Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шаговые двигатели количество шагов на оборот

Система управления шаговым двигателем ШД-5Д1МУ3 (ДШР-80)

Как подключить шаговый двигатель – подробное пошаговое руководство и схемы подключения шаговых двигателей с 4, 5, 6 и 8 выводами. © Автор статьи интернет-магазин DARXTON

  1. Что такое шаговый двигатель?
  2. Преимущества и недостатки шагового электродвигателя
  3. Что такое шаговый двигатель?
  4. Управление шаговым двигателем
  5. КАК ПОДКЛЮЧИТЬ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
  6. КАК ПОДКЛЮЧИТЬ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С 4 ВЫВОДАМИ
  7. КАК ПОДКЛЮЧИТЬ УНИПОЛЯРНЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С 6 ВЫВОДАМИ
  8. КАК ПОДКЛЮЧИТЬ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С 8 ВЫВОДАМИ
  9. Карданные шарниры для дельта-принтера
  10. Устройство и принцип работы
  11. Какой термоборьер для Pet-g
  12. Типы шаговых двигателей
  13. По конструкции ротора
  14. Реактивный
  15. С постоянными магнитами
  16. Гибридные
  17. По виду обмоток
  18. Униполярный
  19. Биполярный
  20. Перейдем к практике
  21. Подключение шагового двигателя
  22. Типичные схемы подключения ШД
  23. Волнистые стенки.
  24. Простейший драйвер шагового двигателя своими руками

Обзор шагового двигателя 28BYJ-48 с драйвером ULN2003

Автор: Сергей · Опубликовано 29.08.2017 · Обновлено 11.01.2021

Сегодня расскажу о 4-х фазном шаговом двигателе 28BYJ-48, работающим от постоянного напряжения 5В (существует модификация на 12В). Так как двигатель потребляет значительный ток, мы не можем подключить его напрямую к выводам Arduino UNO, для этого воспользуемся так называемый «Драйвером двигателя» основанном на микросхеме ULN2003.

Технические параметры 28BYJ-48

► Модель: 28BYJ-48
► Тип шагового двигателя: Униполярный
► Напряжение питания: 5 В, DC
► Количество фазы: 4
► Частота: 100 Гц
► Сопротивление постоянного тока: 50Ω ± 7% (25 ℃)

Общие сведения

Немного теории, четырех фазный шаговый двигатель (28BYJ-48) — это бесколлекторный двигатель, вращение вала осуществляется шагами (дискретное перемещение). На роторе (валу), расположен магнит, а вокруг него расположены катушки, если поочередно подавать ток на эти катушки, создается магнитное поле, которое отталкивает или притягивает магнитный вал, тем самым заставляя двигатель вращаться. Такая конструкция позволяет с большой точностью управлять валом, относительно катушек. Принципиальная схема четырехфазного шагового двигателя 28BYJ-48 приведена ниже.

Из принципиальной схемы видно, что в двигателе содержится две обмотки, которые в свою очередь разделены на четыре, из-за этого и название 4-х фазный. Центральные отводы катушек подключены вместе и служат для питания двигателя, так-как каждая обмотка подключена к питанию, такие двигатели называют униполярный. На валу 28BYJ-48 расположено 8 магнитов, с чередующими полюсами (то есть, четыре магнита с двумя полюсами).

Из рисунка видно, что внутри расположен редуктор, с примерным передаточным числом в 1:64. Это означает, что двигатель за один оборот осуществляет 4075.7728395 шага. Данный двигатель поддерживает полушаговый режим и за один полный оборот может совершать 4076 шага, а точнее за 1° делает примерно 11,32 шага. (4076 / 360 = 11,32).

Режим работы:
Чаще всего, при использовании шагового двигателя 28BYJ 48, используют два режима подключения.
Полношаговый режим — за 1 такт, ротор делает 1 шаг.
Полушаговый режим — за 1 такт, ротор делает ½ шага.
Ниже переставлена таблица последовательности тактов:

Модуль шагового двигателя ULN2003:
Цифровой вывод микроконтроллера может выдать ток

40 мА, а одна обмотка 28BYJ-48 в пике потребляем

320 мА, следовательно если подключить двигатель напрямую, микроконтроллер сгорит. Для защиты был разработан «Модуль шагового двигателя ULN2003″, в котором используется микросхема ULN2003A (по сути, состоящая из 7 ключей), позволяющая управлять нагрузкой до 500 мА (один ключ). Данный модуль может работать с 5В и 12В двигателем 28BYJ-48, для переключения необходимо установить или убрать перемычку (по умолчанию перемычка установлена, питание 5В).

Принципиальную схему модуля ULN2003 можно посмотреть на рисунке ниже

Назначение X1
IN1 . . . IN7: Вход 1 … 7 Назначение X2
► 1 — GND: «-» питание модуля
► 2 — Vcc: «+» питание модуля (5В или 12В)
► 3 — Vcc: «+» питание модуля (перемычка, только при 5В)
► 4 — Vcc: «+» питание модуля (перемычка, только при 5В)

Назначение X3
► A . . . G: Выход 1 … 7

Назначение X3
► 1 — Питание
► 2 — A
► 3 — B
► 4 — C
► 5 — D

Подключение шагового двигателя 28BYJ-48

Необходимые детали:
Arduino UNO R3 x 1 шт.
Модуль драйвера шагового двигателя ULN2003 x 1 шт.
Шаговый двигатель 28BYJ-48-5V (5В) x 1 шт.
Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.

Читать еще:  Шкода фелиция 1997 какие двигатели подходят

Подключение:
В данном примере буду использовать модуль ULN2003, Arduino UNO R3 и двигатель 28BYJ-48-5V. Схема не сложная, необходимо всего шесть провода, сначала подключаем интерфейсные провода, IN1 (ULN2003) в 11 (Arduino UNO), IN2 (ULN2003) в 10 (Arduino UNO), IN3 (ULN2003) в 9 (Arduino UNO) и IN4 (ULN2003) в 8 (Arduino UNO), осталось подключить питание GND к GND и VCC к VIN (не для постоянного использовании), подключаем разъем двигателя в модуль ULN2003. Схема собрана, теперь надо подготовить программную часть.

Для вращения двигателя по часовой и против часовой стрелки, используем библиотеку «CustomStepper«. Данная библиотека не входит в стандартную среду разработки Arduino IDE, так что скачиваем и добавляем ее. Далее, запускаем среду разработки IDE и копируем скетч (для удобства, добавлю файл для скачивания), если все правильно сделали, двигатель начнет вращаться.

Управление ШД

Существует несколько способов управления фазами шагового двигателя.

Первый способ обеспечивается попеременной коммутации фаз, при этом они не перекрываются, в один момент времени включена только одна фаза (рис а). Этот способ называют ”one phase on” full step или wave drive mode. Точки равновесия ротора для каждого шага совпадают с «естественными» точками равновесия ротора у незапитанного двигателя. Недостатком этого способа управления является то, что для биполярного двигателя в один и тот же момент времени иcпользуется 50% обмоток, а для униполярного – только 25%. Это означает, что в таком режиме не может быть получен полный момент.

Различные способы управления фазами шагового двигателя.

Организация управления шаговым двигателем

Наиболее простым вариантом является следующий.

В составе двигателя 4 электромагнитные катушки A, B, C и D. Если подавать на них напряжение, то они превращаются в магниты. При этом катушки А и В активны при протекании тока в прямом направлении, а C и D — в обратном. Предположим, что полезной нагрузкой для данного двигателя является зубчатое колесо, зубчики которого притягиваются к катушкам при подаче на них напряжения.

Таким образом, при последовательном включении тока в катушках колесо начнёт вращаться. Для обеспечения плавности движения в общем случае можно увеличить либо число зубчиков, либо количество катушек. Принцип управления мотором при этом останется неизменным. Изменяться будут лишь усилие и угол поворота за один цикл включения-отключения питания. В обычных условиях применяется такая конфигурация, когда располагают по четыре катушки вдоль траектории вращения, и на каждую группу катушек приходится по зубчику. Система выглядит как шестерня, окружённая катушками.

Для простоты понимания принципа управления рассмотрим упрощённую модель – 4 катушки и 1 зубчик (стрелка на колесе). Предположим, что перед включением двигателя зубчик находился возле катушки D.

1. Самое очевидное решение для запуска вращения – подать питание на катушку А. Колесо провернётся, и стрелка замрёт возле этой катушки. Отключаем А и подаём питание на В. Стрелка движется к В и встаёт рядом с этой катушкой. Отключаем В, и подключаем C. Стрелка останавливается около неё. Отключаем C, включаем D – стрелка останавливается на D. Отключаем D, включаем A, и процесс повторяется.

За каждый цикл включения-отключения питания колесо поворачивается на угол в 90°. Следовательно, на полный круг потребуется четыре цикла, что обуславливает довольно высокую угловую скорость. Если масса колеса будет высокой, то скоростной поворот вызовет возникновение значительной инерции. Инерционное ускорение может снизить точность поворота колеса, так как разогнавшееся колесо не сможет остановиться мгновенно. Всё это может привести к потере контроля вращения, а при самом неблагоприятном сценарии к отрыву колеса и разрушению системы.

Достоинством данного принципа управления является сравнительная простота реализации.

2. Не таким очевидным, но достаточно эффективным является следующее решение. Подаём питание на катушки А и D. Колесо проворачивается, и стрелка фиксируется между А и D. Отключаем D, подключаем В. Стрелка замирает между катушками А и В. Отключаем А, подключаем C. Стрелка встаёт между В и C. Отключаем В, подключаем D. Стрелка между C и D. Отключаем C, подключаем А. Стрелка фиксируется между D и А. Далее процесс повторяется. За один цикл включения-отключения те же 90°, полный круг за те же четыре цикла. Кажется, что всё то же самое? Однако отличием является увеличенный крутящий момент, поскольку «в силе» оказывается одновременно две катушки. Следовательно, пороговое значение скорости, при которой инерция становится неуправляемой, повышается, что выгодно отличает этот принцип от первого.

Читать еще:  Влияет ли заряд аккумулятора на работу двигателя

3. Дробление шага. Допустим, что реализована схема не только включения и отключения катушек, а и подачи на них промежуточных значений напряжения питания – 0, 25, 50, 75, 100%. При этом схема подаёт питание в такой последовательности (для пары A и C):

C100%, А 0% – C 75%, А 25% – C 50%, А 50% – C 25%, А 75% – C 0% и А 100%.

По тому же правилу напряжение питания подаётся на пары катушек А-В, В-D, D-Cи C-В.

Дробление шага позволяет снизить уровень шума и избавиться от дребезжания. Кроме того, обеспечивается плавность движения. Инерция пренебрежимо мала, и управление не теряется. Недостатком является сложность реализации.

4. Подача напряжения аналоговым способом. Концептуально принцип напоминает дробление шага на бесконечное количество положений. Напряжение, подаваемое на катушку C, плавно снижаем со 100% до 0. Для катушки А напряжение, напротив, плавно увеличиваем с 0% до 100. Точно так же поступаем с парами А-В, В-C, C-Dи D-В. Обеспечивается плавное вращение, надёжный контроль, отличный крутящий момент. Главный недостаток – отсутствие точности, присущее аналоговым схемам.

5. Этот принцип обеспечивает более высокий крутящий момент. Реализуется он следующим образом. Подключается D и А: стрелка между D и А. Выключаем D: стрелка у А. Включаем В: стрелка между А и В. Выключаем А: стрелка у В. Включаем: стрелка между C и В. Выключаем В: стрелка у C. Включаем D: стрелка между D и C. Отключаем C – стрелка находится у D. Подключаем А – стрелка перемещается в точку между D и А. Процесс повторяется. Отличается от вышеописанного способа дробления шага (п.3) более высоким крутящим моментом.

Принципы 1, 2, 3 и 5 являются типовыми и применяются очень часто. Для них разработаны даже свои обозначения. Если принять положение «рядом с катушкой» за 1, а положение «между катушками» за 2, то обозначения будут следующими.

1 – «1 phase» (полношаговый). Стрелка фиксируется лишь на фазе «1». Данный метод используется редко, поскольку при нём обеспечивается недостаточный крутящий момент.

2 – «2 phase» (полношаговый). Стрелка фиксируется лишь на фазе «2».

3 – так как число фаз зависит от частоты дробления шага, то обозначений существует несколько. Например, «4: 2W1-2 phase» (2×2=4) обозначает, что переход из положения «перед катушкой» в «перед следующей катушкой» выполняется за 4 шага. А обозначение «8: 4W1-2 phase» (4×2=8) расшифровывается так же, только количество шагов равняется 8. Иначе такой механизм называется микрошаговым.

5 – «1-2 phase» (полушаговый). Стрелка фиксируется на обеих фазах – на «1» и «2».

Основные принципы управления шаговыми электродвигателями

Режим полношагового управления ШД

Одним из простейших способов управления шаговым двигателем является полношаговое управление, при котором питание подаётся одновременно на две противоположные обмотки. Полярность напряжения на обмотках должна быть одинаковой, чтобы магнитная цепь, образованная статором и ротором была последовательной (см. рисунок).

При полношаговом способе управления присоединение обмоток к источнику питания может быть любым, как последовательным, так и параллельным. Последовательное соединение обмоток потребует удвоенного напряжения питания для достижения номинального тока в обмотках и развития требуемого вращающего момента на валу электродвигателя. В случае параллельного соединения активных обмоток статора напряжение питания может быть ниже, но при этом уменьшается суммарное сопротивление обмоток, а следовательно, в два раза возрастает ток, потребляемый двигателем от источника питания.

Режим полношагового управления позволяет ШД обеспечить наибольший развиваемый крутящий момент на валу!

Режим полушагового управления ШД

Как было описано выше, количество шагов на один полный оборот шагового двигателя влияет на точность перемещения рабочего органа аппарата, в котором этот двигатель используется. Самые простые современные схемы управления шаговыми двигателями (драйверы шаговых двигателей) способны удвоить число шагов ШД за счет функции деления шага. При этом используется так называемый полушаговый способ управления шаговым двигателем. В промежуточные моменты между основными положениями активных обмоток статора производится подача напряжения питания на все четыре обмотки таким образом, что ротор двигателя может остановиться в промежуточном положении между двумя обмотками, как это показано на следующем рисунке.

Читать еще:  Что такое текущий ремонт двигателя автомобиля

То есть используя режим полушагового управления двигателем с номинальным числом шагов на оборот 200 шт. можно получить величину углового шага не 1,8°, а 0,9°, что соответствует 400 шагам!

Работа проекта

Когда вы сделаете все необходимые соединения в схеме данного проекта у вас должна получиться примерно следующая конструкция:

После этого загрузите программу в плату Arduino и откройте окно монитора последовательной связи (serial monitor). После этого вы можете вращать ручку потенциометра и наблюдать как в соответствии с ее поворотами шаговый двигатель будет вращаться по часовой и против часовой стрелки.

Типоразмерный ряд

Широкий ассортимент шаговых двигателей, доступных на складе, характеризуется высоким крутящим моментом, компактными размерами и конкурентоспособной ценой.

LAM Technologies предлагает высококачественные шаговые двигатели в сочетании со своими контроллерами (драйверами), чтобы обеспечить современное и эффективное решение для управления движением.

Шаговые двигатели LAM Technologies изготавливаются со стандартными фланцами NEMA, которые облегчают их установку как в уже существующих системах, так и в новых.

Двигатели с крутящим моментом выше 1,5 Нм доступны с одинарным или двойным валом. Шаговые двигатели с фланцами NEMA34 и NEMA42 имеют отдельные обмотки (8 обмоток), что позволяет использовать их последовательно или параллельно.

Забота о производстве и качество используемых материалов делают шаговые двигатели LAM Technologies идеальным выбором для всех областей применения, требующих экономичного, но в то же время производительного и надежного продукта.

Шаговые двигатели управляются котроллерами

Большой ассортимент моделей драйверов шаговых двигателей LAM Technologies позволяет охватить широкий спектр приложений, используя как многофункциональность, так и мощность устройств. Драйверы шаговых двигателей компании LAM Technologies управляют направлением и количеством движения, программируются и после параметрирования управляются далее сетевой системой управления Fieldbus. Использование новейших цифровых технологий позволило LAM Technologies значительно снизить габаритные размеры драйверов шаговых двигателей и внедрить множество дополнительных функций. Высокоэффективный силовой каскад ограничивает потери и нагрев. Благодаря поддержке свободного программного обеспечения упрощается настройка и диагностирование драйверов. LAM Technologies предлагает следующие типы драйверов шаговых двигателей:

— для монтажа на DIN рейку (DS10 серии),

— открытые версии для панельного монтажа (OS10 серии),

— очень компактные версии для крепления к стене (LS10 серии),

— модули для монтажа на печатной плате (USD серии).

Максимальная входная частота драйверов шаговых двигателей достигает 300кГц, а дискретность движения – до 25600 шагов на 1 оборот вала. Диапазон мощности чрезвычайно широк и включает в себя модели с напряжением питания от 18 до 240 В постоянного тока, номинальным током – от 0,3 до 10 А.

Также LAM Technologies предлагает полный спектр программируемых пользователем драйверов.

Исключительная гибкость продукта обусловлена сочетанием мощных функций обработки и полного набора входов / выходов, который также включает высокоскоростные счетчики и аналоговые входы и выходы. Цикл разработки приложений происходит внутри бесплатного программного обеспечения UDP Commander, предоставляемого в поддержку продукта, который помогает клиенту на каждом этапе, от программирования до отладки приложения. Инструменты тестирования и отладки находятся на переднем крае и позволяют, например, вставлять точки останова, совершать заданное количество шагов, просматривать в реальном времени содержимое регистров и переменных и т. д. Возможности использования программируемых приводов практически безграничны и часто позволяют реализовывать приложения без необходимости использования внешних контроллеров.

Программируемые шаговые драйверы имеют бесплатное программное обеспечение UDP Commander для настройки и прошивки драйвера с помощью ОС Windows.

Часть драйверов имеют порт для шины.

Прямое подключение к Modbus-RTU через USB, RS232 и RS485

Драйверами шаговых двигателей, предназначенными для монтажа на печатной плате, можно объединить несколько приводов на одной плате или объединить управление и мощность.

У конструктора наконец-то появился компактный привод, который можно интегрировать с собственной электроникой, чтобы сделать конечный продукт компактным, экономичным и эксклюзивным.

Компания LAM Technologies является пионером этой технологии, продав в 1995 году первый привод для шаговых двигателей для монтажа на печатной плате.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector