Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ?

Шаговой двигатель для ЧПУ: как определиться с выбором?

Шаговый двигатель понадобится любому человеку, который собрался самостоятельно собрать станок с ЧПУ. Главное – заранее определиться со сферой применения устройства. Наибольших усилий и показателей требует обработка цветных металлов, что отдельно учитывается при выборе шагового двигателя для ЧПУ.

Шаговый двигатель понадобится любому человеку, который собрался самостоятельно собрать станок с ЧПУ. Главное – заранее определиться со сферой применения устройства. Наибольших усилий и показателей требует обработка цветных металлов, что отдельно учитывается при выборе шагового двигателя для ЧПУ.

Какие критерии определяющие для выбора?

Надо помнить о том, что, по сравнению с обычными двигателями, шаговые требуют более сложных схем для управления. А критериев не так уж много.

  1. Параметр индуктивности.

Первый шаг – определение квадратного корня из индуктивности обмотки. Результат потом умножаем на 32. Значение, полученное в качестве итога, потом требуется сравнивать с напряжением источника, от которого питание идёт к драйверу.

Эти числа не должны отличаться друг от друга слишком сильно. Мотор будет греться и шуметь слишком сильно, если напряжение питания больше полученного значения на 30 и больше %. Если же он меньше, то, по мере нарастания скорости, крутящий момент убывает. Чем больше индуктивность – тем проще сохранить высокий крутящий момент. Но для этого надо подобрать драйвер, имеющий большое напряжение питания. Только в этом случае шаговой двигатель работает нормально.

  1. График того, как крутящий момент и скорость зависят друг от друга.

Это позволит понять, насколько двигатель в принципе соответствует запросам и техническому заданию.

  1. Параметры геометрического плана.

Особое внимание рекомендуется уделить диаметру вала, фланцу и длине двигателя.

Кроме того, следующие показатели так же рекомендуется внимательно изучить:

  • Максимальный статический синхронизирующий момент.
  • Момент по инерции у роторов.
  • Ток внутри фазы по номиналу.
  • Общее сопротивление фаз омического типа.

О разновидностях двигателей

Для станка используемая разновидность шаговых двигателей – параметр не менее важный, чем остальные. Каждая модель наделена своими особенностями.

  1. Биполярные чаще всего применяются совместно с ЧПУ.

Главное достоинство – возможность легко выбрать новый драйвер, если старый выходит из строя. На малых оборотах при этом сохраняется высокое удельное сопротивление.

Для них характерна высокая скорость. Актуальны, если именно данному параметру уделяют больше всего внимания в случае выбора.

Это несколько видов биполярных двигателей, которые отличаются друг от друга и подбираются в зависимости от подключения обмотки.

Можно изучить готовые модели станков, предлагаемые текущим рынком. Благодаря подобному подходу выбор значительно упрощается. Главное – чтобы характеристики и размеры подходили к создаваемому проекту.

Об усилиях резания

Часто владельцы думают, что на фрезу агрегата надо сильно давить, иначе она будет неправильно работать. Это заблуждение, которое не соответствует истине. Важнее всего то, как правильно пользователь задаёт параметры рабочего процесса.

Не обязательно пользоваться сложными специальными формулами, чтобы понять, как правильно действовать. Это можно проверить и прямо голыми руками.

По поводу резонанса при средних частотах

Шаговые двигатели связаны с возникновением сильного резонанса. По сути, они работают, как маятник с подвешенным на пружине грузиком. Роль груза выполняет ротор, а поле с магнитной энергией – пружина. Собственные колебания имеют частоту, определяемую по двум показателям:

  1. Инерция ротора.
  2. Сила тока.

Резонанс появляется, когда разность между скоростью и фазностью момента достигает 180 градусов. Это означает, что присутствует соответствие скорости и изменений внутри магнитного поля. Движение становится быстрым при позиционировании по новому шагу. Крутящий момент падает из-за того, что больше всего энергии уходит, чтобы преодолеть инерцию.

Об энкодерах и драйверах, подключениях

Специальные драйверы нужны для того, чтобы управлять устройством. Они подключаются к LTP портам у персональных компьютеров. От программы идёт генерация сигналов, которые потом принимаются драйверами. После чего двигатель и получает определённые команды. Подача тока на обмотки позволяет организовать работу всего устройства. Программное обеспечение облегчает контроль:

  • По двигательной величине.
  • Для скоростей.
  • По траекториям.

Драйвер – это блок, отвечающий за управление всем двигателем. Формирование управляющего сигнала происходит при участии специального контроллера. Что предполагает подключение к устройству сразу четырёх выводов шагового двигателя. С блока питания идёт энергия, отрицательная и положительная, она и соединяется с моторами для дальнейшей работы.

С контроллера ПУ сигналы идут к драйверу. Далее организуется управление процессом, во время которого переключаются ключи, составляющие схему с питающим напряжением. Последнее идёт с блока питания, на двигатель, проходя по ключам.

Дополнительные рекомендации по выбору

Максимум по току требуемого напряжения, идущего к выводам – главный фактор, на основании которого следует делать выбор. Ток, выдаваемый драйвером, может быть следующих типов:

  1. Такой же, что потребляет двигатель.
  2. Выше, чем упомянутое ранее значение.

Желаемые параметры по исходному напряжению выбираются при помощи специальных переключателей.

Шаговые двигатели могут иметь различный порядок подключения. Обычно он зависит от того, каким количеством проводов снабжён привод. Надо обратить внимание и на назначение устройства. На рынке выпускается множество моделей, и практически у каждой используется свой вариант подключаемой схемы. Внутри размещается до 4-6 проводов. Биполярные модули сопровождают стандартно именно варианты с четырьмя проводами.

Каждые две обмотки идут с двумя приводами. Нужно использовать обычный метр, чтобы не допустить ошибок. Шестипроводные двигатели отличаются максимальной мощностью. Это значит, что каждая обмотка сопровождается двумя проводами и одним центр-краном. Такие аппараты допускают два вида соединений:

  1. С биполярными аппаратами.
  2. С униполярными моделями.

Для разделения проводов так же применяются приборы измерения. Однополярные устройства предполагают, что используются все шесть проводов. В случае с биполярными можно взять всего один центральный кран вместе с проводами по одной обмотке.

Что ещё учесть?

Центр-краном называют обычный провод. Ещё для него используют обозначения «центральный», «средний». Часть моделей шаговых двигателей снабжаются подобными приспособлениями. Каждая обмотка идёт совместно с тремя проводами, когда речь идёт об униполярных вариантах. Два из них организуют соединение с транзисторами. Центр-кран или средний идёт прямо до источника питания или напряжения.

Два боковых провода вообще можно игнорировать, если транзисторы использовать не планируется.

Пяти- и шестипроводные модели во многом похожи друг на друга. Но внутри центральные провода выводятся в один общий кабель, вместе с остальными составляющими. Обмотки не удастся соединить друг с другом, если будут отсутствовать разрывы. Лучше всего именно средний провод соединять с другими проводниками. Тогда об эффективности и безопасности устройства можно будет не волноваться. Нужно просто брать подходящие детали.

Заключение

Подобрать подходящую модель двигателя для станка будет проще, если заранее изучить основные характеристики, а так же предложения на соответствующем рынке. Главное – обращаться к поставщикам, которые заслуживают доверия. Малейший брак и ошибка приведут к выходу из строя весьма дорогостоящих деталей.

Шаговой двигатель для ЧПУ: как определиться с выбором?

Какие критерии определяющие для выбора?

Надо помнить о том, что, по сравнению с обычными двигателями, шаговые требуют более сложных схем для управления. А критериев не так уж много.

  1. Параметр индуктивности.

Первый шаг – определение квадратного корня из индуктивности обмотки. Результат потом умножаем на 32. Значение, полученное в качестве итога, потом требуется сравнивать с напряжением источника, от которого питание идёт к драйверу.

Эти числа не должны отличаться друг от друга слишком сильно. Мотор будет греться и шуметь слишком сильно, если напряжение питания больше полученного значения на 30 и больше %. Если же он меньше, то, по мере нарастания скорости, крутящий момент убывает. Чем больше индуктивность – тем проще сохранить высокий крутящий момент. Но для этого надо подобрать драйвер, имеющий большое напряжение питания. Только в этом случае шаговой двигатель работает нормально.

  1. График того, как крутящий момент и скорость зависят друг от друга.
Читайте также  Что прочнее сталь или медь?

Это позволит понять, насколько двигатель в принципе соответствует запросам и техническому заданию.

  1. Параметры геометрического плана.

Особое внимание рекомендуется уделить диаметру вала, фланцу и длине двигателя.

Кроме того, следующие показатели так же рекомендуется внимательно изучить:

  • Максимальный статический синхронизирующий момент.
  • Момент по инерции у роторов.
  • Ток внутри фазы по номиналу.
  • Общее сопротивление фаз омического типа.

CNC-DESIGN

Шаговые двигатели выбор и расчет основных параметров. Шаговый двигатель — это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические движения. Вал шагового двигателя вращается с дискретным шагом, когда на него подаются управляющие импульсы в правильной последовательности. Вращение двигателей напрямую зависит от входящих импульсов, так же они напрямую управляют направлением и скоростью вращения вала двигателя.

Преимущества и недостатки шагового двигателя: Преимущества: — угол поворта двигателя пропорционален входным импульсам; — фиксация положения при остановке током удержания; — точное позиционирование и повторяемость движения, так как большинство шаговых двигателей имеют точность 3-5% шага, и эта ошибка не суммируется от одного шага к следующему; — низкая инертность при запуске, остановке и реверсе; — высокая надежность, поскольку в двигателе отсутствуют контактные щетки, поэтому срок службы двигателя в основном зависит от срока службы подшипников; — реакция двигателя на цифровые входные импульсы обеспечивает управление без обратной связи, что делает систему более простой и, следовательно, более экономичной; — можно достичь очень низкой скорости синхронного вращения с нагрузкой, которая напрямую связана с валом; — можно реализовать широкий диапазон скоростей вращения, так как скорость пропорциональна частоте входных импульсов; — шаговые двигатели дешевле серводвигателей.

Недостатки: — может возникнуть явление резонанса, при некорректном расчете узла или системы управления; — двигатель непрост вэксплуатации наочень высоких скоростях, 3000+ об/мин; — сложность системы управления; — падение мощности с ростом скорости вращения; — отсутствие обратной связи; — невысокая удельная мощность; — низкая скорость вращения; — шум.

Выбор шагового двигателя. Шаговый двигатель можно использовать когда требуется контролируемое движение. Они могут использоваться в приложениях, где необходимо контролировать угол поворота, скорость, положение и синхронизацию. Из-за присущих выше преимуществ, шаговые двигатели нашли свое место в различных устройствах: принтеры, плоттеры, лазерные резаки, гравировальные станки, устройства захвата и так далее. При выборе шагового двигателя для вашего устройства необходимо учитывать несколько факторов: Как двигатель будет связан с нагрузкой? Какие скорость и ускорения необходимо реализовать? Какой крутящий момент необходим для перемещения исполнительного механизма? Какая степень точности требуется при позиционировании?

Количество полюсов (однополюсный/биполярный) Обычно шаговые двигатели имеют две фазы, но также существуют трех- и пятифазные двигатели. Биполярный двигатель с двумя фазами имеет одну обмотку/фазу, а однополярный двигатель имеет одну обмотку с центральным отводом на фазу. Иногда шаговый двигатель называют четырехфазным двигателем, хотя он имеет только две фазы. Двигатели с двумя отдельными обмотками на фазу могут приводиться в двухполярный или однополярный режим. Желательно, чтобы количество проводов на двигателе соответствовало количеству контактов на драйвере, чтобы не заниматься различными ухищрениями при подключения.

Номинальный ток Обычно указывается максимальный ток, который подается одновременно на обе обмотки. Максимальный ток через одну обмотку (который действительно имеет значение при использовании микрошагов) указывается достаточно редко. При подаче номинального тока на одну обмотку происходит нагрев двигателя, из-за этого обычно ограничивают ток двигателя не более 85% от номинального тока. Для достижения максимального крутящего момента двигателя без перегрева, необходимо выбрать двигатель с номинальным током не более чем на 25% выше, чем рекомендуемый максимальный ток привода шагового двигателя.

Крутящий момент Выходной крутящий момент и мощность шагового двигателя зависят от размера двигателя, теплоотвода, рабочего цикла, обмотки двигателя и типа используемого привода. Если шаговый двигатель работает без нагрузки во всем диапазоне частот, одна или несколько точек собственных колебаний резонанса могут быть обнаружены либо по звуку, либо по датчикам вибрации. Полезный крутящий момент от шагового двигателя может быть резко уменьшен за счет резонансов. Работы на резонансных частотах следует избегать. Внешнее демпфирование, дополнительная инерция или применение микрошагов используются для уменьшения эффекта резонанса.

Удерживающий момент Это максимальный крутящий момент, который может обеспечить двигатель, когда обе обмотки находятся под напряжением при полном токе. Крутящий момент пропорционален току (за исключением очень малых токов), поэтому, например, если вы установите драйверы на 85% от номинального тока двигателя, то максимальный крутящий момент будет 85% * 0,707 = 60% от указанного удерживающего момента. Крутящий момент возникает, когда угол ротора отличается от идеального угла, который соответствует току в его обмотках. Когда шаговый двигатель ускоряется, возникает крутящий момент для преодоления собственной инерции ротора и массы нагрузки, приводимой в движении. Чтобы создать этот крутящий момент, угол ротора должен отставать от идеального угла. Известно, что использование микрошага снижает крутящий момент. На самом деле это означает, что угол запаздывания равен углу, соответствующему одному микрошагу (поскольку вы хотите, чтобы положение было с точностью до одного микрошага), более высокое значение микрошага предполагает уменьшение угла, а значит и уменьшение крутящего момента. Крутящий момент на единицу угла (что действительно имеет значение) не уменьшается при увеличении микрошага. Иными словами, отправка импульса на двигатель на один микрошаг 1/16 приводит к точно таким же фазовым токам (и, следовательно, к тем же силам), что и к отправке двух 1/32 микрошагов или четырех 1/64 микрошагов и так далее.

Размер Шаговые двигатели также классифицируются в соответствии с размерами корпуса, которые соответствуют размеру рамы двигателя. Например, шаговый двигатель NEMA11 имеет размер рамы приблизительно 1,1 дюйма (28 мм). Аналогично, шаговый двигатель NEMA23 имеет размер корпуса 2,3 дюйма (57 мм) и т. д. Однако длина корпуса может изменяться от двигателя к двигателю в рамках одной и той же классификации размеров, при этом крутящий момент двигателя с определенным размером рамы будет увеличиваться с увеличением длины корпуса.

— габарит рамы 20х20 мм; — диапазон длин: 30-42 мм; — крутящий момент: 0,18-0,3 кг*см.

Выбор шагового двигателя (Страница 1 из 3)

Чтобы отправить ответ, вы должны войти или зарегистрироваться

Сообщения с 1 по 25 из 58

1 Тема от iiv9 2016-02-10 22:12:28

  • iiv9
  • Новичок
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2016-02-09
  • Сообщений: 7

Тема: Выбор шагового двигателя

Доброго времени суток Всем. Настало время сделать станок. У меня на первый взгляд простой вопрос для профессионалов в этом деле. Из какого расчета выбирается шаговый двигатель по мощности. Есть ли какие формулы для расчетов? Станок планирую для обработки древесины и пластика с рабочим полем 600 на 900.

2 Ответ от Sergey_Slavyanskiy 2016-02-11 08:40:43

  • Sergey_Slavyanskiy
  • Администратор
  • Неактивен
  • Откуда: Москва
  • Зарегистрирован: 2015-12-24
  • Сообщений: 8,055

Re: Выбор шагового двигателя

Доброго времени суток Всем. Настало время сделать станок. У меня на первый взгляд простой вопрос для профессионалов в этом деле. Из какого расчета выбирается шаговый двигатель по мощности. Есть ли какие формулы для расчетов? Станок планирую для обработки древесины и пластика с рабочим полем 600 на 900.

Естественно на каждый шаговый двигатель действует момент силы измеряемый в ньютон на метр ( Н*м). Подбирается в зависимости от станка, нужно знать конфигурацию и момент станка измерить можно простыми методами тоже в ньютон-метр!

Читайте также  Чем почистить латунь до блеска?

3 Ответ от iiv9 2016-02-11 14:57:10

  • iiv9
  • Новичок
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2016-02-09
  • Сообщений: 7

Re: Выбор шагового двигателя

Большое спасибо за ответ. Планирую делать станок по модели №4 (хоть про него ничего хорошего не пишут). Ориентировочно какие двигатели подойдут. Много моторов от старых принтеров, но они на мой взгляд слабоваты.

4 Ответ от cnc-master 2016-02-12 12:08:51

  • cnc-master
  • Администратор
  • Неактивен
  • Откуда: МОСКВА
  • Зарегистрирован: 2014-12-08
  • Сообщений: 777,777,852

Re: Выбор шагового двигателя

Много моторов от старых принтеров, но они на мой взгляд слабоваты.

С моторчиками от принтера ничего дельного не получится! Разве что можно сделать выжигатель)

5 Ответ от pavel2015zp 2016-02-27 16:01:55

  • pavel2015zp
  • Участник
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2016-02-27
  • Сообщений: 13

Re: Выбор шагового двигателя

Кто работал с шаговиками Nema 23 (3 А, 22 кг/см)? Хочу собрать станок используя такие двигатели. Как они показали себя в работе, не греются соответствуют указанным характеристикам?

6 Ответ от Sergey_Slavyanskiy 2016-02-28 16:28:55

  • Sergey_Slavyanskiy
  • Администратор
  • Неактивен
  • Откуда: Москва
  • Зарегистрирован: 2015-12-24
  • Сообщений: 8,055

Re: Выбор шагового двигателя

Кто работал с шаговиками Nema 23 (3 А, 22 кг/см)? Хочу собрать станок используя такие двигатели. Как они показали себя в работе, не греются соответствуют указанным характеристикам?

7 Ответ от pavel2015zp 2016-03-01 15:57:44 (изменено: pavel2015zp, 2016-03-01 15:58:37)

  • pavel2015zp
  • Участник
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2016-02-27
  • Сообщений: 13

Re: Выбор шагового двигателя

Кто работал с шаговиками Nema 23 (3 А, 22 кг/см)? Хочу собрать станок используя такие двигатели. Как они показали себя в работе, не греются соответствуют указанным характеристикам?

Планирую собрать фрезер ЧПУ (2000х1200х300) :
— ось у — два двигателя Nema 23 (3 А, 22 кг/см) + 2 ШВП 2005 либо реечная передача
— ось х — один двигатель Nema 23 (3 А, 22 кг/см) + 1 ШВП 2005
— ось z — один двигатель Nema 23 (3 А, 22 кг/см) + 1 ШВП 2005

Работать на станке буду в основном с деревом твердых парод и иногда алюминий

8 Ответ от Sergey_Slavyanskiy 2016-03-02 10:27:21

  • Sergey_Slavyanskiy
  • Администратор
  • Неактивен
  • Откуда: Москва
  • Зарегистрирован: 2015-12-24
  • Сообщений: 8,055

Re: Выбор шагового двигателя

нет не подойдёт 23

9 Ответ от oparin-ac 2016-03-16 10:25:46

  • oparin-ac
  • Участник
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2016-02-24
  • Сообщений: 10

Re: Выбор шагового двигателя

Скажите а как определить сколько Н*М мне нужно. Прошу прощения а то я в школе давно учился, не соображу что то.

10 Ответ от ficus 2016-04-11 14:06:17

  • ficus
  • Участник
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2016-03-11
  • Сообщений: 10

Re: Выбор шагового двигателя

Человек сделал станочек на Nema23, вот ссылка forum.alexwest.ru/index.php?showtopic=13373

11 Ответ от Salomonlarry 2016-04-24 14:37:21

  • Salomonlarry
  • Участник
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2016-04-16
  • Сообщений: 10

Re: Выбор шагового двигателя

Кто подскажет Nema 23 3A. НА рабочие поле примерно 800×1000 mm при условии что на ось X будут стоять два двигателя Вот станок https://777russia.ru/forum/viewtopic.ph … kWtEtU.vk, хватит мощности?

Добавлено: 2016-04-24 14:40:36

Передача будет ШВП

12 Ответ от Sergey_Slavyanskiy 2016-04-24 15:55:21

  • Sergey_Slavyanskiy
  • Администратор
  • Неактивен
  • Откуда: Москва
  • Зарегистрирован: 2015-12-24
  • Сообщений: 8,055

Re: Выбор шагового двигателя

13 Ответ от oldviking 2016-05-01 02:09:48

  • oldviking
  • Участник
  • Неактивен
  • Зарегистрирован: 2016-01-13
  • Сообщений: 10

Re: Выбор шагового двигателя

Почему нет -хоть немного разъясните ,ато получается 34-й больше ставьте их и лучше если купите у нас!
Хотелось бы немного увидеть растеты с обоснованиями

14 Ответ от Sergey_Slavyanskiy 2016-05-01 11:04:28

  • Sergey_Slavyanskiy
  • Администратор
  • Неактивен
  • Откуда: Москва
  • Зарегистрирован: 2015-12-24
  • Сообщений: 8,055

Re: Выбор шагового двигателя

я 16 лет строю станки! на опыте я вам сказал, по расчётам в интернет для изучения мат части ! да и то ваши расчёты не помогут какой китайский завод? какие двигателя вы уверены что заявленные мощности те что у вас в двигатели. Дальше какие винты вы ставите ? даже хивины типа бренд натяг разный, дальше винты также , в общем если вам нужно умники они на другом форуме, там пипец как умничают и расчёты суют а сами нихрена не сделали, а если и вымучали один два станка считают себя профи! я сделал сотни станков!
хотите сэкономить? сэкономите но столкнётесь с проблемами!

я вам не предлагал у нас ничего покупать и совет бесплатный !

Обзор электроники для ЧПУ станков и 3D принтеров

Кроме ЧПУ станков на сайта CNC TEX можно посмотреть обзоры электронных компонентов для ЧПУ станков и 3D принтеров. Что поможет выбрать как собирать ЧПУ станок на Arduino или на Mach3.

Плата для ЧПУ на Arduino UNO, CNC shield v3 и драйвера A4988 (DRV8825).

С драйверами шаговых двигателей A4988 и DRV8825 мы уже познакомились в предыдущих статьях. Рассмотрели подключение данных драйверов с помощью модуля. Сегодня рассмотрим CNC shield v3, которая позволяет установить драйвера в количестве 4 штук без использования дополнительных проводов подключения.

Для чего нужен CNC shield v3?

Модуль для подключения драйверов A4988 и DRV8825.

В предыдущих статьях мы уже рассмотрели, что такое драйвер шагового двигателя, а также рассмотрели два драйвера: A4988 и DRV8825. Разобрали схему подключения данных драйверов к Arduino. Сегодня рассмотрим модуль для подключения драйверов A4988 и DRV8825, который поможет подключить драйвера A4988 и DRV8825 без использования дополнительных компонентов (например, макетной платы) и при использовании минимального набора проводов.

Как видно на фото ниже, адаптеры бывают разные по форме и по размеру. Также контакты подключения расположены по-разному. Но не пугайтесь, принцип работы данных модулей одинаковый.

Настройка 3dTouch или BlTouch в Marlin

При покупке практически любого 3D принтера приходится его доработать. У одних рама не очень жёсткая, у других есть люфт и пр. Но, кроме необходимой доработки, можно повысить комфорт работы при 3D печати. Для этого ставят датчики для автоколибровки стола 3D принтера. Самыми распространёнными датчиками являются 3dTouch и BlTouch. У данных датчиков одинаковый принцип действия, но стоимость значительно отличается. А какой ставить, решать вам.

Драйвер шагового двигателя DRV8825. Подключение к Arduino.

В предыдущей статье уже рассмотрели самый распространённый драйвер шагового двигателя A4988. В данной статье рассмотрим еще одни, не менее популярный, драйвер шагового двигателя DRV8825 и подключим его к Arduino, а также научимся управлять шаговым двигателем. Не смотря на то, что драйвер шагового двигателя DRV8825 полностью взаимозаменяем с драйвером A4988, драйвер DRV8825 имеет ряд преимуществ: рабочее напряжение до 45В, ток до 2,5 А и деление микрошага до 1/32.

Драйвер шагового двигателя A4988.

Драйвер шагового двигателя A4988 является электронным устройством, которое заставляет вращаться шаговый двигатель, путем совершение шагов. Данное устройство незаменимо при разработке высокоточных ЧПУ станков и 3D принтеров.

Применение драйвера для шагового двигателя A4988.

Для создания высокоточных станков используют шаговые двигатели, которые обладают рядом преимуществ перед коллекторными двигателями:

  • Шаговый двигатель быстро стартует, останавливается и совершает реверс.
  • Высокая точность перемещения и позиционирования.

arduino micro sd

500 МВт 405нм синий лазерный модуль с TTL ШИМ

GRBL ESP32 подключаем двигатели, шпиндель, SD карту.

Обработка на станках с ЧПУ. Преимущество и применение.

Universal G-Code Sender управляющая программа для ЧПУ на русском.

Наши проекты:

Портал ПК — Уроки и Проекты на Arduino, ESP32, ESP8266

Ардуино технологии — Новые уроки и проекты на Arduino, ESP32, ESP8266

ЧПУ технологии — Самодельные ЧПУ станки, обзоры, статьи

GreenEnergyTex — Зеленая энергетика и технологии

Читайте также  Как правильно наточить цепь бензопилы на станке?

Шаговые двигатели (подробный разбор 4 типов)

Общие сведения:

Шаговый двигатель — это бесколлекторный двигатель, ротор которого вращается не плавно, а шагами (дискретно). Полный оборот ротора состоит из нескольких шагов. Меняя форму сигнала, количество импульсов, их длительность и фазовый сдвиг, можно задавать скорость вращения, направление вращения и количество оборотов ротора двигателя.

Шаговые двигатели состоят из ротора (подвижная часть) и статора (неподвижная часть). На статоре устанавливают электромагниты, а части ротора взаимодействующие с электромагнитами выполняются из магнитотвердого (двигатель с постоянными магнитами) или магнитомягкого (реактивный двигатель) материала.

Виды шаговых двигателей по типу ротора:

По типу ротора, шаговые двигатели делятся на: двигатели с постоянными магнитами, реактивные двигатели и гибридные двигатели.

  • Двигатель с постоянными магнитами (ротор из магнитотвердого материала). На роторе установлен один, или несколько, постоянных магнитов. Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества постоянных магнитов на роторе, и количества электромагнитов на статоре. Обычно в одном обороте от 4 до 48 шагов (один шаг от 7,5° до 90° ).
  • Реактивный двигатель (ротор из магнитомягкого материала). Еще такие двигатели называют двигателями с переменным магнитным сопротивлением. Ротор не имеет постоянных магнитов, он выполнен из магнитомягкого материала в виде многоконечной звезды. Данные двигатели встречаются редко, так как у них наименьший крутящий момент, по сравнению с остальными, при тех же размерах. Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества зубцов на звезде ротора, и количества электромагнитов на статоре. Обычно в одном обороте от 24 до 72 шагов (один шаг от 5° до 15°.)
  • Гибридный двигатель (совмещает технологии двух предыдущих двигателей). Ротор выполнен из магнитотвердого материала (как у двигателя с постоянными магнитами), но имеет форму многоконечной звезды (как у реактивного двигателя). Количество полных шагов в одном обороте таких двигателей, зависит от количества постоянных магнитов на звезде ротора, и количества электромагнитов на статоре. Количество шагов в одном обороте таких двигателей может доходить до 400 (один шаг от 0,9°).

Какой тип шагового двигателя у меня?

Если вручную покрутить ротор отключённого двигателя, то можно заметить, что он движется не плавно, а шагами. После того, как Вы покрутили ротор, замкните все провода двигателя и покрутите ротор повторно. Если ротор крутится также, значит у Вас реактивный двигатель. Если для вращения ротора требуется прикладывать больше усилий, значит у вас двигатель с постоянными магнитами или гибридный. Отличить двигатель с постоянными магнитами от гибридного можно подсчитав количество шагов в одном обороте. Для этого не обязательно считать все шаги, достаточно примерно понять, их меньше 50 или больше. Если меньше, значит у Вас двигатель с постоянными магнитами, а если больше, значит у Вас гибридный двигатель.

Виды шаговых двигателей по типу соединения электромагнитов статора:

По типу соединения электромагнитов, шаговые двигатели делятся на: униполярные и биполярные.

На рисунке представлено упрощённое, схематическое, представление обмоток.
На самом деле, каждая обмотка состоит из нескольких обмоток электромагнитов, соединённых последовательно или параллельно

  • Биполярный двигатель имеет 4 вывода. Выводы A и A питают обмотку AA, выводы B и B питают обмотку BB. Для включения электромагнита, на выводы обмотки необходимо подать разность потенциалов (два разных уровня), поэтому двигатель называется биполярным. Направление магнитного поля зависит от полярности потенциалов на выводах.
  • Униполярный двигатель имеет 5 выводов. Центральные точки его обмоток соединены между собой и являются общим (пятым) выводом, который, обычно, подключают к GND. Для включения электромагнита, достаточно подать положительный потенциал на один из выводов обмотки, поэтому двигатель называется униполярным. Направление магнитного поля зависит от того, на какой именно вывод обмотки подан положительный потенциал.
  • 6-выводной двигатель имеет ответвление от центральных точек обмоток, но обмотка AA не соединена с обмоткой BB. Если не использовать выводы центральных точек обмоток, то двигатель будет биполярным, а если эти выводы соединить и подключить к GND, то двигатель будет униполярным.
  • 8-выводной двигатель является наиболее гибким в плане подключения электромагнитов. Данный двигатель можно не только использовать как биполярный или униполярный, но и самим определять, как соединить электромагниты обмоток, последовательно или параллельно.

Какой тип шагового двигателя у меня?

Если у Вашего двигателя 4 вывода, значит он биполярный. Если у Вашего двигателя 5 выводов, значит он униполярный. Но если у Вашего двигателя 6 и более выводов, то это не значит что некоторые из них являются центральными выводами катушек электромагнитов. Дело в том, что есть двигатели, некоторые выводы которых (обычно крайние), электрически замкнуты, так биполярный двигатель может иметь 6 выводов. Точно определить тип соединений, для двигателей с 6 и более выводами, можно только измеряя сопротивление между выводами.

Режимы работы шаговых двигателей:

    Для работы шагового двигателя (вне зависимости от его вида) можно выбрать один из трех режимов работы:
  • Полношаговый режим — ротор поворачивается на 1 шаг за 1 такт.
  • Полушаговый режим — ротор поворачивается на ½ шага за 1 такт.
  • Микрошаговый режим — ротор поворачивается на ¼, ⅛ и т.д. шагов за 1 такт.

Ниже рассмотрены режимы работы, на примере биполярного двигателя с постоянным магнитом и полным шагом 90°.

Полношаговый режим (одна фаза на полный шаг). Номинальные значения шагового двигателя указываются именно для этого режима.

Полношаговый режим (две фазы на полный шаг). Этот режим позволяет увеличить крутящий момент почти в половину от номинального.

Полушаговый режим. Этот режим позволяет увеличить количество шагов в полном обороте в два раза, при незначительном уменьшении крутящего момента.

Микрошаговый режим. Этот режим является наиболее распространённым, он позволяет увеличить количество шагов в полном обороте в четыре раза, благодаря неравномерному распределению токов в обмотках. Снижение токов можно достичь снижением напряжения (как показано на картинке) или подавать полное напряжение через подключаемую внешнюю нагрузку.

Если подавать уровни не «0» — «½» — «1» (как на картинке), а «0» — «¼» — «½» — «¾» — «1», то количество шагов в полном обороте увеличится не в 4 раза, а в 8 раз. Можно увеличить количество шагов в 16, 32, 64 раза и т.д., а если заменить дискретные уровни сигналов на синусоиды, то мотор будет вращаться плавно (без шагов).

Режимы пониженного энергопотребления — доступны только для 8-выводных двигателей. Эти режимы отличаются от обычных тем, что используют только половину фазы (половину электромагнитов). Данные режимы используются редко, так как они значительно снижают крутящий момент двигателя.

Пример работы шаговых двигателей с разными видами роторов:

Подключение шаговых двигателей к Arduino:

Электромоторы нельзя подключать к выводам Arduino напрямую, так как они потребляют значительные токи, шаговые двигатели не являются исключением, поэтому их подключают через драйверы.

Большинство драйверов работают либо с биполярными двигателями, либо с униполярными.

  • Биполярный двигатель можно подключить только к драйверу биполярных двигателей.
  • 6-выводной двигатель можно подключить к любому драйверу. Если не использовать выводы центральных точек обмоток, то двигатель будет биполярным, а если эти выводы соединить и подключить к GND, то двигатель будет униполярным.
  • 8-выводной двигатель является наиболее гибким в плане подключения. Данный двигатель можно не только использовать как биполярный или униполярный, но и самим определять, как соединить электромагниты обмоток внутри двигателя, последовательно или параллельно.
  • Униполярный двигатель, при необходимости, можно подключить и к драйверу биполярного двигателя по простой схеме из нескольких диодов (лучше использовать диоды Шоттки), но такое подключение гарантирует корректность работы униполярного двигателя только в полношаговом режиме.