Блок питания для шагового двигателя схема

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

Блок питания для шагового двигателя схема

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.

Блок питания для шагового двигателя схема

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

Блок питания для шагового двигателя схема

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.

Блок питания для шагового двигателя схема

Блок питания 0…30 В / 3A

Набор для сборки регулируемого блока питания…

Блок питания для шагового двигателя схема

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.

Блок питания для шагового двигателя схема

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.

Блок питания для шагового двигателя схема
Блок питания для шагового двигателя схема

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.

Блок питания для шагового двигателя схема

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.

Блок питания для шагового двигателя схема

  • 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:
  • Скачать программу управления шаговым двигателем (204,1 KiB, скачано: 2 178)

Подключение шагового двигателя принтера

Блок питания для шагового двигателя схема

Фрезерование разделочной доска 300 мм в диаметре из фанеры 12 мм

Блок питания для шагового двигателя схема

Пример фрезерования на самодельном фрезерном ЧПУ станке с дисплеем

Блок питания для шагового двигателя схема
Блок питания для шагового двигателя схема

Любая разработка начинается с выбора компонентов. При разработке ЧПУ станка очень важно правильно подобрать шаговые двигателя . Если у вас есть деньги на покупку новых двигателей, в таком случае нужно определить рабочее напряжения и мощность двигателя. Я купил себе для второго ЧПУ станка шаговые двигателя вот такие: Nema17 1.7 А.

Если у вас нет достаточно денег или вы просто пробуете свои силы в данной сфере. То вы скорее всего будите использовать двигателя из принтеров . Это самый недорогой вариант. Но тут Вы столкнетесь с рядом проблем. У двигателя может быть 4, 5, 6, 8 — проводов для подключения. Как их подключить к драйверам L298n и СNC shield.

Давайте разберемся по порядку. Какие шаговые двигателя бывают. Если вы видите четное количество выводов это биполярный шаговый двигатель . Расположение обмотки для данного двигателя вот такое.

Читайте также:  Впрыск воды в двигатель для чего

Блок питания для шагового двигателя схема

Если у двигателя 5 выводов, это униполярный шаговый двигатель . Вот так выгладит его схема.

Блок питания для шагового двигателя схема

Наши драйвера рассчитаны на двигателя с 4 выводами . Как быть? Как их подключить?

Биполярные ШД с 6-ю выводами подключаются к драйверу двумя способами:

Блок питания для шагового двигателя схема

В данном случае ШД имеет момент в 1.4 раза больше. Момент более стабилен на низких частотах.

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

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

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

  • Потребляемая мощность ШД — I*2 * R
  • При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится Iпосл.*2 * 2 * R
  • Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому I*2 * R = Iпосл.*2 * 2* R, откуда

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

Блок питания для шагового двигателя схема

Во втором случае момент более стабилен на высоких частотах. Параметры ШД при таком подключении соответствуют заявленным в datasheet, (момент, ток), момент более стабилен на высоких частотах .

Униполярный шаговый двигатель можно переделать

Блок питания для шагового двигателя схема

Для этого нужно разобрать шаговый двигатель и перерезать провод соединяющий центр обмоток. И при подключении общий провод подключать ни куда не нужно.

Блок питания для шагового двигателя схема

В итоге у нас получается биполярный двигатель с 4 выводами.

Шаговые двигателя с 8-ю выводами можно подключить тремя способами.

Подключение А — шаговик работает с характеристиками, заявленными в описании (момент, ток), момент более стабилен на высоких частотах.

Подключение B – момент ↑1.4 раза, момент более стабилен на низких частотах (относительно А).

Подключение C – момент ↑1.96 раза, момент более стабилен на высоких частотах (относительно А).

Вот мы и решили проблему подключения шаговых двигателей. Но не все двигателя у нас заработают. Нужно еще определить рабочее напряжение двигателей. Самый правильный способ это найти datasheet.

Так все параметры есть. Но не ко все двигателя из принтера можно найти datasheet.

В таких случаях я пользуюсь вот такой таблицой .

  1. Сопротивление обмотки, Ом
  2. Рабочее напряжение, В
  3. Не знаю на сколько данная таблица верная но у меня все сходиться и работает как надо.

Двигателя я выбираю чтобы рабочее напряжение было меньше или равно напряжению источника питания. Для двигателей рассчитанных на меньшее напряжения необходимо настроить ток ниже.

Настраивать СNC shield будем в следующей статье. Не пропустите!

Подключение шаговых двигателей

Что делать если при подключении шагового двигателя — он отказывается вращаться? Что делать если подключенный двигатель дрожит, трещит или вращается не в ту сторону. В этой статье мы постараемся решить эти проблемы не прибегая к изменению настроек электроники.

Первое, что нужно проверить — это то насколько хорошо у вас натянут ремень. Дребезг и посторонние звуки могут возникнуть при слабой натяжке ремней. Что в свою очередь приводит к потере тяги и имеет тот же эффект, что и возможные проблемы с проводкой.

Начните с проверки натяжения ремней на вашем 3D принтере. Если на ваш взгляд с натяжкой всё в порядке переходите к следующему пункту.

Второе, что необходимо проверить — это целостность проводки.

Высокие ускорения, длительная печать, не правильная организация проводки могут приводить к повреждению кабеля от платы управления 3D принтера к шаговому двигателю.

Вы установили новый двигатель, поменяли провод или установили новую плату управления и теперь всё не работает или работает не правильно?

Итак, вы установили установили/поменяли новый шаговый двигатель NEMA или поставили новую плату управления 3D принтера. Вероятнее всего сигналы подаваемые от платы управления к двигателю теперь другие, т.е. шаговый двигатель не получает правильный или полный сигнал. Из-за этого шаговый двигатель «сходит с ума» — гремит, шумит или дергается.

Почему же не работает?

Шаговые двигатели NEMA 17 устанавливаемые на практически все 3D принтеры работают на основе обмоток, соединенных попарно, и каждая из них называется фазой. Эти фазы перемещают магниты внутри шагового двигателя.

Когда проводка для этих пар не совпадают или если кабель поврежден, шаговый двигатель не может правильно вращаться, так как северный и южный полюса магнитов не могут получать правильный сигнал и правильно вращаться.
Существует огромное количество производителей как самих двигателей так и электроники, которая управляет этими двигателями.

И никто из производителей не разработал стандарт подключения. Из-за этого проводки шаговых двигателей могут отличаться, а цвета проводов в кабеле которые к ним подключаются ничего не значат.
Блок питания для шагового двигателя схема
Кабели для шаговых двигателей

Кроме того, последовательность подключения к плате управления 3D принтера вряд ли будет соответствовать шаговым двигателям. Из-за этого на шаговый двигатель поступает неверный сигнал и он начнет «глючить» — дрожать, греметь или даже двигаться только в одном направлении.

Блок питания для шагового двигателя схема

Разъем двигателя в плате BTT SKR mini E3

Блок питания для шагового двигателя схема

Разъем двигателя в плате BTT Octopus

Для некоторых плат в свою очередь есть исключения. Например, это касается плат выпускающихся для замены оригинальных 1 в 1.Для самого популярного 3D принтера Ender-3 насколько производителей выпускают платы взамен оригинально устанавливаемой на этот 3D принтер, например, BTT SKR Mini E3 V2 — это специализированная материнская плата для замены платы от Creality. И следовательно проводка в BTT SKR Mini E3 полностью совпадает с проводкой оригинальной платы управления.

Как найти правильное подключение?

Есть несколько быстрых и простых способов определить катушки шагового двигателя.

1. «Прозвонка» с помощью мультиметра

Первое , вы можете использовать мультиметр для проверки целостности цепи. Переведите мультиметр в режим «прозвонки» цепи, который обычно имеет значок диода или зуммера.

Блок питания для шагового двигателя схема

Режим прозвонки на мультиметре

Блок питания для шагового двигателя схема

Прозвонка шагового двигателя

Затем подсоедините один щуп мультиметра к крайнему левому контакту на двигателе. Затем с помощью другого щупа проверьте один из двух средних контактов. Когда мультиметр начнет отображать значение на дисплее или издаст звуковой сигнал, это значит что вы нашли парное соединение катушку. Повторите тоже самое на правой стороне разъема: подсоедините один щуп на правый контакт двигателя, а вторым щупом проверьте один из двух средних контактов. Вы нашли контакты обмоток двигателя.

2. Поиск светодиодом

Один из самый простых и надежный методов. Возьмите обычный круглый светодиод на 3В. Подключите разъем к двигателю, а в разъем который подключается к плате вставьте светодиод. Теперь вручную прокрутите вал двигателя.

Если светодиод загорелся — вы нашли контакты обмотки.

Блок питания для шагового двигателя схема

Поиск обмотки шагового двигателя с помощью светодиода

Блок питания для шагового двигателя схема

Обмотка шагового двигателя найденная с помощью светодиода

3. Поиск замыканием

Другой метод проверки соединений шагового двигателя заключается в использовании двух проводов с разъемом DuPont на одной стороне и оголенным проводом на другом. Вначале скрутите два оголенных провода вместе.

Затем подключите один разъем Dupont в крайний левый контакт на двигателе а второй разъем Dupont в один из средних контактов на двигателе. Как и в случае со светодиод, поверните вал шагового двигателя.

Если усилие на валу изменилось (увеличился крутящий момент), значит, вы нашли соединение обмотки.
 
Блок питания для шагового двигателя схема

Поиск обмотки шагового двигателя скруткой
 
Если удачно нашли правильное подключение на двигателях, теперь стоит их сопоставить с разъемами на плате управления.

Подключение шаговый двигателей к плате управления?

Блок питания для шагового двигателя схема
Распиновка контактов шагового двигателя на BTT SKR E3

Большинство производителей плат управления для 3D-принтеров указывают распиновку контактов в технических характеристиках самих плат или в руководствах. Проверьте документацию своей платы управления на онлайн ресурсах, например GitHub. У таких производителей как BigtTeeTech, MKS, FLYmaker (Mellow Fly) обязательно есть ресурсы с подробным описанием распиновки. Как только вы найдете распиновку, вы сопоставьте найденные контакты двигателя с контактами 1А и 1B на плате управления. Затем подключите вторую обмотку к контактам 2A и 2B.

Подключили двигатель, а он движется не в ту сторону

Подключенный двигатель работает тихо, так как надо, вот только крутит не в ту сторону. Не стоит отчаиваться. Есть довольно простое решение заставить вал двигателя вращаться в правильном направлении.
Все что вам нужно сделать — это поменять местами провода обмотки.

Если у вас красный + черный провод соответствуют одной обмотке, то вам необходимо поменять их местами чтобы стало черный + красный провод. Ту же операцию можно проделать и с парой средних проводов. Эту операцию необходимо проделать только на одном разъеме провода.

 

Смена вращения вала шагового двигателя. Было.

Смена вращения вала шагового двигателя. Стало.

Ту же операцию можно проделать и с парой средних проводов. Эту операцию необходимо проделать только на одном разъеме провода. Вначале не помешает сделать фото или записать расположение контактов, чтобы запомнить начальное положение контактов проводов. Затем, с помощью пинцета или небольшой плоской отвертки поднимите защелку на разъеме. Прежде чем отпустить защелку, вытащите провод с из разъема. Постарайтесь не отломить защелку. После того как необходимые провода вытащены, вставьте их обратно, но уже на новые места разъема. Если вы решите проделать эту операцию на разъеме подключаемом к плате управления, то действия будут совпадать.
 

Замена проводов в шаговом двигателе

Как подключить шаговый двигатель с 4 выводами для максимальной эффективности

Шаговые электродвигатели являются одними из распространенных моделей на отечественном рынке. Это обусловливается преимуществами, которые обеспечивает данный мотор, а также относительной простотой эксплуатации. Чем же интересны агрегаты на 4 вывода? Рассмотрим далее с нашей сегодняшней статье. 

Блок питания для шагового двигателя схема

Шаговый электрический двигатель – машина, основное назначение которой – преобразовывать электрическую энергию, поступающую от сети питания в энергию для механического движения.

Конструкция имеет ряд своих особенностей, о которых мы расскажем далее, но, в целом компоновка включает стандартные детали.

Среди них стоит выделить статор, его обмотки, а также ротор (магнитомягкий или магнитотвердый). 

Ключевой параметр силового агрегата данного типа – обеспечение вращения дискретного типа, показатель которого равен точному количеству заданных импульсов. Последнему показателю соответствует в свою очередь количество осуществляемых шагов. 

Чаще всего применение шагового мотора с 4 выводами имеет место в обрабатывающих станках с ЧПУ, роботизированном оборудовании, приборах для хранения, считывания и обработки информации. 

Блок питания для шагового двигателя схема

Особенности функционирования

Если сравнивать моторы данного вида с другими типоразмерами, стоит отметить, что детали шаговых моторов совершают обороты пошагово, а не непрерывно.

  Каждый отдельный шаг является определенной частью каждого полного оборота. Точное число требуемых шагов для полноценного оборота вала  будет отличаться в каждой отдельной ситуации.

Особенность зависит схемы соединения, марки силового агрегата, способа управления мотором. 

Конструкция и принцип функционирования

Ниже на рисунке вы видите схему общей компоновки электрического двигателя шагового типа. Первое, что замечается – это 4 обмотки, относящиеся к моторному статору, расположение их позволяет им находиться по отношению друг к другу под прямым углом. Исходя из этого, можно смело говорить о том, что машина имеет шаг размером в 90 градусов. 

Когда осуществляется подача напряжения типа U1 на первую обмотку, ротор начинает перемещаться опять же на 90 градусов. Когда же реализуется подача напряжения поочередным способом на остальные обмотки U2, U3, U4, то вал продолжает вращаться, до окончательного завершения полного круга. Дальше цикл повторяется заново по аналогичному алгоритму. 

Для того, чтобы изменить направленность оборотов мотора, достаточно просто поменять порядок подачи импульсов на определенные медные намотки. 

Подключение шаговых двигателей

Конструкции силовых агрегатов данного типа бывают разные, каждый из которых следует учитывать при выборе конкретной схемы.

Для того, чтобы произвести запитывание обмоток, требуется устройство, способное выдавать импульс управляющего типа или даже их серию, в четко заданной последовательности.

Для этого в большинстве приложений используют приборы полупроводникового действия, для присоединения мотора шагового типа. Известны эти детали как микропроцессорные драйверы. Каждый из них обладает своими клеммами, определяющих методы питания и рабочие режимы. 

Исходя из применяемой схемы подключения, необходимо применять выводы шагового устройства, которые также представлены различными модификациями.

Используя отдельно каждый из вариантов подсоединения разнотипных клемм к сигналу выходного типа, вы получаете в результате определенный показатель скорости вращения, шаг или даже микрошаг перемещений в рабочей плоскости. Это довольно удобно, ведь для решения одного типа задач требуется низкая частота, для других – высокая.

Один и тот же силовой агрегат имеет возможность задавать требуемую характеристику посредством драйвера. В процессе используется гибкий кабель, обеспечивающий универсальность создаваемого соединения. 

Типичные схемы 

Исходя из того, какое количество выводов имеет мотор, отличаются возможности применения определенных схем подключения. 4 фазы, 5 или 6 – каждая модификация обладает своими особенностями. В нашей сегодняшней статье нас интересует подсоединение  шагового двигателя на 4 провода, остальные вариации мы рассмотрим в других описаниях. 

Каждая схема подразумевает наличие группы выходных клемм, которые собственно и отвечают за формирование рабочих режимов и способов подачи напряжения питания. Учитывая конкретную схему, стоит применять определенные для каждой ситуации выводы двигателя. 

Всего существует 6 ключевых схем для соединения мотора:

  • принципиальная;
  • биполярная;
  • биполярная, с реализованным отводом и центральной обмоточной частью;
  • униполярная, с реализованными четырьмя фазами и возможностью присоединения пары намоток;
  • 4-х фазный униполярный способ с подключением параллельного типа;
  • с последовательным присоединением.

Блок питания для шагового двигателя схема

В ситуациях, когда запитка ключевых полюсов шагового агрегата осуществляется от одного и того же драйвера, по примененным схемам можно выделить основные особенности работы, отличающие каждую конкретную схему. К этим параметрам относят:

  • выводы обязательно подключаются к соответствующим клеммам прибора. Когда соединение последовательное, то индуктивность обмоток возрастает, параллельно снижается ток;
  • обеспечение паспортных значений электрических параметров. Параллельная схема увеличивает уровни тока и снижает индуктивность;
  • при реализации соединения по одной фазе на каждую намотку, происходит снижение момента при работе на низких оборотах, вместе со снижением величин токов;
  • осуществление всех электрических и динамических параметров, в полном соответствии с паспортными характеристиками. Относятся к этим значениям и номинальные токи. Благодаря этому, существенно упрощается управленческая схема;
  • выдача на порядок большего крутящего момента, возможность применения с большим диапазоном частот вращения;
  • увеличение момента вращения, но, для оборудования, работающего на низких частотах вращения.

Принципиальная схема 

Схематически данный вариант присоединения выглядит так:

Блок питания для шагового двигателя схемаПринципиальная схема шагового двигателя

Чтобы обеспечить бесперебойную работу шагового электродвигателя, необходимо знать все нюансы передачи номинальных напряжений, скорости крутящего момента, а также о снижении уровней линейного напряжения.  

Реализуется также подключение силового агрегат к Ардуино. Здесь все выходы управления с драйвера совмещаются с цифровыми контактами Arduino Uno.

Ардуино 

Для упрощения восприятия, давайте рассмотрим данный вопрос на примере конкретной модели мотора, пускай это будет 28BYj-48.  Двигатель представляет собой униполярный агрегат, который мы совместим с драйверами L298 и ULN2003. Схематически это выглядит так (L298):

Блок питания для шагового двигателя схема

Для драйвера ULN2003 схема выглядит следующим образом:

Блок питания для шагового двигателя схема

Здесь выходы управляемого действия подсоединяются к цифровым контактам Ардуино, независимо от типа. На схеме включения в этой конкретной ситуации используются контакты типа 8-11. Электропитание подводится к 5 вольтам. Рекомендовано применять источник питания отдельный, для избегания перегревания платы. 

Драйвера 

Для того, чтобы эффективно включить и запустить 4-х жильный двигатель, необходимо применять драйвера. О них мы уже писали ранее, а сейчас давайте вкратце рассмотрим их особенности. Приборы работают в биполярном режиме, что обусловливает такие основные преимущества:

  • увеличение показателя момента вращения на уровень до 40%, если сравнивать с униполярными модификациями;
  • разнообразие в использовании моторов разных конфигураций обмотки фаз.

Из недостатков биполярного режима работы стоит выделить разве что сложность технической реализации самого драйвера для агрегата с 4 выводами. Каждую обмотку стоит отдельно подсоединять к источнику питания, отключать. Здесь лучше всего устанавливать мост-схему с 4 ключами. Рассмотрим же самые функциональные варианты драйверов, которые мы уже упоминали выше.

На базе L298N

Драйвер мостового типа разработан для эффективного регулирования двигателей с номинальным током до 2 ампер и напряжением питания до 46 вольт. Модуль, изготовленный на основе L298N включает такие детали:

  • непосредственно микросхему аналогичного типа;
  • механизм охлаждения;
  • стабилизатор уровня напряжения;
  • защитные диоды;
  • колодки клеммов;
  • разъемы для присоединения приемников сигналов.

ULN2003

Доступность и низкая стоимость реализации – основные параметры, определяющие распространенность данных устройств регулирования. Справедливости ради отметим, что выходят они из строя чаще, чем вышеописанные модификации, но, при этом, легко подлежа восстановлению. 

Виды драйверов 

Вкратце расскажем о типах деталей ШД с 4 выводами, которых всего есть 2:

  • которые повторяют формы сигналов. В процессе своей работы они не формируют импульсы, лишь только повторяют их для обеспечения эффективного управления. Генерированию сигналов – это специализация микроконтроллеров. Как раз к таким драйверам и относится чип L298;
  • формирующие сигналы. Их установка сводит к минимуму необходимость в применении микроконтроллеров, ведь достаточно просто задать периодический прямоугольный сигнал (меандр) и подобрать оптимальный рабочий режим. А 4988 – один из примеров такого драйвера.

Блок питания для шагового двигателя схема

Сильные и слабые стороны 

Осуществив правильное подключение шагового силового агрегата на 4 вывода, вы довольно быстро оцените все преимущества конструкции:

  • показатель угла поворота полностью соответствует количеству поданных электрических импульсов. После торможения, обороты сохраняют максимальный момент и фиксацию;
  • точность позиционирования. Показатель обеспечивает установленный шаг в доле 3 – 5%, с возможностью накопления;
  • высокая скорость старта, обратного вращения (реверса), остановки;
  • отсутствие контактных компонентов для съема тока, обеспечивает высокую надежность, ведь детали не трутся и, следовательно – не изнашиваются;
  • нет необходимости в обратной связи для обеспечения позиционирования;
  • возможность работы на низких оборотах для нагрузки, подведенной напрямую. При этом не применяются редукторы;
  • относительно меньшая цена;
  • широкий спектр управления скоростью валовых вращений, благодаря изменениям частот электроимпульсов.

Недостатков на порядок меньше, справедливости ради укажем и их. К слабым сторонам относятся:

  • возможность возникновения «эффекта резонанса» и дальнейшего проскальзывания шагового мотора при работе;
  • отсутствие обратной связи может вызвать потерю контроля над двигателем;
  • энергия расходуется на стабильном уровне, независимо от наличия на агрегате нагрузки;
  • особенности схем вызывают затруднения в их реализации и дальнейшей поддержке работоспособности.

Модельный ряд 

Сейчас давайте рассмотрим функциональные компоненты, которые поддаются подключению по вышеописанным схемам.

Nema 17 JK42HS34-1334-01 – мотор, поставляемый с проводами, обладает шагом 1,8 градусов. Исходя из этого, 1 полный оборот составляет 200 шагов. Основные технические параметры:

  • 2 фазы;
  • уровень номинального напряжения х 2,8 В;
  • фазовое сопротивление – 2,1 Ом;
  • 22 мм – длина вала;
  • 2,5 мГн – индуктивность каждой фазы.

Nema 23 – более совершенная версия шагового мотора, шаг аналогичный предыдущей модели – 1,8˚. Номинальный ток – 2 ампера, диапазон рабочих температур: -20 — +85 градусов. Комплектуется проводом, длина которого – 80 см. Уровень сопротивления фазы – 2,6 Ом., напряжение – 5,2 вольта. 

Блок питания для шагового двигателя схема

NEMA 34 – одна из самых функциональных серий таких моторов, как и любые другие линейки, включает несколько функциональных моделей и подходящих уникальных комплектующих.

В некоторых модификациях реализованы энкодеры, и другие вспомогательные компоненты. Модель 86BYGH1182 к примеру, относится к биполярному типу, имеет 2 обмотки и 4 вывода.

Устанавливается на принтерах, станках ЧПУ и другом пром. оборудовании.

Все своими руками Управление шаговым двигателем | Все своими руками

     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.

Блок питания для шагового двигателя схема

      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.

Блок питания для шагового двигателя схема

     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.

Скачать “Управление шаговым двигателем” Uprav_shag_dvig.rar – Загружено 1 раз – 34 КБ

Н.А. Гурылёв М.О., г. Шатура. 20.01.2014г.

     Но можно обойтись и без диодов, если для управления транзистором использовать сигнал разрешения работы генератора. Это вывод 2 микросхемы DD1.1.

В качестве полевого транзистора лучше использовать транзисторы, в маркировке которых присутствует буква «L». Например, IR2505L.

Такие транзисторы как раз предназначены для работы с логическими микросхемами и совместимы даже с пятивольтовой логикой.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector