные для OEM-приложений. Плата CVD — это превосходный микрошаговый драйвер, обеспечивающий лучшую в отрасли характеристику крутящего момента, высокую точность даже при микрошагах и сверхнизкие характеристики вибрации с помощью усовершенствованной функции микрошага (плавного движения). Доступен в 2-фазном или 5-фазном исполнении.

Используйте драйверы замкнутого контура на всех наших продуктах на основе приводов в качестве общей платформы для упрощения проводки, повышения производительности машины и сетевого взаимодействия.

  • OEM (тип платы / карты) или тип коробки
  • Импульсный вход, Импульсный вход с коммуникацией RS-485, сохраненные данные с коммуникацией RS-485, EtherNet / IP ™, EtherCAT, PROFINET-совместимые типы или многоосевые * типы
  • AlphaStep Closed Loop, 2-фазные и 5-фазные шаговые двигатели
  • Вход 24 В, 48 или 75 В постоянного тока


Типы драйверов шаговых двигателей

Доступны драйверы, работающие в режиме импульсного ввода и в режиме встроенного контроллера.Вы можете выбрать желаемую комбинацию в соответствии с требуемой операционной системой.

Драйверы импульсного входа

Шаговым двигателем можно управлять с помощью генератора импульсов, предоставленного пользователем. Рабочие данные заранее вводятся в генератор импульсов. Затем пользователь выбирает рабочие данные на главном программируемом контроллере, а затем вводит операционную команду.

Встроенный контроллер (хранимые данные или хранимая программа) Драйверы типа

Встроенная функция генерации импульсов позволяет управлять двигателем через подключенный напрямую персональный компьютер или программируемый контроллер.Поскольку отдельный генератор импульсов не требуется, драйверы этого типа экономят место и упрощают электромонтаж.

Разница между характеристиками входа переменного и постоянного тока

Шаговый двигатель приводится в действие напряжением постоянного тока, подаваемым через драйвер. В двигателях и драйверах Oriental Motor с входным напряжением 24 В постоянного тока на двигатель подается 24 В постоянного тока. В двигателях и драйверах на 100-115 В переменного тока на входе выпрямляется постоянный ток, а затем на двигатель подается примерно 140 В постоянного тока (исключение составляют некоторые изделия.)

Эта разница в напряжении, подаваемом на двигатели, проявляется как разница в характеристиках крутящего момента на высоких скоростях. Это связано с тем, что чем выше приложенное напряжение, тем быстрее будет нарастание тока через обмотки двигателя, что облегчает приложение номинального тока на более высоких скоростях. Таким образом, входной двигатель переменного тока и система привода имеют превосходные характеристики крутящего момента в широком диапазоне скоростей, от низких до высоких, обеспечивая большое передаточное отношение.

Рекомендуется, чтобы для вашего приложения были рассмотрены системы двигателя и привода переменного тока, которые совместимы в более широком диапазоне рабочих условий, чем системы ввода постоянного тока.


Шаговые двигатели Сравнение продуктов


Шаговые двигатели

— Шаговые двигатели с замкнутым контуром, 2-фазные шаговые двигатели и 5-фазные шаговые двигатели Продукты

Серия продуктов

Серия AZ Абсолютные шаговые двигатели с замкнутым контуром

Серия AR Шаговые двигатели с замкнутым контуром

Двухфазные биполярные шаговые двигатели серии PKP

Двухфазные униполярные шаговые двигатели серии ПКП

5-фазные шаговые двигатели серии RKII

5-фазные шаговые двигатели серии ПКП

Характеристики

Замкнутый контур,
Механический абсолютный датчик
Энкодер

Замкнутый контур,
Высокоэффективный

High Torque,
Wide Диапазон тока
Стандартный, высокое разрешение
или плоский Тип

High Torque,
Wide Диапазон тока
Стандартное или высокое разрешение Тип

Высокоэффективный
5-фазный

Высокий крутящий момент,
Тип разъема
Стандартный или тип высокого разрешения

Угол основного шага

0.36 °

0,36 °

1,8 °, 0,9 °

1,8 °, 0,9 °

0,72 °

0,72 °, 0,36 °

Требуется драйвер

AZ серии

Серия AR

Биполярная серия CVD

Серия CMD, униполярный

Серия РКИИ

Серия CVD, 5 фаз

Вход питания драйвера

переменного или постоянного тока

переменного или постоянного тока

постоянного тока

постоянного тока

AC

постоянного тока

Размеры рамы

0.79 дюймов (20 мм)
1,10 дюйма (28 мм)
1,65 дюйма (42 мм)
2,36 дюйма (60 мм)
3,35 / 3,54 дюйма (85/90 мм)

1,10 дюйма (28 мм)
1,65 дюйма (42 мм)
2,36 дюйма (60 мм)
3,35 / 3,54 дюйма (85/90 мм)

0,79 дюйма (20 мм)
1,10 дюйма (28 мм)
1,38 дюйма (35 мм)
1,65 дюйма (42 мм)
1,97 дюйма (50 мм)
2,22 / 2,36 дюйма (56,4 дюйма) 60 мм)
3,35 / 3,54 дюйма (85/90 мм)

0.79 дюймов (20 мм)
1,10 дюйма (28 мм)
1,38 дюйма (35 мм)
1,65 дюйма (42 мм)
1,97 дюйма (50 мм)
2,22 / 2,36 дюйма (56,4 / 60 мм) )
3,35 дюйма (85 мм)

1,65 дюйма (42 мм)
2,36 дюйма (60 мм)
3,35 / 3,54 дюйма (85/90 мм)

1,10 дюйма (28 мм)
1,65 дюйма (42 мм)
2,22 / 2,36 дюйма (56,4 / 60 мм)

Доступные опции

Редукторный тип
Электромагнитный тормоз

Редукторный тип
Электромагнитный тормоз

Редукторный тип
Энкодер
Электромагнитный тормоз

Редукторный тип
Энкодер
Электромагнитный тормоз

Редукторный тип
Энкодер
Электромагнитный тормоз

Кодер с редуктором

Макс.Удерживающий момент

2,8 унции на дюйм до 752 фунта дюйм

42 унции на дюйм до 442 фунта дюйм

2,8 унции на дюйм до 1062 фунта дюйм

2,8 унции до 64 фунтов

19,8 унций на дюйм до 460 фунтов на дюйм

7,3 унции до 53 фунтов

0,02 Н · м до 85 Н · м

0.От 3 Н · м до 50 Н · м

0,02 Н · м до 120 Н · м

от 0,02 Н · м до 7,3 Н · м

0,14 Н · м до 52 Н · м

0,052 Н · м до 6 Н · м

Узнать больше

Серия AZ Абсолютные шаговые двигатели с замкнутым контуром

AR Шаговые двигатели с замкнутым контуром серии

Двухфазные биполярные шаговые двигатели серии PKP

Двухфазные униполярные шаговые двигатели серии ПКП

5-фазные шаговые двигатели серии RKII

5-фазные шаговые двигатели серии ПКП

Универсальный контроллер SCX11

Можно сохранить 100 программ последовательности

SCX11 может хранить до 100 программ и выполнять различные операции, от простых движений, таких как «повторяющаяся операция позиционирования», до сложных элементов управления, таких как «операция по вычислению значения на основе внешних входов».

Простота эксплуатации

Удобное и простое в использовании программное обеспечение для ПК «Immediate Motion Creator для серии CM / SCX» входит в комплект поставки SCX11. Легко начать операцию одним нажатием кнопки или кнопкой запуска, установив величину хода и скорость. Графический интерфейс пользователя позволяет легко создавать программы, выбирая команды из списка команд. Другие доступные функции включают: Монитор в реальном времени для позиции обучения, текущего положения и состояния входов / выходов, настройки параметров системы, функций осциллографа и назначения входов / выходов.

Интеллектуальная настройка


Запрограммируйте данные для скорости и величины хода, задав параметр «Единица пользователя». Данные могут быть запрограммированы в таких единицах, как «мм», «дюйм» и «оборот».

Вход внешнего энкодера


SCX11 имеет функцию для входов внешнего энкодера, которая обеспечивает непрерывный мониторинг положения обратной связи и ошибки положения.Линейный драйвер, открытый коллектор и входы TTL совместимы.


Порт USB в стандартной комплектации

SCX11 имеет порт мини-USB на передней панели, который может напрямую подключаться к ПК через имеющийся в продаже кабель мини-USB. Никакого специального кабеля или преобразователя не требуется.

Различные интерфейсы для работы

1.Автономная работа с использованием датчиков и переключателей

SCX11 может работать как автономный контроллер, без ПК или программируемого контроллера, используя 9 общих входов и 4 общих выхода для выбора желаемых последовательностей.

2. Прямая командная работа через CANopen


SCX11 имеет стандартный встроенный интерфейс для CANopen.

* CANopen для SCX11 сертифицирован CiA (CAN в автоматизации).

3. Работа с ПК


SCX11 может подключаться к ПК через RS-232C или USB. SCX11
также может быть подключен через последовательное соединение RS-232C для многоосевого управления
с другим SCX11 или другими продуктами, такими как универсальный двигатель Alphastep с замкнутым контуром серии
ASX.

4.Работа с помощью программируемого контроллера


SCX11 может передавать широкий спектр сигналов через ввод / вывод на программируемый контроллер
. Последовательная связь также доступна, если
программируемый контроллер имеет встроенный интерфейс USB или RS-232C.

Два типа операций

1. Выполнение операции последовательности [Функция сохраненной программы]


Эта функция доступна для условного перехода с использованием универсального ввода-вывода, процессов ожидания с использованием внутренних таймеров и других операций, основанных на управлении последовательностью, включая установку данных о местоположении и скорости.SCX11 может хранить до 100 различных программ, которые можно выбирать и запускать через USB, RS-232C, CANopen и порт ввода / вывода.

[Пример программы]

S e q 1
[1] V S 1; Начальная скорость
[2] V R 9; Скорость движения
[3] T A 1; Время разгона
[4] T D 2; Время замедления
[5] D I S 2; Расстояние инкрементального перемещения
[6] L O O P 3; Начать подсчет блока LOOP
[7] M I; Увеличенное расстояние перемещения
[8] M E N D; Дождитесь окончания движения
[9] W A I T 1; Подождать заданное время
[1 0] E N D L; Конец блока LOOP
[1 1] M A 0; Перейти в абсолютное положение
[1 2] M E N D; Дождитесь окончания движения
[1 3] E N D; Конечная последовательность
* Вы можете установить скорость и величину хода в качестве единиц фактического движения, например «мм», «дюйм» и «оборот».

2. Прямая командная работа


Управляйте двигателем напрямую, отправляя команды через последовательный порт
(USB, RS-232C, CANopen) с ПК или программируемого контроллера
. Эта функция подходит для приложений, в которых данные позиционирования
часто обновляются или управляются одновременно с помощью ПК или программируемого контроллера
.

[Примеры команд]

D I S; Расстояние инкрементального перемещения
V R; Рабочая скорость
V S; Начальная скорость
T A; Время разгона
T D; Время замедления
M I; Перемещение приращения расстояния
M A; Перейти в абсолютное положение
M C P; Движение непрерывно, положительное
M C N; Двигаться постоянно, отрицательно
M G H P; Поиск механического исходного положения
A L M C L R; Очистить состояние тревоги


Что такое шаговый двигатель и контроллеры? — Omega Engineering

Шаговый двигатель — это бесщеточный синхронный электродвигатель, который преобразует цифровые импульсы в механическое вращение вала.Каждый оборот шагового двигателя делится на дискретное количество шагов, во многих случаях 200 шагов, и для каждого шага двигателю необходимо посылать отдельный импульс. Шаговый двигатель может делать только один шаг за раз, и каждый шаг одинакового размера. Поскольку каждый импульс заставляет двигатель вращаться на точный угол, обычно 1,8 °, положением двигателя можно управлять без какого-либо механизма обратной связи. По мере увеличения частоты цифровых импульсов шаговое движение переходит в непрерывное вращение, при этом скорость вращения прямо пропорциональна частоте импульсов.Шаговые двигатели используются каждый день как в промышленных, так и в коммерческих целях из-за их низкой стоимости, высокой надежности, высокого крутящего момента на низких скоростях и простой и прочной конструкции, которая работает практически в любых условиях.

Преимущества шагового двигателя

Преобразование нелинейного входного сигнала в линейный выходной сигнал. Это обычное дело для сигналов термопар.

Угол поворота двигателя пропорционален входному импульсу.
Двигатель имеет полный крутящий момент в состоянии покоя (если обмотки находятся под напряжением).
Точное позиционирование и повторяемость движения, поскольку хорошие шаговые двигатели имеют точность от 3 до 5% шага, и эта ошибка не накапливается от одного шага к другому.
Отличная реакция на пуск / остановку / движение задним ходом.
Очень надежен, так как в двигателе нет контактных щеток. Следовательно, срок службы шагового двигателя просто зависит от срока службы подшипника.
Шаговые двигатели, реагирующие на импульсы цифрового входа, обеспечивают управление без обратной связи, что упрощает управление двигателем и снижает его стоимость.
Можно добиться синхронного вращения на очень низкой скорости с нагрузкой, непосредственно связанной с валом.
Может быть реализован широкий диапазон скоростей вращения, поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов.

Типы шаговых двигателей

Существует три основных типа шаговых двигателей: с переменным сопротивлением, с постоянным магнитом и гибридные. Это обсуждение будет сосредоточено на гибридном двигателе, поскольку эти шаговые двигатели сочетают в себе лучшие характеристики двигателей с переменным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами.Они сконструированы с полюсами статора с несколькими зубьями и ротором с постоянными магнитами. Стандартные гибридные двигатели имеют 200 зубцов ротора и вращаются с шагом 1,8 °. Поскольку они демонстрируют высокий статический и динамический крутящий момент и работают с очень высокой частотой шагов, гибридные шаговые двигатели используются в широком спектре коммерческих приложений, включая компьютерные дисководы, принтеры / плоттеры и проигрыватели компакт-дисков. Некоторые промышленные и научные применения шаговых двигателей включают робототехнику, станки, машины для захвата и размещения, автоматизированные машины для резки и склеивания проволоки и даже точные устройства контроля жидкости.

Пошаговые режимы

«Шаговые режимы» шагового двигателя включают полный, половинный и микрошаговый. Тип выхода шагового режима любого шагового двигателя зависит от конструкции драйвера. OMEGA предлагает приводы с шаговыми двигателями с переключаемым полным и половинным шагами, а также микрошаговые приводы с переключаемым или программным выбором разрешения.

ПОЛНЫЙ ШАГ
Стандартные гибридные шаговые двигатели имеют 200 зубцов ротора или 200 полных шагов на оборот вала двигателя.Разделение 200 шагов на 360 ° вращения равняется полному углу шага 1,8 °. Обычно режим полного шага достигается за счет подачи питания на обе обмотки при попеременном реверсировании тока. По сути, один цифровой импульс от драйвера эквивалентен одному шагу.

HALF STEP
Полушаг просто означает, что шаговый двигатель вращается со скоростью 400 шагов за оборот. В этом режиме запитывается одна обмотка, а затем поочередно запитываются две обмотки, в результате чего ротор вращается на половину расстояния, или 0.9 °. Хотя он обеспечивает примерно на 30% меньше крутящего момента, полушаговый режим обеспечивает более плавное движение, чем полушаговый режим.

MICROSTEP
Microstepping — это относительно новая технология шагового двигателя, которая регулирует ток в обмотке двигателя до такой степени, что дополнительно разделяет количество положений между полюсами. Приводы OMEGA с микрошагом способны разделять полный шаг (1,8 °) на 256 микрошагов, что дает 51 200 шагов на оборот (0,007 ° / шаг). Микрошаг обычно используется в приложениях, требующих точного позиционирования и более плавного движения в широком диапазоне скоростей.Как и полушаговый режим, микрошаговый режим обеспечивает примерно на 30% меньше крутящего момента, чем полушаговый режим.

Управление линейным движением
Вращательное движение шагового двигателя может быть преобразовано в линейное движение с помощью системы привода ходового винта / червячной передачи. Шаг или шаг ходового винта — это линейное расстояние, пройденное за один оборот винта. Если шаг равен одному дюйму на оборот, и есть 200 полных шагов на оборот, то разрешение системы ходового винта равно 0.005 дюймов на шаг. Еще более высокое разрешение возможно при использовании шагового двигателя / системы привода в микрошаговом режиме.

Серия

в сравнении с параллельным подключением Существует два способа подключения шагового двигателя: последовательно или параллельно. Последовательное соединение обеспечивает высокую индуктивность и, следовательно, больший крутящий момент на низких скоростях. Параллельное соединение снижает индуктивность, что приводит к увеличению крутящего момента на более высоких скоростях.

Обзор технологии драйвера

Драйвер шагового двигателя получает сигналы шага и направления от индексатора или системы управления и преобразует их в электрические сигналы для запуска шагового двигателя.На каждую ступень вала двигателя требуется один импульс. В полношаговом режиме со стандартным 200-шаговым двигателем требуется 200 шаговых импульсов для совершения одного оборота. Скорость вращения прямо пропорциональна частоте импульсов. Некоторые драйверы имеют встроенный генератор, который позволяет использовать внешний аналоговый сигнал или джойстик для установки скорости двигателя.

Скорость и крутящий момент шагового двигателя основаны на протекании тока от привода к обмотке двигателя.Фактор, который препятствует потоку или ограничивает время, необходимое току для возбуждения обмотки, известен как индуктивность. Влияние индуктивности, большинство типов схем драйвера предназначены для подачи большего количества напряжения, чем номинальное напряжение двигателя. Чем выше выходное напряжение от драйвера, тем выше уровень крутящего момента в зависимости от скорости. Как правило, выходное напряжение драйвера (напряжение шины) должно быть в 5-20 раз выше номинального напряжения двигателя. Чтобы защитить двигатель от повреждения, привод шагового двигателя должен быть ограничен по току до номинального тока шагового двигателя.

Обзор индексатора

Индексатор или контроллер предоставляет драйверу выходные данные шага и направления. Для большинства приложений требуется, чтобы индексатор управлял и другими функциями управления, включая ускорение, замедление, количество шагов в секунду и расстояние. Индексатор также может взаимодействовать со многими другими внешними сигналами и управлять ими.

Связь с индексатором осуществляется через последовательный порт RS-232 и в некоторых случаях порт RS485. В любом случае индексатор способен принимать высокоуровневые команды от главного компьютера и генерировать необходимые импульсы шага и направления для драйвера.

Индексатор включает в себя вспомогательные входы / выходы для контроля входов от внешних источников, таких как переключатель Go, Jog, Home или Limit. Он также может запускать другие функции машины через выходные контакты ввода / вывода.

Автономная работа

В автономном режиме индексатор может работать независимо от главного компьютера. После загрузки в энергонезависимую память программы движения можно запускать с различных типов операторских интерфейсов, таких как клавиатура или сенсорный экран, или с переключателя через вспомогательные входы / выходы.Автономная система управления шаговым двигателем часто комплектуется драйвером, источником питания и дополнительной обратной связью энкодера для приложений «замкнутого контура», требующих обнаружения опрокидывания и точной компенсации положения двигателя.

Многоосевое управление


В таких случаях доступна многокоординатная система управления. К сетевому концентратору HUB 444, например, может быть подключено до четырех шаговых приводов, каждый из которых подключен к отдельному шаговому двигателю. Сетевой концентратор обеспечивает согласованное перемещение приложений, требующих высокой степени синхронизации, например круговой или линейной интерполяции.

Выбор шагового двигателя и привода

Выбор шагового двигателя зависит от требований к крутящему моменту и скорости. Используйте кривую крутящий момент-скорость двигателя (указанную в технических характеристиках каждого привода), чтобы выбрать двигатель, который будет выполнять эту работу. Каждый шаговый привод в линейке OMEGA показывает кривые крутящий момент-скорость для рекомендуемых двигателей. Если ваши требования к крутящему моменту и скорости могут быть удовлетворены с помощью нескольких шаговых двигателей, выберите привод, основанный на потребностях вашей системы движения — шаг / направление, автономный программируемый, аналоговые входы, микрошаговый — затем выберите один из рекомендуемых двигателей для этого привода. .Список рекомендуемых двигателей основан на обширных испытаниях, проведенных производителем для обеспечения оптимальной производительности шагового двигателя и комбинации привода.

Выберите шаговый двигатель, подходящий для вашего приложения

Шаг и направление
Эти приводы шаговых двигателей принимают импульсы шага и сигналы направления / разрешения от контроллера, такого как ПЛК или ПК. Каждый шаговый импульс заставляет двигатель вращаться на определенный угол, а частота импульсов определяет скорость вращения.Сигнал направления определяет направление вращения (по часовой или против часовой стрелки), а разрешающий сигнал включает или выключает двигатель.

Учить больше

Осциллятор
Приводы шаговых двигателей со встроенным цифровым осциллятором принимают аналоговый вход или джойстик для управления скоростью. Эти системы обычно используются в приложениях, требующих непрерывного движения, а не управления положением, таких как миксеры, блендеры и дозаторы.

Учить больше

Автономный программируемый
Все эти шаговые приводы можно запрограммировать для автономной работы; программа управления движением создается с помощью простого высокоуровневого программного интерфейса с перетаскиванием (входит в комплект бесплатно), затем загружается и запускается при включении питания.Программа управления движением обычно ожидает ввода, такого как замыкание переключателя или нажатие кнопки, перед выполнением запрограммированного движения.

Учить больше

Высокопроизводительные шаговые двигатели
Эти приводы с шаговыми двигателями обладают расширенными функциями, такими как самодиагностика, защита от сбоев, автонастройка, сглаживание пульсаций крутящего момента, сглаживание командных сигналов и антирезонансные алгоритмы. Некоторые приводы программируются отдельно, в то время как другие предлагают ступенчатые / направляющие и аналоговые входы.Высокопроизводительные приводы обеспечат наилучшую производительность вашей системы управления движением.

Учить больше Техническое обучение Техническое обучение Просмотреть эту страницу на другом языке или в другом регионе

шаговый двигатель с управлением — MATLAB и Simulink

Эта модель показывает, как использовать драйвер шагового двигателя и блоки шагового двигателя вместе для реализации управляемого шагового двигателя с постоянными магнитами.Модель предоставляет два варианта контроллера: один для управления положением и один для управления скоростью. Чтобы изменить тип контроллера, щелкните правой кнопкой мыши блок Controller, выберите Variant-> Override using-> и выберите Position или Speed.

Шаговый двигатель имеет полный шаг 1,8 градуса. В модели управления положением вход Ref — это желаемое количество шагов. В режиме управления скоростью вход Ref представляет собой желаемое количество шагов в секунду.

Эта модель является моделью системного уровня, подходящей для изучения динамики шагового двигателя и того, будет ли угол шага уменьшаться при движении с заданным грузом.Его также можно использовать для настройки шагового контроллера для повышения производительности шагового режима. Часто контроллер частично или полностью реализован на стандартном модуле шагового контроллера.

Альтернатива реализации алгоритма на микропроцессоре (таком как PIC) дает большую гибкость, и микропроцессор также может использоваться для управления другими частями всей системы. В этом случае части блока драйвера шагового двигателя также могут быть реализованы в микропроцессоре, оставив только каскад усилителя мощности в аналоговой электронике.

Модель

Результаты моделирования при регистрации Simscape

Тест управления положением

Угол вала двигателя по сравнению с сигналом запроса. Алгоритм управления положением принимает команду положения как ряд шагов и преобразует ее в последовательность импульсов, которая управляет драйвером шагового двигателя. Пики на графике угловой скорости возникают, когда вал устанавливается в заданное положение.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.