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

Шаговой двигатель запуск схема

Способы управления фазами шагового двигателя

Существует несколько способов управления фазами шагового двигателя. Первый способ обеспечивается попеременной коммутацией фаз, при этом они не перекрываются, в один момент времени включена только одна фаза (рис. 4.3, 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.

Рис. 4.3. Диаграммы управления двигателем

Второй способ – управление фазами с перекрытием: две фазы включены в одно и то же время. Его называют «two-phase-on» full step или просто full step mode. При этом способе управления ротора фиксируется в промежуточных позициях между полюсами статора (рис. 4.3, б) и обеспечивается примерно на 40 % больший момент, чем в случае одной включенной фазы. Этот способ управления обеспечивает такой же угол шага, как и первый, но положение точек равновесия ротора смещено на пол-шага.

Третий способ является комбинацией первых двух и называется полушаговым режимом «one and two-phase-on» half step или просто half step mode, когда двигатель делает шаг в половину основного. Этот метод управления достаточно распространен, так как двигатель с меньшим шагом стоит дороже и очень заманчиво получить от 100-шагового двигателя 200 шагов на оборот. Каждый второй шаг запитан лишь одной фазой, а в остальных случаях запитаны две (рис. 4.3, в). В результате угловое перемещение ротора составляет половину угла шага для первых двух способов управления. Кроме уменьшения размера шага этот способ управления позволяет частично избавиться от явления резонанса. Полушаговый режим обычно не позволяет получить полный момент, хотя наиболее совершенные драйверы реализуют модифицированный полушаговый режим, в котором двигатель обеспечивает практически полный момент, при этом рассеиваемая мощность не превышает номинальной.

Таким образом, управление двигателем осуществляется запитыванием фаз двигателя в порядке, определяемым способом управления и из этого следует управляющая программа микроконтроллера управления фазами. Изменяя частоту подачи управляющих импульсов, можно изменять частоту вращения вала двигателя.

Контрольные точки макета позволяют наблюдать форму токов в каждой из фаз (полуобмоток) двигателя. Осциллограф подключается массовым щупом к одной из контрольных точек, а сигнальным – к клемме «Общий».

Управление двигателями осуществляется по униполярной схеме. В качестве источника питания +12 В и +5 В используется встроенный блок питания.

Подача управляющих импульсов +5 В. В на контаты разъема Х1, расположенного на задней панели макета, осуществляется замыканием контакта Х1.1 и Х1.2-Х1.5 (для двигателя 1), Х1.6-Х1.9 (для двигателя 2). Последовательное замыкание Х1.1 на Х1.2 à 3à4à5 приводит к вращению вала двигателя 1 по часовой стрелке. Для двигателя 2: 6à7à8à9. Таким образом, осуществляется однофазное управление (т.е. в каждый момент времени подключена одна фаза – полуобмотка двигателя). Вращение против часовой стрелки осуществляется подачей импульсов на фазы в обратном порядке. Назначение выводов разъема Х1 (DB9-F) приведены в табл. 4.1.

Переключатель на передней панели макета для включения режима повышенных токов в полуобмотках двигателя. В этом режиме ток равен 0,9 А (вместо 0,45 А в обычном режиме).

Управление шаговым двигателем с ПК

Привет всем! Решил продолжить тему с шаговыми двигателями и написать о своей последней разработочке. В общем задача полезна вдвойне. Я думаю что каждому человеку работающему с МК рано или поздно приходится как-то этот МК подключать к персональному компьютеру, то ли для передачи управляющего воздействия с ПК, то ли принимать какие-то данные с микропроцессорной системы. Вот и у меня задача была таковой: разработать стенд, который будет организовывать работу двух шаговых двигателей, а также получать данные о этом управлении с ПК.

Короче говоря вы вводите на компьютере данные о том какому из 2х двигателей в какую сторону и сколько вращаться, данные передаются в микропроцессорный стенд, а тот в свою очередь исполняет вашу команду.

Задача поставлена. Я разбил ее на две подзадачи: организация связи МК с ПК и сам драйвер для ШД. Ну как я делал драйвер описывается в моей предыдущей статье, так что осталось связать микроконтроллер (МК) с персональным компьютером (ПК), а потом связать все это дело в одном устройстве.

Итак связь МК с ПК. Я немного полистал даташит МК ATmega8 (это самый на мой взгляд популярный AVR микроконтроллер, я с ним работаю в основном) и понял, что самый простой и подходящий для меня это интерфейс RS232, по простому СОМ порт. Он есть на любом ПК, а для ноутбука я просто использовал переходник USB to COM. Да и практически на любом МК тоже есть аппаратная реализация этого интерфейса. Говоря проще чтобы на МК заработал СОМ порт нужно просто написать определенную программку и все будет ок. Кусочек необходимого для этой задачи кода на языке С представлена ниже
▼ com.rar 699 b ⇣ 185

Читать еще:  Что такое клапан егр в двигателе d4cb

Программа есть, остался вопрос аппаратной части реализации задачи. Дело в том что на выходе СОМ порта микроконтроллера 5 вольтовые импульсы, т.е. логическая 1 представляется в виде +5В, а логический 0 в виде 0В. А вот СОМ порт компьютера работает с +12В и -12В. Т.е. по сути необходимо согласовать уровни. Слава богу для этого есть хорошая микросхема MAX232 или ее китайский аналог. Даташит данной микросхемы представлен ниже
▼ max232.rar 635,11 Kb ⇣ 136

Данная микросхема подключается к МК и к ней подключается разъем RS232. Также имеется небольшая обвязка. Принципиальная схема ниже

Схема в Dip trace
▼ rs232.rar 3,67 Kb ⇣ 145

Все ваш МК подключен к компьютеру. Теперь я еще приделал два драйвера для ШД ко всей этой системе и написал программу с помощью которой можно управлять этими двумя движками.

Схема всего устройства с источником первичного питания для МК

Схема в Dip trace
▼ stend_2_shd.rar 9,53 Kb ⇣ 167

А теперь и код программы
▼ main.rar 1,07 Kb ⇣ 223

Программа написана на языке С в IAR (это отладчик+компилятор). Сразу приношу извинения за то, что программа практически без комментариев, но задавайте вопросы, все расскажу.

Система работает так: С ПК через гипертерминал например (виндошное приложение для отправки и получения инфы через СОМ порт) отправляете номер двигателя, например 1 или 2, а после этого колличество оборотов, после того как ШД прокрутится он пришлет на СОМ порт информацию о том что он сделал. Ну если что спрашивайте.

Чуть не забыл, печатная плата в Lay.
▼ shag_2_1.rar 31,38 Kb ⇣ 176

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Принцип работы и управления униполярного шагового двигателя

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.

Применяются в станках с ЧПУ, робототехнике, где требуется дискретные движения, фиксация положения и небольшая скорость.

Отличие и разновидности шаговых двигателей

По принципу работы они ближе к двигателям постоянного тока. Конструкция электродвигателей постоянно совершенствуется для уменьшения трудозатрат при изготовлении, повышения КПД и увеличения количество оборотов. У них по сравнению с двигателем постоянного тока нет щёток, коллектора, а обмотки с меньшим количеством витков.

Среди первых двигателей был создан миниатюрный двигатель для ручных часов и назван в честь французского инженера Мариус Лавета. Статор расцеплен на краях или в районе ротора имеет небольшие сужения. Ротор диаметром 1.5 мм, магнитный на основе кобальта. Одна обмотка в один ряд питание 1.5 вольта. Угол поворота 90 градусов.

Моторчик лавета применяется также и в медицине для перекачки различной жидкости, а также часто используется в миксерах и блендерах.

В последнее время ведутся разработки пьезоэлектрических двигателей с использованием пьезомагнитного эффекта и применяя в конструкции ферромагнитные материалы. Совершенствуются линейные электродвигатели, у которых вал не вращается, а совершает линейные движения. Для оборудования точной механики российские производители выпускают двигатели с маркировкой серии:

  1. ДШ.
  2. ДШР.
  3. ДШГ.
  4. ДШЛ.
  5. ШД.
  6. ДШЭ

В производстве их участвуют такие предприятия, как НПО «АТОМ», ZETEK, компания Электропривод, Stepmotor, Вексон, НПО РИФ, Саратовский эл. механический, корпорация ВНИИЭМ, ЗАО Уралэлектромаш, АРК «Энергосервис». Производством ШД FL 203, FL 28, FL 57, 35 HS, 57 HS, 17 HD занимаются зарубежные фирмы: Fulling motor, Autonics, Motionking YUHA motor, Jlangsu, Phytron и другие. Ассортимент выпускаемых ШД разнообразный: по типоразмерам, мощности, со встроенным редуктором и платой управления.

Конструкция и принцип работы

Шаговый двигатель состоит из статора и вращающегося ротора. Сердечник статора выполнен в виде набора листов электротехнической стали (штампованных). Это уменьшает вихревые токи и соответственно нагрев. Статор по окружности разбит на 4.6.8 продольных пазов. Применяется и больше. На выступах между пазами располагаются обмотки в виде катушек. Количество пазов соответствует количеству полюсов двигателя. Чем больше полюсов, тем меньше угол поворота ротора, то есть шаг.

Ротор состоит из одного или двух постоянных магнитов, с торцов, металлические пластины которого закреплены с зубьями. При этом плюса S и N постоянного магнита разбиваются на n полюсов, что соответствует количеству зубьев. Это также влияет на величину шага вращения. По конструкции ШД выпускаются трёх типов в зависимости от конструкции ротора:

  • реактивный;
  • ротор из постоянного магнита;
  • гибридный.
Читать еще:  Чем заделать картер двигателя

Реактивный — ротор выполнен из ферромагнитного материала с продольными пазами, полюсами. Он используется редко, только для выполнения простых задач. В основном из-за того, что у него нет стопорящего момента. Гибридный — ротор изготовлен из двух половинок ферромагнитного материала, с продольными пазами и между ними расположен постоянный магнит. Пазы половинок относительно друг друга, сдвинуты на небольшой угол, для понижения шага. Они чаще всего применяются.

При подаче импульсного напряжения на обмотку статора образуется электромагнитное поле. Взаимодействуя, с ближайшим полюсом постоянного магнита создаётся крутящий момент. Вал двигателя поворачивается на определённый угол. Угол поворота в основном зависит от количества полюсов ротора.

Такой двигатель и будет называться шаговым. Благодаря небольшим размерам ШД серии Em 422 применяется в матричных принтерах.

Методы управления фазами

Управление в основном зависит от количества полюсов и конфигурации обмоток статора. ШД выпускаются в основном со следующими обмотками:

  1. Две обмотки с 4 выводами.
  2. Две обмотки с 6 проводами со средним выводом.
  3. Четыре обмотки — 8 выводов.

Управлять можно двумя методами, использовать однополярное напряжение — униполярное или двухполярное — биполярное. Униполярный шаговый двигатель имеет 4 полюса и 2 обмотки. У четырехфазного каждая обмотка разделена пополам и располагается на противоположных полюсах. Вращение осуществляется поочерёдной подачей напряжения на обмотки. При 6 выводах или 5 тоже 2 обмотки, но с отводом от середины. Обычно средние выводы катушки соединяются вместе на минусовой провод, а плюсовой через управляемые ключи подаётся на обмотки.

Двигатели с биполярным управлением имеют 4 обмотки, по 2 на каждую фазу. Управление происходит при смене полярности обмотки. При таком управлении усложняется схема подключения шагового двигателя, но крутящий момент при этом получается больше. Основные характеристики — напряжение питания, потребляемый ток фазы, шаг, мощность и размер фланца. Посадочные места стандартизированы и указываются как, например, Nema 23. Это соответствует расстоянию между отверстиями под крепление 57 мм.

Способы управления шаговым двигателем

Применение ШД в станках с ЧПУ конкурирует только с сервоприводами, например, в эрозионных станках или принтерах, они даже превосходят их по своим техническим возможностям, себестоимости и простым схемам управления. Управление можно осуществлять на цифровых микросхемах, специализированных — А3977, на программированной PIC16, через ключи или драйверы SMSD 1.5.

Большинство драйверов управляются компьютером через порты RS-232, USB и LPT. Они вырабатывают сигналы управления: шаг, направление, разрешение и обеспечивают дробление шага на ½ до 1/32 и работают с программами: MACH3, KCam, DeskCNC, Turbocnc и другими. Кабелем подключить двигатель к драйверу согласно описанию. Изучив работу программы, запустить в работу несложно. Для включения используется напряжение от 5 вольт до 48 вольт. Исключения составляют двигатели на 220/110 вольт.

Микрошаговый режим привода

Основное время работы ШД происходит в пошаговом или полушаговом режиме, а при пуске и остановке желательно использовать микрошаговый режим для точной фиксации. Пошаговый режим определён конструкцией и импульсным управлением. При микрошаговой работе на обмотки подаются синусоидальные напряжения с нужным сдвигом фаз.

Ротор фиксируется при определённом соотношении фаз токов в обмотках. Расчёт точки равновесия произвести по формуле x = S *pi/2*arctg a/b где:

  • a — момент, создаваемый первой фазой и b — второй фазой;
  • x — точка равновесия ротора или микрошаг в радианах;
  • S — угол шага.

А также надо учитывать максимальную частоту управляющего сигнала, при которой нет потери или добавления лишнего шага в процессе работы. Она является основным показателем переходного режима шагового двигателя и обозначается в характеристиках, как частота приёмистости двигателя.

В процессе эксплуатации необходимо следить за чистотой вокруг привода и не допускать попадания металлической стружки, возможен выход из строя ШД. Найти способ защитить привод. Ремонт аналогичен ремонту коллекторного двигателя, требует аккуратности.

После разборки взять и продуть сжатым воздухом статор и ветошью протереть ротор. Проверить отсутствие биения подшипников.

Обзор драйвера мотора на L298N

Автор: Сергей · Опубликовано 20.12.2018 · Обновлено 13.04.2020

Одним из самых простых и недорогх способов управления двигателями постоянного тока является модуль L298N Motor Driver с Arduino. Он может контролировать скорость и направление вращения двух двигателей постоянного тока, а так же управлять биполярным шаговым двигателем (типа NEMA 17).

Технические параметры

► Напряжение питания логики модуля: 5 В
► Потребляемый ток встроенной логики: 36 мА
► Напряжение питания драйвера: 5 В – 35 В
► Рабочий ток драйвера: 2 А (пиковый ток 3 А)
► Габариты: 43.5 мм х 43.2мм х 29.4мм

Читать еще:  Starline сигнализация инструкция как запустить двигатель

Общие сведения

Основной чип модуля это микросхема L298N, состоящая из двух H-мост (H-Bridge), один для выхода A, второй для выхода B. H-мост широко используется в электронике и служит для изменения вращения двигателем, схема H-моста содержит четыре транзистора (ключа) с двигателем в центре, образуя H-подобную компоновку. Принцип работы прост, при одновременном закрытие двух отдельных транзистора изменяется полярность напряжения, приложенного к двигателю. Это позволяет изменять направление вращения двигателя. На рисунке ниже, показана работа H-мостовой схемы.

Для управления скоростью двигателя постоянного тока используется метод PWM (Широтно-импульсной модуляции).

Модуль L298N содержит разъем для подключения питания, ряд перемычек для настройки модуля, два выхода A и B и разъем управления, которые регулируют скорость и направление вращения, назначение каждого можно ознакомится ниже:

Вывод Vss — питание двигателей, от 5 до 35 В;
Вывод GND — общий вывод заземления;
Вывод Vs — питание для логической схемы;
Перемычка ENA — используются для управления скоростью двигателя A;
Вывода IN1 и IN2 — используются для управления направлением вращения двигателя A;
Вывода IN3 и IN4 — используются для управления направлением вращения двигателя B;
Перемычка ENB — используются для управления скоростью двигателя B;
Выходы OUT1 и OUT2 — разъем для двигателя A;
Выходы OUT3 и OUT4 — разъем для двигателя B;

Принципиальная схема модуля L298N

Питание модуля.
Питание модуля L298N осуществляется через трех контактный разъем, шагом 3,5 мм:
Vs — источник питания двигателей, 3B — 35B
GND — земля
Vss — источник питания модуля, 4,5В — 5,5В
Фактически у модуля L298N, есть два контакта питания, а именно. «Vss» и «Vs». От «Vs» питаются двигатели с допустимым напряжением от 5 В до 35 В, а от «Vss» питается логическая схема модуля 4,5В до 5,5В. На плате установлен встроенный стабилизатор напряжения на 5 Вольт (78M05), его можно включить или отключить с помощью перемычки. Когда перемычка установлена, стабилизатор включен и питает логику модуля (Vss) от источника питания двигателя (Vs). При включенном стабилизаторе, вход «Vss» работает как выход и обеспечивает 5В с током 0,5 А. Когда перемычка убрана, стабилизатор отключен и необходимо отдельно подключить питание 5 Вольт на вход Vss.

Внимание! Нельзя установить перемычку, если напряжение двигателя ниже 12 Вольт.

Падение напряжения L298N
Падение напряжения драйвера L298N составляет около 2 В, это связано с внутренним падением напряжения в транзисторах в цепи H-мосте. Таким образом, если мы подключим 12 В к источнику питания двигателя, то двигатели получат напряжение около 10 В. Это означает, что двигатель на 12 В не будет работать с максимальной скоростью, для получения максимальной скорости, напряжение поданное на двигателя должен быть выше напряжения (2 В), чем потребность в фактическом напряжении двигателя. Учитывая падение напряжения на 2 В, если вы используете двигатели 5 В, вам необходимо обеспечить питание 7 В. Если у вас 12-ваттные двигатели, то напряжение питания вашего двигателя должно составлять 14 В.

Управления скоростью
Разъемы управления скоростью ENA и ENB используются для включения и выключения управления скоростью двигателей. Когда перемычка установлена, двигатель вращается с максимальной скоростью. Если необходимо управлять скоростью двигателей, необходимо убрать перемычку и подключить выводы к контактам с поддержкой PWM на Arduino.

Подключение L298N к Arduino (коллекторный двигатель)

Необходимые детали:
Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Драйвер мотора на L298N (5-35V, 2A) x 1 шт.
► Коллекторный двигатель x 2 шт.
► Комплект проводов DuPont 2.54 мм, 20 см x 1 шт.

Подключение:
Первым делом необходимо подключить источник питания 12B к двигателям, в примере используется распространенные двигатель постоянного тока, рассчитанные на 3B . . . 12B (применяемые в робототехнике). Учитывая внутреннее падение напряжения на микросхеме L298N, двигатели получат 10 В и будут вращаться не в полную силу.
Далее, нужно подключить 5 вольт на логическую схему L298N, для этого воспользуемся встроенным стабилизатором напряжения, который работает от источника питания двигателя, поэтому, перемычка EN должна быть установлена.
Теперь осталось подключить управляющие провода ENA, IN1, IN2, IN3, IN4 и ENB к шести цифровым выводам Arduino 9, 8, 7, 5, 4 и 3. Обратите внимание, что выводы Arduino 9 и 3 поддерживают ШИМ. Теперь, подключаем двигатели, один к клемме A (OUT1 & OUT2), а другой к клемме B (OUT3 & OUT4). Принципиальная схема подключения приведена ниже.

Осталось подключить Arduino к источнику питания и загрузить скетч.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector