Быстрые движения под высоким напряжением, или почти вся правда об управлении шаговым мотором / Geektimes. Доброго вам времени суток, уважаемые гики и сочувствующие! В этой публикации я хочу поделиться своим опытом управления. Точнее – управления шагами.

Из этой картинки видно, что шаговый мотор в электрическом плане. При работе с трёхамперной нагрузкой драйвер грелся и терял .

Теперь самодельный станок с числовым программным управлением стоит. Гибридные шаговые двигатели 17HS3404N в корпусе Nema 17 с. Находясь в состоянии удержания шаговые двигатели 17HS3404N греются гораздо . Управление шаговыми двигателями только кажется таким сложным. Домашнее ЧПУ (CNC) » Драйвер шагового двигателя на основе SLA7024M. Двигатель и должен греться, вопрос до какой температуры. Что такое шаговый двигатель и для чего он?

А уж если быть совсем точным, речь пойдёт об управлении замечательным устройством – шаговым электродвигателем. Что же такое этот самый шаговый электродвигатель?

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

К сожалению, все вышеупомянутые преимущества достигаются ценой значительной сложности системы управления шаговым мотором (для простоты будем называть эту систему драйвером). Теперь рассмотрим схему работы типичного шагового мотора: Из этой картинки видно, что шаговый мотор в электрическом плане представляет собой два или более электромагнита, которые необходимо переключать в определённой последовательности для приведения ротора в движение.

Лирическое отступление: На настоящий момент существуют два основных типа шаговых моторов: униполярный и биполярный. Поскольку униполярные моторы имеют меньший крутящий момент и худшие скоростные характеристики, в данной публикации они рассматриваться не будут. Итак, вернёмся к управлению биполярным мотором. Как это ни парадоксально звучит, но зачастую проще обсуждать общие принципы на конкретных примерах. В качестве примера мы возьмём шаговый мотор ST4. L1. 80. 4- A производителя Nanotec.

Почему именно этот мотор и производитель? Причина проста: по основным характеристикам это типичный представитель моторов типоразмера NEMA 1. Основные характеристики данного мотора: Рабочее напряжение 3,1. ВРабочий ток 1,8 ААктивное сопротивление обмотки 1,7. Ом. Индуктивность обмотки 3,3 м. Гн. Момент удержания 0,5 Нм. Угловой размер шага 1,8.

Основное отличие шаговых двигателей от серводвигателей - то, что шаговые двигатели. Двигатель не нагревается, потребляется ток пропорционально нагрузке. Проведем расчет для фрезерного станка ЧПУ. Контроллеры управления шаговыми двигателями, для станков с ЧПУ (CNC). Как выяснилось, шаговые осевые двигатели греются не по-детски, при резке 3D-рельефа змейкой особенно достается движку X, если . Бесплатная доставка ЧПУ Nema 23 Шаговый двигатель 57BYGH112 425oz-in 112 мм 3A ce rohs iso 3D-принтеры робот . Шаговый двигатель NEMA17 и его драйвер L298N. Шаговый двигатель для станка ЧПУ (NEMA23 23HS8430 for CNC) - Duration: 4:02.

Применив закон Ома, выясняем, что производитель указал рабочий ток и напряжение для постоянного тока, протекающего через обмотки двигателя, без учёта индуктивности. Проверка: I = U/R, или 1,8 А = 3,1. В/1,7. 5 Ом. Всё сходится.

Какой же будет мощность рассеяния при питании обмоток постоянным током? Всё просто: P=I x U, или 1,8 А х 3,1. В = 5,6. 7 Вт. В полушаговом режиме возможна ситуация, когда ток течёт через обе обмотки мотора, соответственно рассеиваемую мощность нужно удвоить: 5,6. Вт х 2 = 1. 1,3. 4 Вт.

Это достаточно много, и может привести к перегреву мотора. Эта же величина является минимальной мощностью блока питания для этого мотора. Обыкновенный 3. D принтер имеет пять подобных моторов, соответственно для питания драйверов необходим источник питания с минимальной мощностью 1. Вт х 5 = 5. 6,7 Вт. К этой цифре необходимо добавить электрическую мощность, превращённую мотором в кинетическую или потенциальную энергию при работе принтера.

Точный расчёт этой мощности — дело достаточно сложное, на практике проще всего добавить 7. Почему именно 7. 5%? Дело в том, что обычный шаговый мотор способен совершить полезную работу на величину примерно 2/3 от максимальной тепловой мощности. В данном случае для создания какого- либо узла или устройства сначала подбирается подходящий мотор (например, по крутящему моменту), а после этого рассчитывается мощность блока питания. Итоговая мощность блока питания для пяти шаговых моторов: 5. Вт х 1,7. 5 = 9. 9,2. Вт. Конечно, на практике ни в одном любительском устройстве не используются моторы под максимальной нагрузкой, и реальная мощность потребления будет, скорее всего, намного ниже расчётной.

Я же, как человек ленивый и скаредный, крайне не люблю делать одно и то же два раза, поэтому беру блок питания всегда с некоторым запасом (то есть, согласно вышеприведённым расчётам). Теперь пришла пора приступить к определению минимально необходимого напряжения блока питания. К сожалению, этому параметру уделяется незаслуженно маленькое внимание в тематических публикациях. Почему этот параметр так важен? Дело в том, что при вращении ротора шагового мотора через катушки течёт переменный ток, ограниченный не только активным, но также и индуктивным сопротивлением обмоток. Рассмотрим предоставленный производителем график зависимости крутящего момента нашего мотора от частоты вращения: На графике присутствуют две линии, показывающие зависимость крутящего момента от частоты вращения для напряжения питания 2.

В (красная линия) и 4. В (зелёная линия). Нетрудно заметить, что спад крутящего момента начинается примерно с 3. В и примерно с 6. В. При этом необходимо упомянуть, что производитель использует недоступные любителям дорогостоящие промышленные драйверы.

Почему же так важно напряжение питания драйвера, если оно даже в случае питания от 1. В заведомо выше паспортной величины напряжения питания шагового мотора (3,1. В)? Дело в том, что шаговый мотор управляется током, а не напряжением, и именно источниками тока являются все современные драйверы. В идеальном случае драйвер обеспечивает заданный ток в обмотках двигателя вне зависимости от частоты вращения ротора, нагрузки, изменения температуры и других параметров. Это организовано за счёт работы ШИМ- регулятора, управляемого зачастую довольно сложными алгоритмами. Из технической документации нашего мотора видно, что для полного оборота ротору необходимо совершить 2.

Это, проще говоря, соответствует переменному току частотой 1 к. Гц. На этой частоте индуктивное сопротивление обмотки составит (R(L)=2. Какое же напряжение необходимо для обеспеченияя тока в 1,8 А при этом сопротивлении? Закон Ома не дремлет (U=IR): 1,8 А х 2. Ом = 3. 7,3. 1 В. Неудивительно, что выше частоты вращения 3. Почему же при таком вопиющем недостатке питания (3.

В) спад не наступает при более низкой частоте вращения? Дело в том, что в современных драйверах используется мостовая схема выходных каскадов, что позволяет «удваивать» напряжение, прикладываемое к обмоткам мотора. То есть, теоретически драйвер способен приложить «виртуальные» 4. В к обмоткам при напряжении питания 2. В, что создаёт теоретический запас по напряжению 4. В. На практике же этот запас будет нивелирован потерями в драйвере, сопутствующих цепях и активным сопротивлением обмоток мотора (активное сопротивление обмоток присутствует постоянно, и даже несколько возрастает при нагреве мотора). При увеличении частоты вращения ротора свыше 3.

При питании от 2. Игру 102 Далматинеца тут. В драйверу перестаёт хватать напряжения питания для поддержания тока в обмотках, и крутящий момент неуклонно снижается. То же самое происходит при питании драйвера от 4. В, но уже гораздо значительно позже, при частоте вращения 6. Итак, с мощностью и величиной напряжения блока питания всё ясно, теперь необходимо переходить к практической реализации универсального драйвера, способного как к филигранной работе при помощи крохотных NEMA 1. NEMA 2. 3. Какими же основными качествами должен иметь драйвер моей мечты?

Высокое напряжение питания. Поскольку в техдокументации к моторам крайне редко указано максимальное напряжение питания, лучше будет ограничиться напряжением 4. В. 2. Важнейший параметр: высокий выходной ток. NEMA 2. 3 имеют рабочие токи вплоть до 3,5 А, драйвер должен обеспечивать этот ток с запасом 3.