Питание шагового двигателя. Напряжение питания шаговых двигателей 3D принтера. Особенности разрешения на минимальном шаге

Опубликовано: 27.08.2018

видео Питание шагового двигателя. Напряжение питания шаговых двигателей 3D принтера. Особенности разрешения на минимальном шаге

ПОДКЛЮЧАЕМ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ К ARDUINO [Уроки Ардуино #14]



Питание обмоток шагового двигателя

Для питания обычного двигателя постоянного тока требуется лишь источник постоянного напряжения, а необходимые коммутации обмоток выполняются коллектором. С шаговым двигателем всё сложнее. Все коммутации должен выполнять внешний контроллер. В настоящее время примерно в 95% случаев для управления шаговыми двигателями используются микроконтроллеры. В простейшем случае для управления шаговым двигателем в полношаговом режиме требуются всего два сигнала, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Направление вращения зависит от того, какая фаза опережает. Скорость определяется частотой следования импульсов.


TB6600 , Мощный БП с Китая 600W Станок с чпу

В полушаговом режиме всё немного сложнее и требуется уже минимум 4 сигнала. Все сигналы управления шаговым двигателем можно сформировать программно, однако это вызовет большую загрузку управляющего микропроцессора контроллера. Поэтому чаще применяют специальные микросхемы драйверов шагового двигателя, которые уменьшают количество требуемых от процессора динамических сигналов. Типично эти микросхемы требуют сигнал тактовой частоты, которая является частотой повторения шагов и статический сигнал, который задает направление вращения. Иногда еще присутствует сигнал включения полушагового режима. Для микросхем драйверов, которые работают в микрошаговом режиме, требуется большее количество сигналов. Распространенным является случай, когда необходимые последовательности сигналов управления фазами формируются с помощью одной микросхемы, а необходимые токи фаз обеспечивает другая микросхема. Хотя в последнее время появляется все больше драйверов, реализующих все функции в одной микросхеме.

Мощность, которая требуется от коммутатора, зависит от размеров двигателя и составляет доли ватта для маленьких двигателей и до 10-20 ватт для больших двигателей. Максимальный уровень рассеиваемой мощности ограничен нагревом двигателя. Рабочая температура ШД обычно указывается производителем, но общепринято, что нормальной является температура корпуса 90 градусов. Поэтому при конструировании устройств с шаговыми двигателями, непрерывно работающими на максимальном токе, необходимо принимать меры, исключающие касание корпуса двигателя обслуживающим персоналом. В отдельных случаях возможно применение охлаждающего радиатора. Иногда это позволяет применить двигатель меньших размеров и добиться лучшего отношения мощность/стоимость.

Для данного размера шагового двигателя место, занимаемое обмотками, ограничено. Поэтому очень важно сконструировать коммутатор так, чтобы для заданных параметров обмоток обеспечить наилучшую эффективность.

Схема коммутатора должна выполнять три главных задачи: иметь возможность включать и выключать ток в обмотках, а также менять его направление; поддерживать заданное значение тока; обеспечивать как можно более быстрое нарастание и спад тока для хороших скоростных характеристик

Способы изменения направления тока в обмотках. При работе шагового двигателя требуется изменение направления магнитного поля независимо для каждой фазы. Изменение направления магнитного поля может быть выполнено разными способами. В униполярных двигателях обмотки имеют отвод от середины или имеются две отдельные обмотки для каждой фазы. Направление магнитного поля меняется путем переключения половинок обмоток или целых обмоток. В этом случае требуются только два простых ключа A и B для каждой фазы (рис. 16).

Рис. 16. Питание обмотки униполярного двигателя

В биполярных двигателях направление тока меняется путем переполюсовки выводов обмоток. Для такой переполюсовки требуется полный H-мост (рис. 17). Управление ключами в том и другом случае должно осуществляться логической схемой, реализующей нужный алгоритм работы. Предполагается, что источник питания схем имеет номинальное для обмоток двигателя напряжение. Это простейший способ управления током обмоток биполярного лвигателя.

Рис. 17. Питание обмотки биполярного двигателя

Нужно отметить, что при раздельном управлении транзисторами моста возможны ситуации, когда источник питания закорочен ключами. Поэтому логическая схема управления должна быть построена таким образом, чтобы исключить эту ситуацию даже в случае сбоев управляющего контроллера.

Обмотки двигателя представляют собой индуктивность. При подключении обмотки к источнику питания ток будет с некоторой скоростью нарастать, а при отключении обмотки произойдет выброс напряжения, обусловленного ЭДС самоиндукции. Этот выброс способен повредить ключи, в качестве которых используются биполярные или полевые транзисторы. Для ограничения этого выброса устанавливают специальные защитные цепочки. На схемах рис. 16 и 17 эти цепочки образованы диодами, значительно реже применяют конденсаторы или их комбинацию с диодами. Применение конденсаторов может привести к появлению электрического резонанса, что иногда приводит к увеличению момента на некоторой скорости.

На рис. 16 потребовалось 4 диода по той причине, что половинки обмоток униполярного двигателя расположены на общем сердечнике и магнитно связаны между собой. Они работают как автотрансформатор и выбросы возникают на выводах обеих обмоток. Если в качестве ключей применены МОП-транзисторы, то достаточно только двух внешних диодов, так как у них внутри уже имеются диоды (включенные параллельно каналу сток – исток). В интегральных микросхемах, содержащих мощные выходные каскады с открытым коллектором или открытым стоком, также часто имеются такие диоды.

studfiles.net

Питание обмоток шагового двигателя

Для питания обычного двигателя постоянного тока требуется лишь источник постоянного напряжения, а необходимые коммутации обмоток выполняются коллектором. С шаговым двигателем всё сложнее. Все коммутации должен выполнять внешний контроллер. В настоящее время примерно в 95% случаев для управления шаговыми двигателями используются микроконтроллеры. В простейшем случае для управления шаговым двигателем в полношаговом режиме требуются всего два сигнала, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Направление вращения зависит от того, какая фаза опережает. Скорость определяется частотой следования импульсов.

В полушаговом режиме всё немного сложнее и требуется уже минимум 4 сигнала. Все сигналы управления шаговым двигателем можно сформировать программно, однако это вызовет большую загрузку управляющего микропроцессора контроллера. Поэтому чаще применяют специальные микросхемы драйверов шагового двигателя, которые уменьшают количество требуемых от процессора динамических сигналов. Типично эти микросхемы требуют сигнал тактовой частоты, которая является частотой повторения шагов и статический сигнал, который задает направление вращения. Иногда еще присутствует сигнал включения полушагового режима. Для микросхем драйверов, которые работают в микрошаговом режиме, требуется большее количество сигналов. Распространенным является случай, когда необходимые последовательности сигналов управления фазами формируются с помощью одной микросхемы, а необходимые токи фаз обеспечивает другая микросхема. Хотя в последнее время появляется все больше драйверов, реализующих все функции в одной микросхеме.

Мощность, которая требуется от коммутатора, зависит от размеров двигателя и составляет доли ватта для маленьких двигателей и до 10-20 ватт для больших двигателей. Максимальный уровень рассеиваемой мощности ограничен нагревом двигателя. Рабочая температура ШД обычно указывается производителем, но общепринято, что нормальной является температура корпуса 90 градусов. Поэтому при конструировании устройств с шаговыми двигателями, непрерывно работающими на максимальном токе, необходимо принимать меры, исключающие касание корпуса двигателя обслуживающим персоналом. В отдельных случаях возможно применение охлаждающего радиатора. Иногда это позволяет применить двигатель меньших размеров и добиться лучшего отношения мощность/стоимость.

Для данного размера шагового двигателя место, занимаемое обмотками, ограничено. Поэтому очень важно сконструировать коммутатор так, чтобы для заданных параметров обмоток обеспечить наилучшую эффективность.

Схема коммутатора должна выполнять три главных задачи: иметь возможность включать и выключать ток в обмотках, а также менять его направление; поддерживать заданное значение тока; обеспечивать как можно более быстрое нарастание и спад тока для хороших скоростных характеристик

Способы изменения направления тока в обмотках. При работе шагового двигателя требуется изменение направления магнитного поля независимо для каждой фазы. Изменение направления магнитного поля может быть выполнено разными способами. В униполярных двигателях обмотки имеют отвод от середины или имеются две отдельные обмотки для каждой фазы. Направление магнитного поля меняется путем переключения половинок обмоток или целых обмоток. В этом случае требуются только два простых ключа A и B для каждой фазы (рис. 16).

Рис. 16. Питание обмотки униполярного двигателя

В биполярных двигателях направление тока меняется путем переполюсовки выводов обмоток. Для такой переполюсовки требуется полный H-мост (рис. 17). Управление ключами в том и другом случае должно осуществляться логической схемой, реализующей нужный алгоритм работы. Предполагается, что источник питания схем имеет номинальное для обмоток двигателя напряжение. Это простейший способ управления током обмоток биполярного лвигателя.

Рис. 17. Питание обмотки биполярного двигателя

Нужно отметить, что при раздельном управлении транзисторами моста возможны ситуации, когда источник питания закорочен ключами. Поэтому логическая схема управления должна быть построена таким образом, чтобы исключить эту ситуацию даже в случае сбоев управляющего контроллера.

Обмотки двигателя представляют собой индуктивность. При подключении обмотки к источнику питания ток будет с некоторой скоростью нарастать, а при отключении обмотки произойдет выброс напряжения, обусловленного ЭДС самоиндукции. Этот выброс способен повредить ключи, в качестве которых используются биполярные или полевые транзисторы. Для ограничения этого выброса устанавливают специальные защитные цепочки. На схемах рис. 16 и 17 эти цепочки образованы диодами, значительно реже применяют конденсаторы или их комбинацию с диодами. Применение конденсаторов может привести к появлению электрического резонанса, что иногда приводит к увеличению момента на некоторой скорости.

На рис. 16 потребовалось 4 диода по той причине, что половинки обмоток униполярного двигателя расположены на общем сердечнике и магнитно связаны между собой. Они работают как автотрансформатор и выбросы возникают на выводах обеих обмоток. Если в качестве ключей применены МОП-транзисторы, то достаточно только двух внешних диодов, так как у них внутри уже имеются диоды (включенные параллельно каналу сток – исток). В интегральных микросхемах, содержащих мощные выходные каскады с открытым коллектором или открытым стоком, также часто имеются такие диоды.

studfiles.net

Питание обмоток шагового двигателя

Для питания обычного двигателя постоянного тока требуется лишь источник постоянного напряжения, а необходимые коммутации обмоток выполняются коллектором. С шаговым двигателем всё сложнее. Все коммутации должен выполнять внешний контроллер. В настоящее время примерно в 95% случаев для управления шаговыми двигателями используются микроконтроллеры. В простейшем случае для управления шаговым двигателем в полношаговом режиме требуются всего два сигнала, сдвинутые по фазе на 90 градусов. Направление вращения зависит от того, какая фаза опережает. Скорость определяется частотой следования импульсов.

В полушаговом режиме всё немного сложнее и требуется уже минимум 4 сигнала. Все сигналы управления шаговым двигателем можно сформировать программно, однако это вызовет большую загрузку управляющего микропроцессора контроллера. Поэтому чаще применяют специальные микросхемы драйверов шагового двигателя, которые уменьшают количество требуемых от процессора динамических сигналов. Типично эти микросхемы требуют сигнал тактовой частоты, которая является частотой повторения шагов и статический сигнал, который задает направление вращения. Иногда еще присутствует сигнал включения полушагового режима. Для микросхем драйверов, которые работают в микрошаговом режиме, требуется большее количество сигналов. Распространенным является случай, когда необходимые последовательности сигналов управления фазами формируются с помощью одной микросхемы, а необходимые токи фаз обеспечивает другая микросхема. Хотя в последнее время появляется все больше драйверов, реализующих все функции в одной микросхеме.

Мощность, которая требуется от коммутатора, зависит от размеров двигателя и составляет доли ватта для маленьких двигателей и до 10-20 ватт для больших двигателей. Максимальный уровень рассеиваемой мощности ограничен нагревом двигателя. Рабочая температура ШД обычно указывается производителем, но общепринято, что нормальной является температура корпуса 90 градусов. Поэтому при конструировании устройств с шаговыми двигателями, непрерывно работающими на максимальном токе, необходимо принимать меры, исключающие касание корпуса двигателя обслуживающим персоналом. В отдельных случаях возможно применение охлаждающего радиатора. Иногда это позволяет применить двигатель меньших размеров и добиться лучшего отношения мощность/стоимость.

Для данного размера шагового двигателя место, занимаемое обмотками, ограничено. Поэтому очень важно сконструировать коммутатор так, чтобы для заданных параметров обмоток обеспечить наилучшую эффективность.

Схема коммутатора должна выполнять три главных задачи: иметь возможность включать и выключать ток в обмотках, а также менять его направление; поддерживать заданное значение тока; обеспечивать как можно более быстрое нарастание и спад тока для хороших скоростных характеристик

Способы изменения направления тока в обмотках. При работе шагового двигателя требуется изменение направления магнитного поля независимо для каждой фазы. Изменение направления магнитного поля может быть выполнено разными способами. В униполярных двигателях обмотки имеют отвод от середины или имеются две отдельные обмотки для каждой фазы. Направление магнитного поля меняется путем переключения половинок обмоток или целых обмоток. В этом случае требуются только два простых ключа A и B для каждой фазы (рис. 16).

Рис. 16. Питание обмотки униполярного двигателя

В биполярных двигателях направление тока меняется путем переполюсовки выводов обмоток. Для такой переполюсовки требуется полный H-мост (рис. 17). Управление ключами в том и другом случае должно осуществляться логической схемой, реализующей нужный алгоритм работы. Предполагается, что источник питания схем имеет номинальное для обмоток двигателя напряжение. Это простейший способ управления током обмоток биполярного лвигателя.

Рис. 17. Питание обмотки биполярного двигателя

Нужно отметить, что при раздельном управлении транзисторами моста возможны ситуации, когда источник питания закорочен ключами. Поэтому логическая схема управления должна быть построена таким образом, чтобы исключить эту ситуацию даже в случае сбоев управляющего контроллера.

Обмотки двигателя представляют собой индуктивность. При подключении обмотки к источнику питания ток будет с некоторой скоростью нарастать, а при отключении обмотки произойдет выброс напряжения, обусловленного ЭДС самоиндукции. Этот выброс способен повредить ключи, в качестве которых используются биполярные или полевые транзисторы. Для ограничения этого выброса устанавливают специальные защитные цепочки. На схемах рис. 16 и 17 эти цепочки образованы диодами, значительно реже применяют конденсаторы или их комбинацию с диодами. Применение конденсаторов может привести к появлению электрического резонанса, что иногда приводит к увеличению момента на некоторой скорости.

На рис. 16 потребовалось 4 диода по той причине, что половинки обмоток униполярного двигателя расположены на общем сердечнике и магнитно связаны между собой. Они работают как автотрансформатор и выбросы возникают на выводах обеих обмоток. Если в качестве ключей применены МОП-транзисторы, то достаточно только двух внешних диодов, так как у них внутри уже имеются диоды (включенные параллельно каналу сток – исток). В интегральных микросхемах, содержащих мощные выходные каскады с открытым коллектором или открытым стоком, также часто имеются такие диоды.

studfiles.net

Напряжение питания шаговых двигателей 3D принтера

30.09.2016 Сайт https://anteh.ru

Рассматривается пластиковый 3D FDM дельта принтер. Шаговый двигатель экструдера JK42HS40-1204D, согласно документации индуктивность = 4.5mH. X Y Z двигатели осей JK42HS60-1704A, это 2х фазный гибридный шаговый двигатель, согласно документации индуктивность = 6.2mH. Проверена индуктивность обмоток RLC метром, последовательная схема измерения, частота 1kHz:JK42HS60-1704A:X: Ls=6.283mH, Q=6.0; Ls=6.316mH, Q=6.0Y: Ls=6.318mH, Q=6.13; Ls=6.229mH, Q=6.0Z: Ls=6.413mH, Q=6.0; Ls=6.43mH, Q=6.14JK42HS40-1204D:E: Ls=4.1mH, Q=5.45; Ls=4.1mH, Q=5.21Индуктивность немного меняется при повороте вала двигателя и точность где-то в десятых долях. Измерения совпали с документацией.Лучше работают двигатели с меньшей индуктивностью, малая индуктивность требует меньшего напряжения питания. Максимальное напряжение питания двигателя вычисляется по эмперической формуле

, где L - индуктивность обмоток двигателя в миллигенри. Рекомендуется, чтобы максимально допустимое напряжение питания драйвера было примерно равно Umax, или чуть больше. Если условие не выполняется, то больших скоростей вращения не получить.UmaxXYZ=32*sqrt(6)=78VUmaxE=32*sqrt(4.1)=64VИнтересно получается. Сейчас напряжение питания шаговых двигателей +12VDC. Диазапазон питающих напряжений двигателя должен быть в диапазоне от 4 до 25 значений напряжения питания двигателя. Чтобы увеличить скорость печати, предотвратить пропуски на высоких скоростях печати, положительно повлиять на шум и резонансные явления, снизить тепловыделение(палец обжигать не будет) и ток драйверов, нужно поднять напряжение питания драйверов, хотя бы до безопасных +24VDC.

Есть осадок от непонимания причин чередования 80 и 70 микрон при движении по вертикали, через pronterface на минимальном шаге. Т.е. вертикальное движение осуществляется при чередовании указания положения по вертикали 70 и 80 мкм. Шаговые двигатели, на слух, отрабатывают следующие значения по высоте:G1Z10.1G1Z10.18G1Z10.25g1z10.30g1z10.38g1z10.45g1z10.53g1z10.60g1z10.68g1z10.75Подобное поведение было проверено и подтверждено с помощью микрометра.Диаметр штока на XYZ осях 12мм с 20ю зубьями. 80 шагов на миллиметр хода каретки. Минимальный шаг по оси: 1/80=0.0125мм. В пропуске шагов на высокой скорости, резонансных явлениях и чередовании шага по высоте 70/80 микрон, пока обвиняется недостаточное напряжение питания шаговых двигателей. Напряжение поднято до +18В. DRV8825 поддерживает от +8.2 до +45VDC(что оказалось неправдой), ток 1.5A без обдува и 2.2A с дополнительным обдувом. Не будет переделки RAMPS 1.4 под повышенное напряжение, будет перенесён контакт питания +12V платы DRV8825 с нижней на верхнюю сторону и туда заведено +18V, также добавляем к каждому драйверу электролит 100u 50V или большей ёмкости:

Первоначально подавалось +32V, использовался линейный нестабилизированный источник +18VDC подключённый последовательно к +12VDC, трансформатор ТН55, 2 вторичные 6.3V 7A соединены последовательно, мост из шоттки + 2 банки по 10000u 50V.Перестали работать DRV8825 драйвера, в шахматном порядке сопротивление цифровых ног упало со 100k до где-то 300, где-то 10 ом, подгорели. На одном из драйверов пропал Vref, другой вроде работал, но дробление у него поменялось, как выяснилось в результате подгоревших ног задающих дробление. Чип керамика на платах DRV8825 не пострадала. Возможно, заявленные +45В напряжения питания DRV8825 неправда, от 32В всё померло. Но возможно сам был виноват, потому что в ручную двигал каретки осей и шаговый двигатель, работающий в реэиме генератора мощности мог повредить драйвера. Но правда 1 каретку не трогал, а повреждёнными оказались все драйвера.Те же самые доработки были сделаны с тремя A4988 и на VMOT заведено напряжение +18VDC c линейного стабилизатора. Дробление то же 1/16.

Выставлен на всякий ток драйверов в 1A, 0.8Vref. И приятные результаты, на слух стало тише.Субъективно, по показаниям микрометра увеличилась точность, драйвера стали греться существенно меньше, теперь на максимальной скорости печати на радиаторах A4988 можно спокойно держать палец сколь угодно долго, при питании от +12VDC палец обжигало. И что более важное исчезли пропуски, при тех же исходных, при 12V питания XYZ шаговых двигателей и токе драйвера 1.5A пропуски наблюдались в районе 650%(35мм/c=100%) 230мм/сек. Сейчас, при напряжении питания +18VDC(линейный блок питания под нагрузкой) и токе драйверов 1А, на скорости 900% 315мм/сек пропуски не наблюдались. На чередование шага по высоте 70/80 микрон повышение напряжения питания субъективно повлияло, микрометр, в среднем, стал показывать 75 микрон т.е. немного увеличилась точность. В этой статье разрешение по вертикали каждой из осей подправлено на 50микрон. Преимущества использования +24VDC вместо +12VDC для питания шаговых двигателей существенны. Разумеется речь о бюджетных open source домашних принтерах. По "взрослому", как уже обсуждалось напряжение питания шаговых двигателей можно подбирать в зависимости от индуктивности обмотки и для используемых осевых шаговых двигателей может составлять чуть более +78VDC. Нужны соответствующие драйвера STEP DIR с питанием от линейного трансформаторного блока питания 80VDC, стабилизация не нужна, достаточно электролитов, в общей сумме на 30000 -50000мкФ.Конечно +18 не +24, но результат весьма положительный. Сейчас заказан тор и пару банок для линейного +24VDC источника питания драйверов шагового двигателя. Здесь "Питание драйверов A4988 3D принтера от линейного трансформаторного блока питания напряжением 27VDC" продолжение статьи.В проекте попробовать запитать двигатели 80VDC с использованием соответствующих драйеров, возможно с "прибамбасами". Цель получить качественную печать на скорости 100-120мм/сек используя AtMega2560 + marlin прошивку.

Несколько полезныхфактов о шаговом двигателе:

Момент вращения ротора шагового двигателя максимален на малых оборотах. Шаговые двигатели можно назвать вечными. Температура корпуса шагового двигателя в 90градусов считается нормой. Его можно использовать как датчик угла поворота. Как генератор мощности он будет работать эффективней коллектооных двигателей.

anteh.ru

Новости автомира
Не заводится Ниссан Альмера Классик, N16 и G15 на холодную, стартер крутит
1225 Просмотров Если ваш автомобиль Альмера N16 2016 года выпуска не заводится на холодную и на горячую, то причина может скрываться как в электрической цепи, так и в топливной системе. И причин может

Почему не заводится ваз 2106
Опубликовано: 02.11.2017 НЕ ЗАВОДИТСЯ МАШИНА ЧТО ДЕЛАТЬ сами с ключами Вообщем машинка постояла 2 дня. Прихожу - пробую завести, а не заводится. Посмотрел подумал. Посомтрел топливный фильтр - сухой.

Приора не заводится: причины и пути их устранения
Проблемы с запуском мотора автомобиля Лада Приора возникают в случае неисправности одного либо нескольких элементов системы зажигания машины. Повод для их появления – искра, необходимая для воспламенения

Плохо заводится на горячую карбюратор ВАЗ 2109
Плохой ГОРЯЧИЙ ЗАПУСК летом!!! А дело все в Бензине! ПЛАВАЮТ холостые обороты, ДОЛГО заводится --- ПОДКАПЫВАЕТ во вторую камеру! Скажи НЕТ парам бензина и ПЛОХОМУ ЗАПУСКУ в жару! Доработка крыши кастрюли!

Kia Spectra не заводится и стартер не крутит (Rio и Ceed): причины и решение проблемы
Стартер – один из важнейших узлов автомобиля. Благодаря ему осуществляется запуск двигателя . Поэтому для успешного запуска нужно следить за его исправностью. Если Киа Спектра не заводится, стартер

Киа Рио не заводится, причины и их устранение
Многим владельцам автомобилей известна эта ситуация, когда необходимо срочно выехать, а двигатель никак не хочет запускаться. Причем это может случиться не только в холодную пору года. От подобной проблемы

Ответы@Mail.Ru: ВАЗ-2109 Есть искра, и заливает свечи, но машина не заводится. В чем проблема??
Остальные ответы Алексадр Хохленко Ученик (233) плохо что карбюратор, свечи заливает большей обьём подачи бензина. смотри дросельную заслонку и винт холостого

ВАЗ-2107. Инжектор не заводится: возможные причины и способы решения
Несмотря на развитие автоиндустрии, классические модели ВАЗ до сих пор пользуются огромным спросом в странах СНГ. Последние модели «Классики», а именно ВАЗ-2107, оснащались инжекторной системой впуска.

Не заводиться!
Всем доброго дня!!! Может кто сталкивался с такой проблемой!? Honda HR-V 2000г. Была сырая погода, подъехал к дому заглушил, через

Не заводится машина: что делать, основные причины и пути их решения
Если с самого утра возникают какие-либо проблемы с машиной - весь день может быть испорчен. Особенно если она не заводится. К тому же из-за этого можно опоздать на важную встречу, работу, в аэропорт

Все новости
Новости партнеров
rss