6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Блок питания для шаговых двигателей схема

Шаговые двигатели

Шаговым двигателем называют электромеханическое устройство, преобразующее электрические сигналы в дискретные угловые перемещения вала. Применение шаговых двигателей позволяет рабочим органам машин совершать строго дозированные перемещения с фиксацией своего положения в конце движения.

Шаговые двигатели являются приводными исполнительными механизмами, обеспечивающими фиксированные угловые перемещения (шаги). Каждое изменение угла поворота ротора — это реакция шагового двигателя на входной импульс.

Дискретный электропривод с шаговым двигателем естественным образом сочетается с цифровыми управляющими устройствами, что позволяет успешно использовать его в станках с числовым программным управлением, в промышленных роботах и манипуляторах, в часовых механизмах.

Дискретный электропривод может быть реализован также с помощью серийных асинхронных электродвигателей, которые за счет специального управления могут работать в шаговом режиме.

Шаговые двигатели применяются в электроприводах мощностью от долей ватта до нескольких киловатт. Расширение шкалы мощности дискретного электропривода может быть достигнуто при использовании серийных асинхронных электродвигателей, которые за счет соответствующего управления могут работать в шаговом режиме.

Принцип действия шаговых двигателей всех типов состоит в следующем. С помощью электронного коммутатора вырабатываются импульсы напряжения, которые подаются на обмотки управления, расположенные на статоре шагового двигателя.

В зависимости от последовательности возбуждения обмоток управления происходит то или иное дискретное изменение магнитного поля в рабочем зазоре двигателя. При угловом перемещении оси магнитного поля обмоток управления шагового двигателя его ротор дискретно поворачивается вслед за магнитным полем. Закон поворота ротора определяется последовательностью, скважностью и частотой управляющих импульсов, а также типом и конструктивными параметрами шагового двигателя.

Принцип действия шагового двигателя (получение дискретного перемещения ротора) рассмотрим на примере простейшей схемы двухфазного шагового двигателя (рис. 1).

Рис. 1. Упрощенная схема шагового двигателя с активным ротором

Шаговый двигатель имеет на статоре две пары явно выраженных полюсов, на которых Находятся обмотки возбуждения (управления): обмотка 3 с выводами 1Н — 1К и обмотка 2 с выводами 2Н — 2К. Каждая обмотка состоит из двух частей, находящихся на противоположных полюсах статора 1 ШД.

Ротор в рассматриваемой схеме представляет собой двухполюсный постоянный магнит. Обмотки питаются импульсами от устройства управления, которое преобразует одноканальную последовательность входных импульсов управления f упр, в многоканальную (по числу фаз шагового двигателя).

Рассмотрим работу шагового двигателя, предположив, что в начальный момент напряжение подано на обмотку 3. Ток в этой обмотке вызовет намагничивание вертикально расположенных полюсов N и 8. В результате взаимодействия магнитного поля с постоянным магнитом ротора последний займет равновесное положение, в котором оси магнитных полей статора и ротора совпадают.

Положение будет устойчивым, поскольку на ротор действует синхронизирующий момент, стремящийся возвратить ротор в положение равновесия: М = М m ах х sin α ,

где М m ах — максимальный момент, α — угол между осями магнитных полей статора и ротора.

При переключении блоком управления напряжения с обмотки 3 на обмотку 2 образуется магнитное поле с горизонтальными полюсами, т.е. магнитное поле статора совершает дискретный поворот на четверть окружности статора. При этом между осями статора и ротора появится угол рассогласования α = 90° и на ротор будет действовать максимальный вращающий момент Мшах. Ротор повернется на угол α = 90° и займет новое устойчивое положение. Таким образом, вслед за шаговым перемещением поля статора совершает шаговое перемещение ротор двигателя.

Основной режим работы шагового двигателя — динамический. Шаговые двигатели в отличие от синхронных рассчитаны на вхождение в синхронизм из состояния покоя и принудительное электрическое торможение. Благодаря этому в шаговом электроприводе обеспечивается пуск, торможение, реверс и переход с одной частоты управляющих импульсов на другую.

Пуск шагового двигателя осуществляется скачкообразным или постепенным увеличением частоты входного сигнала от нуля до рабочей, торможение — снижением ее до нуля, а реверс — изменением последовательности коммутации обмоток шагового двигателя.

Шаговые двигатели характеризуются следующими параметрами: число фаз (обмоток управления) и схема их соединения, тип шагового двигателя (с активным или пассивным ротором), одиночный шаг ротора (угол поворота ротора при единичном импульсе), номинальное напряжение питания, максимальный статический хронизирующий момент, номинальный вращающий момент, момент инерции ротора, частота приемистости.

Шаговые двигатели бывают однофазными, двухфазными и многофазными с активным или пассивным ротором. Управление шаговым двигателем обеспечивается электронным блоком управления. Пример схемы управления шаговым двигателем приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Функциональная схема разомкнутого электропривода с шаговым двигателем

Сигнал управления f упр в виде импульсов напряжения поступает на вход блока 1, преобразующего последовательность импульсов, например в четырехфазную систему однополярных импульсов (в соответствии с числом фаз шагового двигателя).

Блок 2 формирует эти импульсы по длительности и амплитуде, необходимым для нормальной работы коммутатора 3, к выходам которого подключены обмотки шагового двигателя 4. Коммутатор и остальные блоки питаются от источника постоянного тока 5.

Читать еще:  Что то стучит в двигателе теана

При повышенных требованиях к качеству дискретного привода применяют замкнутую схему шагового электропривода (рис. 3), которая кроме шагового двигателя включает преобразователь П, коммутатор К и датчик шага ДШ. В таком дискретном приводе информация о действительном положении вала рабочего механизма РМ и скорости шагового двигателя поступает на вход автоматического регулятора, который обеспечивает заданный характер движения привода.

Рис. 3. Функциональная схема замкнутого дискретного привода

В современных системах дискретного привода применяются микропроцессорные средства управления. Область применения приводов с шаговыми двигателями постоянно расширяется. Их использование перспективно в сварочных автоматах, приборах времени, лентопротяжных и регистрирующих механизмах, системах управления топливоподачей двигателей внутреннего сгорания.

Преимущества шаговых двигателей:

высокая точность, даже в разомкнутой структуре управления, т. е. без датчика угла поворота;

естественная интеграция с приложениями цифрового управления;

отсутствие механических коммутаторов, которые часто создают проблемы в двигателях других типов.

Недостатки шаговых двигателей:

малый вращающий момент но сравнению с двигателями приводов непрерывного типа;

высокий уровень вибрации из-за скачкообразного движения;

большие ошибки и колебания при потере импульсов в системах с разомкнутым контуром управления.

Преимущества шаговых двигателей намного превосходят их недостатки, поэтому они часто применяются в тех случаях, когда достаточно небольшой мощности приводных устройств.

В статье использованы материалы книги Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

источник питания для драйверов шагового двигателя

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА

Импульсные блоки питания не рекомендованы к использованию для работы с драйвером, т.к. в большинстве своем они не рассчитаны на работу с индуктивной нагрузкой, коей являются двигатели.

Не используйте автотрансформаторы и регулируемые трансформаторы, поскольку они НЕ ОБЕСПЕЧИВАЮТ развязку от сетевого напряжения.

Не устанавливайте кнопку включения питания с выхода стабилизатора напряжения.

Для питания драйвера оптимально подходит трансформаторный блок питания, конденсаторный фильтр которого можно изготовить самому, рассчитав по нижеприведенной методике, либо использовать готовые стабилизаторы типа ADR552/ADR582, которые дополнительно обеспечивают демпфирование обратной ЭДС двигателя.

Для того, чтобы правильно рассчитать необходимый Вам блок питания, Вам необходимо знать:

  • максимальный ток фазы двигателя
  • индуктивность фаз двигателя (для расчета оптимального напряжения питания)

Суммируйте токи потребления всех подключаемых к блоку питания двигателей. Полученное значение умножьте на напряжение питания, Вы получите необходимую мощность трансформатора.

ВНИМАНИЕ! Помните, переменное напряжение, снимаемое с трансформатора, в 1,41 раз меньше напряжения, получаемого после стабилизатора.

Схема блока питания

  • VAC — напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора. Величина этого напряжения должна составлять = оптимальное напряжение питания двигателя / 1,41.
  • D1 — диодный мост. Может быть как интегрированный, так и собран на отдельных выпрямительных диодах. Должен выдерживать максимальный ток нагрузки и напряжение стабилизации.
  • C — конденсатор фильтра, рассчитывается по нижеследующей методике:

Ваш конденсаторный фильтр на источнике питания определяется величиной питающего напряжения и током потребления. Используйте следующую формулу для определения оптимальной емкости конденсатора в мкФ:

(100,000 * I) / V = C

I – максимальный ток потребления в Амперах
V- напряжение питания в Вольтах, получаемое с выхода стабилизатора
С – емкость конденсатора в мкФ

Пример:
Используя напряжение в 65В DC и ток потребления в 5А, подставляя эти значения в формулу, получаем:
(100,000 * 5) / 65 = 7692 мкФ

Затем выберите из стандартно выпускаемых конденсаторов емкость наиболее близко подходящую к рассчитанной, округляя ее в большую сторону, а напряжение конденсатора должно быть в 1,41 раз больше, чем напряжение питания.

Примечание: Если частота Вашей питающей сети 60Гц, то в формуле нужно использовать коэффициент 80,000).

ВНИМАНИЕ! Если источник питания находится на расстоянии в среднем 30см от драйвера (расстояние варьируется в зависимости от сечения питающих проводов и их удельного сопротивления), либо двигатель, подключаемый к драйверу потребляет ток превышающий 2А, подключите конденсатор емкостью от 470мкФ к клеммам подключения источника питания. Длина выводов конденсатора не должна превышать 25мм.

Подключение нескольких драйверов к одному источнику питания

ВНИМАНИЕ! Не подключайте последовательно питающие провода к драйверу. Это плохо скажется на функционировании драйверов. Используйте только параллельное подключение источника питания, т.е. от каждого драйвера питающие провода должны идти к источнику как показано на рисунке:

2 Схемы

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Простой драйвер шагового двигателя

Предлагается 2 варианта схем простейших драйверов шаговых моторов, реально рабочих, так как информация взята из зарубежных радиоконструкторов (ссылка на оригиналы в конце статьи).

Схема драйвера шагового двигателя

Схема драйвера шагового двигателя не содержит дорогих деталей и программируемых контроллеров. Работа может регулироваться в широком диапазоне с помощью потенциометра PR1. Есть изменение направления вращения двигателя. Катушки шагового двигателя переключаются с помощью четырех МОП-транзисторов T1-T4. Применение в блоке транзисторов большой мощности типа BUZ10 позволит подключить двигатели даже с очень большим током.

Особенности схемы и детали

  • управление четырехфазным шаговым двигателем
  • плавная регулировка скорости вращения в пределах всего диапазона
  • изменение направления вращения мотора
  • возможная остановка двигателя
  • блок питания 12 В постоянного тока

Детали — IC1: 4070, IC2: 4093, IC3: 4027, T1-T4: BUZ10, BUZ11

Блок драйвер шагового двигателя собран на печатной плате, показанной на рисунке. Монтируем, как правило, начиная с припайки резисторов и панелек для интегральных микросхем, а под конец электролитические конденсаторы и транзисторы большой мощности.

Блок, собранный из проверенных компонентов, не требует настройки и запускается сразу после подачи питания. Со значениями элементов, указанными на схеме, позволяет работать двигателю 5,25” и выполняет изменение скорости вращения в интервале от 40 об./мин. до 5 об./мин.

Биполярный контроллер шаговых двигателей

Схема представляет собой дешевую, и прежде всего легко собираемую альтернативу доступным микропроцессорным биполярным контроллерам шаговых двигателей. Рекомендуется там, где точность управления играет меньшую роль, чем цена и надежность.

Принципиальную схему можно разделить на следующие блоки:

  1. последовательный чип, генерирующий битовые строки,
  2. локальный генератор тактового сигнала,
  3. схема управления питанием катушек,
  4. выходные буферы Н-моста,
  5. схемы защиты входных сигналов управления.

Контроллер должен питаться постоянным напряжением, хорошо отфильтрованным, желательно стабилизированным.

Теперь пару слов про H-мосты, которые будут работать с этим драйвером. Они должны принимать на своих входах все возможные логические состояния (00, 01, 10, 11), без риска какого-либо повреждения. Просто в некоторых конфигурациях мостов построенных из дискретных элементов, запрещается одновременное включение двух входов — их естественно нельзя использовать с этим контроллером. Мосты выполненные в виде интегральных микросхем (например L293, L298), устойчивы к этому.

И в завершение третий вариант контроллера, на микросхемах STK672-440, имеющий все необходимые защиты и функции смотрите по ссылке.

Самодельный станок с ЧПУ

Введение

Точность станка 0.0025 мм на 1 шаг, но по факту (с учетом неточности изготовления узлов станка, зазоры в узлах, в паре винт- гайка) точность составляет 0.1мм. Станок без обратной связи, т.е. положение инструмента отслеживается программно, за точность перемещения отвечают шаговые двигатели.

Станок подключается к компьютеру через LPT порт, работает под Windows 98 и XP.

Механическая часть
Электрика

Блок питания: 12в 3А – для питания шаговых двигателей и 5в 0.3А для питания микросхем контроллера.

Контроллер: Разработанный контроллер может обслуживать до 32 (в моей схеме 3) шаговых двигателей последовательно, т.е. одновременно может работать только один двигатель. Параллельная работа двигателей обеспечивается программно. Контроллер управления шаговыми двигателями собран на микросхемах 555TM7 серии (3шт). Не требует прошивки.

Электрическая схема контроллера:

Описание и назначение выводов разъема порта LPT:

выв.НазваниеНаправлениеОписание
1STROBEввод и выводустанавливается PC после завершения каждой передачи данных
2/9DO-D7вывод8 линий данных
10АСКвводустанавливается в «0» внешним устройством после приема байта
11BUSYвводустройство показывает, что оно занято, путем установки этой линии в «1»
12Paper outвводдля принтеров
13Selectвводустройство показывает, что оно готово, путем установки на этой линии «1»
14Autofeedввод и вывод
15Errorвводиндицирует об ошибке
16Initializeввод и вывод
17Select Inввод и вывод
18-25GroundGNDобщий провод

Для эксперимента был использован шаговый двигатель от старого 5,25-дюймов

8 бит идущих от LPT разделяем на две группы по 4бит: данные и управляющие. При получении сигнала одним из трех триггеров, данные записываются в триггер ТМ7 и соответственно поступают на драйвер шагового двигателя. При снятии с ТМ7 разрешающего сигнала данные в триггере сохраняются (триггер с защелкой) и т.д.

Биты LPT
1234567
данныеУправляющий сигнал –определяет на какой двигатель придет сигнал

Т.е. для подачи на второй двигатель сигнала 0101 необходимо подать разрешающий сигнал на второй ТМ7 т.е. выдать в порт LPT сигнал:

Биты LPT
1234567
111
Предаваемые данные на шаговый двигательДанные идут на 2 двигатель

В моей схеме 7 бит не используется т.к. применено 3 двигателя. На него можно повесить ключ включение главного двигателя (фреза или сверло).

Для подключения к схеме 32 двигателей необходимо на управляющие биты установить дешифратор 4бит=32 в десятичной системе.

Драйвер: Драйвер шагового двигателя (не путать с компьютерными драйверами) представляет собой 4х канальный усилитель или 4 ключа. Собран на 4х транзисторах КТ 917 (кт 972 лучше).

Также можно использовать серийные микросхемы (stepper motor driver), например ULN 2004 (9 ключей) на 0.6А.

Шаговые двигатели

Мне попались двигатели с 5 концами (униполярный см. рис.б) их подключение проще. Управление биполярным двигателем (а) сложнее, в настоящий момент ведется разработка и испытание драйвера для него.

Принцип работы: Рисуется в AutoCad рисунок только линиями (lines) , круги, полигинии, дуги не поддерживаются. Для прорисовки кругов необходимо их обвести маленькими линиями. Файл сохраняется в формате DXF. Запускается программа, открывается сохраненный файл. Рабочий инструмент (перо, сверло и т.п.) выставляется в «ноль» — вкладка «ручное перемещение»

В программе есть просмотр «программы (файла) обработки», оптимизация файла – сокращение холостых перемещений, задание режимов резания. Выбирается вид обработки: рисование, сверление, фрезерование, гравировка. Сверление происходит по точкам “Point” в файле DWG. Фрезерование почти не отличатся от рисования (только режимы). Гравировка это многократное повторение рисунка с постепенным углублением инструмента благодаря этому получена возможность гравировать по стали.

Программу управления самодельным станком с ЧПУ (управления шаговым двигателем) можно найти на сайте http://temport.by.ru/

Также возможна работа с файлами Sprint-Layout формата Gerber (RS274-X) или G-код. Т.е. рисовать и сверлить платы разработанные в программе Sprint-Layout. Можно использовать конвертированные (DXF) файлы из CorelDraw

Драйвер шаговых двигателей SMD‑4.2DIN ver.2

Относительная влажность воздуха, %

Скачать 3D модель

Описание драйвера шаговых двигателей SMD‑4.2DIN ver.2

SMD-4.2DIN ver.2 является драйвером шаговых двигателей нового поколения. Драйвер предназначен для управления двух и четырехфазными гибридными шаговыми двигателями с током фазы до 4,2А. Блок предусматривает крепление на DIN рейку, что является удобным для размещения его в условиях производства. Принципиальным отличием от предыдущего исполнения драйвера SMD-4.2 является новая улучшенная схемотехника, дающая возможность подерживать большой крутящий момент двигателя на высоких скоростях.

Благодаря улучшенной конструкции SMD-4.2DIN ver.2 обеспечивает такую динамику, при которой шаговый двигатель разгоняется до скорости более 1000 об/мин за доли секунды и с легкостью достигает рабочих скоростей более 4000 об/мин с поддержанием крутящего момента, достаточного для выполнения полезной работы.

Для случаев работы шагового двигателя с высокоинерционной нагрузкой предусмотрен разъем для подключения внешнего тормозного резистора.

Драйвер SMD-4.2DIN ver.2 предусматривает как импульсное управление положением, так и аналоговое регулирование скорости или угла поворота.

Для питания блока могут использоваться стабилизированные и нестабилизированные источники питания постоянного тока. Для снижения общей стоимости возможно использование нескольких приводов с одним источником питания.

Драйвер позволяет дробить шаг двигателя до 1/128, устанавливать ток удержания в процентах от значения рабочего тока.

Габаритные размеры драйвера шаговых двигателей SMD‑4.2DIN ver.2

Схема подключения драйвера шаговых двигателей SMD‑4.2DIN ver.2

Управление шаговым двигателем

SMD-4.2DIN ver.2 предусматривает три типа управления шаговым двигателем:

  • Импульсное управление положением внешними сигналами
  • Аналоговый режим управления скоростью
  • Аналоговый режим управления углом поворота

В зависимости от поставленной задачи блок может использоваться в одном из трех режимов управления — импульсное управление положением для решения задач позиционирования, управление скоростью аналоговым сигналом — для задач точного поддержания и регулирования скорости, задание угла поворота в зависимости от внешнего входного сигнала (напрмер, для реализации функции слежения или позиционирования антенн).

В режиме импульсного управления положением есть возможность инверсии сигнала разрешения EN.

В режиме аналогового управления предусмотрена возможность задания плавности разгона и торможения.

Драйвер предусматривает два варианта коммутации обмоток шагового двигателя:

  • Токовое регулирование
  • Вольтовое регулирование

При токовом режиме управления контролируется максимальный ток, подаваемый на фазу двигателя. Для управления в этом режиме можно использовать любой шаговый двигатель с установкой максимального тока в настройках контроллера. Этот режим управления характеризуется большим крутящим моментом, высокой скоростью вращения, но ограничен максимальной величиной дробления до 1/16 от основного углового шага ШД.

Вольтовый режим управления характеризуется большей плавностью хода и возможностью дробления шага двигателя до 1/128 от величины основного углового шага. Однако, скорость и крутящий момент на выходном валу двигателя в этом режиме управления ниже по сравнению с токовым режимом. Режим вольтового управления может использоваться только с теми шаговыми двигателями, список параметров которых сохранен в памяти блока.

Вопросы и комментарии

20 марта 2021 г.

Здравствуйте. В писании сказано, что высокий уровень сигнала лежит в пределах 4. 24 В. Далее по тексту сказано, что для сигналов STEP, DIR и EB величина высокого уровня лежит в пределах 4. 12 В. Поясните, пожалуйста.

22 марта 2021 г.

Добрый день, Александр! Обратите внимание, что речь в первом случае идет о напряжении (единицы измерения В), во втором случае указывается входное значение тока (единицы измерения мА).

Здравствуйте! Как подобрать по мощности блок питания 24В= для драйвера SMD‑4.2DIN VER.2, к которому будет подключен ШД5776 или ШД57112?

Добрый день, Сергей! Источник питания рекомендуем подбирать так, чтобы он мог обеспечить ток, равный току фазы двигателя * 1,5. Таким образом, для ШД5776 и ШД57112 подходит источник питания EDR-150-24 MW.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector