Как запустить шаговый двигатель от принтера схема


Запуск шагового двигателя без электроники

У любого радиолюбителя часто скапливается не мало различной оргтехники, которая вышла из строя. Выбрасывать я её ни кто не решается, так как из ее внутренностей можно сделать что ни будь полезное или выпаять некоторые детали. К примеру: шаговый двигатель, который так распространен, обычно используется любителями самоделок как мини генератор для фонарика или для чего то ещё. Но я практически никогда не видел, чтобы его использовали именно как двигатель для преобразования электрической энергии в механическую. Это и понятно: для управления шаговым двигателем нужна электроника и его просто так к напряжению не подключишь.

Но оказывается что данное мнение является ошибочным. Шаговый двигатель от принтера или от другого устрой устройства, можно легко запустить от переменного тока.

Для эксперимента использовался вот такой шаговый двигатель:

 

Обычно у них четыре вывода и две обмотки, в большинстве случаев, но есть и другие конечно. В данном случае будет рассмотрен самый ходовой двигатель.

Схема шагового двигателя

Схема обмоток данного двигателя выглядит вот так:

 

Она очень похожа на схему обычного асинхронного двигателя.

Для запуска двигателя понадобится:

  • Электролитический конденсатор 470-3300 мкФ.
  • Источник переменного тока 12 Вольт.

Замыкаем обмотки последовательно, как на схеме ниже.

 

Середину проводов нужно скрутить и спаять.

 

Подключаем конденсатор одним выводом к середине обмоток, а вторым выводом к источнику питания на любой контакт. Фактически электролитический конденсатор будет параллелен одной из обмоток.

Подаем питание и двигатель начинает крутиться.

 

Если перекинуть вывод конденсатора с одного выхода питания на другой, то вал двигателя начнет вращаться в другую сторону.

 

Все достаточно просто. Принцип работы этой схемы очень прост: конденсатор формирует сдвиг фаз на одной из обмоток, в результате обмотки работают почти попеременно и шаговый двигатель крутится.

Единственные минус заключается в том, что обороты двигателя невозможно регулировать. Увеличение или уменьшение питающего напряжения ни к чему не приведет, так как обороты задаются частотой сети.

Хотелось бы добавить, что в данном примере используется конденсатор постоянного тока, что является не совсем правильным вариантом. И если вы решитесь использовать такую схему включения, берите конденсатор переменного тока. Его так же можно сделать самому, включив два конденсатора постоянного тока встречно-последовательно.

Сморите видео

 

Страница не найдена (404) - NXP® Semiconductor

Запрошенная вами страница не может быть найдена.

Возможные причины пропуска страниц и что можно делать:

  • Если вы ввели URL-адрес в адресной строке , убедитесь, что URL написан правильно.
  • Если вы использовали закладку , удалите ее и перейдите с домашней страницы.
  • Если вы не можете найти продукт или страницу и вам нужны технические помощь , введите запрос на обслуживание.
  • Эта страница может быть недоступна на языке, который вы выбрано
.

Как использовать шаговый двигатель - Блог Digilent Inc.

Добро пожаловать в блог Digilent!

В мире вокруг нас моторы есть везде - в машинах, принтерах, компьютерах, стиральных машинах, электробритвах и т. Д. К сожалению, есть много людей (включая меня до недавнего времени), которые не знали бы, что делать, если бы им вручили мотор и сказали запустить его. Поэтому я решил, что хочу это изменить. Давайте научимся управлять шаговым двигателем!

4-фазный шаговый двигатель, вращающий шестерню.Изображение с этой страницы Википедии.

Шаговые двигатели - это один из трех основных классов двигателей: два других - это двигатели постоянного тока и серводвигатели. В бесщеточном двигателе центральный вал шагового двигателя физически ни к чему не прикасается, чтобы вращаться. Скорее, в шаговых двигателях используются электромагниты, которые концентрически расположены вокруг центрального вала, чтобы заставить его вращаться. Для тех из вас, кто может не знать, электромагниты работают за счет протекания тока через провод, намотанный на «мягкий» магнит.Эта комбинация создает магнитное поле, заставляя центральный вал вращаться так, чтобы «зубья» вала совпадали с зубьями любого электромагнита, на который подается напряжение. Многие шаговые двигатели имеют только два таких электромагнита, которые расположены на 90 градусов друг от друга.

Шаговый двигатель с регулируемым сопротивлением. Изображение предоставлено компанией Anaheim Automation. Шаговый двигатель с постоянными магнитами. Изображение из Anaheim Automation.

Доступны три основных подтипа шаговых двигателей: переменное магнитное сопротивление, постоянный магнит и гибридные шаговые двигатели.Двигатель с регулируемой индуктивностью использует генерируемое магнитное поле исключительно для вращения центрального вала. Неудивительно, что шаговый двигатель с постоянным магнитом имеет постоянный магнит на центральном валу, который будет вращаться соответствующим образом, чтобы его северный и южный полюсы совпадали с электромагнитом, который в настоящее время находится под напряжением. Кроме того, шаговый двигатель с постоянным магнитом не имеет «зубцов» на центральном валу, тогда как двигатель с переменной индуктивностью имеет несколько зубцов, которые выстраиваются в линию с электромагнитами под напряжением, образуя «путь наименьшего сопротивления».

Гибридный шаговый двигатель (адаптировано из изображения All About Circuits).

Гибридный двигатель - это комбинация этих двух двигателей. Центральный вал имеет два набора зубцов, соответствующих двум магнитным полярностям, которые затем будут вращаться и соответствующим образом выровняться с зубьями электромагнита под напряжением. Поскольку гибридный шаговый двигатель имеет двойной ряд зубьев, эти двигатели имеют наименьший размер шага и являются наиболее популярным типом двигателей.

Но как на самом деле управлять шаговым двигателем и управлять им? Существует два режима работы шагового двигателя: униполярный и биполярный.Униполярный режим работает только в диапазоне положительного напряжения. Обычно это означало бы, что ток мог проходить через электромагнитные катушки только в одном направлении, создавая магнитное поле только в одном направлении, а это означает, что центральный вал может только наклоняться вперед и назад между двумя электромагнитами.

Когда ток может течь через катушку только в одном направлении, вал не может вращаться на все 360 градусов.

Эта потенциальная проблема преодолевается тем фактом, что у униполярных шаговых двигателей на самом деле есть дополнительный провод, прикрепленный к середине двух катушек.Это позволяет току течь в двух разных направлениях: от середины к одной стороне катушки или к другой стороне катушки. Эти два направления создают магнитные поля в «противоположных» направлениях, позволяя зубьям намагниченного центрального вала вращаться на полные 360 градусов.

Биполярные шаговые двигатели также пропускают ток в двух разных направлениях через катушки. Вместо использования центрального отвода они используют как положительное, так и отрицательное (биполярное) напряжение, чтобы вызвать прохождение тока через катушку в обоих направлениях.Поскольку ток может течь через всю катушку, а не только половину катушки в униполярном режиме, биполярные шаговые двигатели имеют больший крутящий момент для вращения и удержания центрального вала на месте.

Доступные конфигурации проводов шагового двигателя. Изображение от Osmtec.

Как узнать, является ли ваш шаговый двигатель однополярным или биполярным, просто взглянув на него? В большинстве случаев вы смотрите на оба двигателя. Униполярный и биполярный - это всего лишь режимы, которые вы можете использовать для запуска шагового двигателя.Единственный случай, когда шаговый двигатель не может работать в любом режиме, - это когда из шагового двигателя выходят только четыре провода, соответствующие обоим концам двух катушек, и нет центрального провода отвода. Если у вас более четырех проводов (будь то пять, шесть или даже восемь проводов), по крайней мере, один из этих проводов является проводом с центральным ответвлением. Вы можете выяснить, какой провод какой, либо посмотрев техническое описание на свой двигатель, либо измерив сопротивление между двумя проводами одновременно с помощью мультиметра. Если один конкретный провод всегда измеряет половину сопротивления, о котором сообщают другие пары проводов, то вы знаете, что провод должен быть подключен к середине (следовательно, половина сопротивления) катушки.

Диаграммы сигналов трех основных стилей вождения. Создано Misan2010 в Wikimedia Commons.

Несмотря на всю эту информацию, мы на самом деле так и не узнали, как мы можем управлять нашими двигателями. Существует три основных способа управления шаговым двигателем (да, у шаговых двигателей есть много вариантов). Эти три стиля вождения: полушаговый, полушаговый и микрошаговый. Полноступенчатый привод всегда имеет два электромагнита (или, по крайней мере, два разных потока тока), находящихся под напряжением одновременно.Чтобы вращать центральный вал, один из потоков тока отключается, «выключая» электромагнит, и начинается другой поток тока, «включающий» другой электромагнит. Этот стиль вождения имеет наибольший крутящий момент, потому что всегда находятся под напряжением два электромагнита, но также имеет самый большой размер шага.

Полушаговый привод похож на полношаговый, но переключается между включением одного или двух электромагнитов. Один электромагнит сначала будет под напряжением, затем второй будет «включен».Затем первый электромагнит будет «выключен», а второй электромагнит останется под напряжением. Затем будет запущен новый ток, чтобы возбудить «третий» электромагнит в дополнение ко «включению» второго электромагнита. Такой стиль вождения приводит к половинному размеру шага полношагового привода, что обеспечивает большую точность, но также приводит к меньшему крутящему моменту, потому что не всегда есть два электромагнита, которые находятся под напряжением.

Microstepping, как вы, вероятно, подозреваете, имеет самый маленький размер шага из всех этих стилей вождения.Принцип его работы заключается в приложении переменного напряжения к каждой из катушек по синусоиде. Чем меньшие приращения напряжения (и, следовательно, тока) вы можете произвести, тем меньше размер шага. Однако это также приводит к переменной величине крутящего момента, которую демонстрирует шаговый двигатель, в зависимости от того, где вы находитесь в последовательности шагов.

Но остается важный вопрос. Если мы используем шаговый двигатель из стартового набора chipKIT, который рассчитан на 5 В, как мы можем использовать его с платой Digilent, такой как chipKIT uC32, которая работает только на 3?3В?

Схема пары транзисторов Дарлингтона из ULN2803A компании TI.

Если мы хотим запустить шаговый двигатель в униполярном режиме, то нам нужно увеличить выходное напряжение от chipKIT uC32 с 3,3 В до 5 В. Мы могли бы сделать это, используя операционные усилители, но я лично предпочел бы не возиться со всеми резисторами, которые мне понадобятся. Массив транзисторов Дарлингтона, такой как ULN2803 компании TI, был бы менее беспорядочным. В двух словах, пара транзисторов Дарлингтона имеет два NPN-транзистора, расположенных таким образом, что при подаче высокого логического напряжения с микроконтроллера на выходе пары транзисторов будет низкое напряжение (0 В), потребляющее ток от микроконтроллера. Центральная отводная линия 5 В.Однако, если применяется низкое логическое напряжение, выход будет находиться в состоянии высокого импеданса, потому что транзистор NPN будет действовать как «разомкнутая цепь». Это эффективно предотвращает прохождение любого тока через ИС, и поэтому ток не будет течь через катушки шагового двигателя. При отсутствии тока в катушках магнитное поле не создается, поэтому центральный вал не перемещается. Вы можете узнать больше о том, как работают транзисторы Дарлингтона, здесь.

Для биполярного режима нам понадобится способ создания отрицательного напряжения или какой-либо способ протекания тока в другом направлении через всю катушку, поскольку биполярный режим требует, чтобы мы не использовали центральный отводной провод.Нет простого способа получить отрицательное напряжение без внешнего источника питания, но мы можем легко получить ток, текущий в другом направлении, используя H-мост, такой как L293D от TI. H-мосты работают за счет использования транзисторов MOSFET, которые могут действовать как переключатель. Эти транзисторы затем скомпонованы таким образом, что, когда определенные переключатели «включены», ток будет течь через электромагнит в одном направлении, а когда другой набор переключателей включен (а другие переключатели остаются открытыми), ток будет течь через катушки в другом направлении.Вы можете узнать больше о том, как работают H-мосты, из этого учебного модуля.

Если вы хотите работать с собственным шаговым двигателем, в стартовом наборе chipKIT доступны шаговый двигатель, массив транзисторов Дарлингтона и H-мост. Вы также можете увидеть маленький шаговый двигатель, демонстрирующий свои возможности с полношаговым приводом, на видео ниже. Проверьте это!

.

Выбор и подключение шаговых двигателей

В платах Duet используются драйверы биполярных шаговых двигателей. Это означает, что вы можете использовать шаговые двигатели, подходящие для биполярного привода, которые имеют 4, 6 или 8 проводов. Вы не можете использовать двигатели с 5 проводами, потому что они предназначены для работы только в однополярном режиме. (Некоторые униполярные двигатели можно превратить в биполярные, вырезав дорожку на печатной плате.)

Проще всего подключать 4-проводные двигатели. Внутри шагового двигателя находятся две катушки, каждая из которых имеет провод, подключенный к каждому концу.Пары провод и катушка называются фазой. 4 провода соответствуют 4 выходным контактам каждого шагового драйвера Duet (см. Ниже для определения фаз и подключения).

В 6-проводных шаговых двигателях по-прежнему используются 2 катушки, но каждая катушка имеет центральный отвод, что позволяет при необходимости разрезать катушку пополам. Это создает дополнительный провод для каждой катушки. Вы можете запустить их в режиме полукатушки, оставив два концевых провода неподключенными, или в режиме полной катушки, оставив центральные провода неподключенными. См. Технические характеристики двигателя, чтобы убедиться, что ваш Duet может обеспечивать достаточный ток для того, как вы хотите их подключить.

8-проводный шаговый двигатель

имеет 4 катушки, поэтому с двумя проводами на катушку получается 8 проводов. Вы можете запустить 8-проводный шаговый двигатель в режиме полукатушки (с подключенными только 2 катушками) или в режиме полной катушки, а в режиме полной катушки вы можете подключить катушки последовательно или параллельно. В Интернете есть много другой документации о том, как это сделать, просто убедитесь, что Duet может справиться с текущими требованиями. В конечном итоге для подключения к Duet нам осталось всего 4 провода.

Это максимальный ток, который вы можете пропустить через обе обмотки одновременно.Максимальный ток через одну обмотку (что действительно важно при использовании микрошага) редко указывается и будет немного выше. Однако, даже если одна обмотка приводится в действие с указанным номинальным током, двигатель будет очень горячим. Поэтому обычно устанавливают ток двигателя не более 85% от номинального тока. Следовательно, чтобы получить максимальный крутящий момент от ваших двигателей без их перегрева, вы должны выбирать двигатели с номинальным током не более чем на 25% выше рекомендованного максимального тока шагового драйвера.Это дает:

  • Duet 0.6 и Duet 0.8.5 (рекомендуемый максимальный ток двигателя 1,5 A RMS) => Номинальный ток шагового двигателя <= 1,9 A
  • Duet 2 WiFi и Duet 2 Ethernet (максимальный ток двигателя 2,4 A RMS) => Номинальный ток шагового двигателя ток <= 3,0 A
  • Duet 2 Maestro (рекомендуемый максимальный ток двигателя 1,4 A RMS при хорошем охлаждении вентилятора) => Номинальный ток шагового двигателя <= 1,7 A. Более того, если вы используете двигатели с более низким номинальным током (например, от 1,0 до 1,2 А) и мощностью 24 В, тогда драйверы будут работать меньше.
  • Основная плата Duet 3 6HC и плата расширения 3HC (рекомендуемый максимальный ток двигателя 4,45 A RMS) => Номинальный ток шагового двигателя <= 5,5 A
  • Duet 3 Tooboard (рекомендуемый максимальный ток двигателя 1,4 A RMS) => Номинальный ток шагового двигателя < = 1,75 А

Это максимальный крутящий момент, который двигатель может обеспечить с обеими обмотками, запитанными на полном токе, прежде чем он начнет прыгать ступеньки. Удерживающий момент, когда одна обмотка находится под напряжением при номинальном токе, примерно в 1 / sqrt (2) раза больше.Крутящий момент пропорционален току (за исключением очень низких токов), поэтому, например, если вы установите драйверы на 85% номинального тока двигателя, то максимальный крутящий момент будет 85% * 0,707 = 60% указанного удерживающего момента.

Крутящий момент возникает, когда угол ротора отличается от идеального угла, соответствующего току в его обмотках. Когда шаговый двигатель ускоряется, он должен создавать крутящий момент, чтобы преодолеть инерцию собственного ротора и массу нагрузки, которую он ведет. Чтобы создать этот крутящий момент, угол ротора должен отставать от идеального угла.В свою очередь, нагрузка будет отставать от позиции, заданной прошивкой.

Иногда можно увидеть, что микрошаг уменьшает крутящий момент. На самом деле это означает, что, когда предполагается, что угол запаздывания равен углу, соответствующему одному микрошагу (потому что вы хотите, чтобы положение было точным с точностью до одного микрошага), более высокий микрошаг подразумевает меньший угол запаздывания и, следовательно, меньший крутящий момент. Крутящий момент на единицу угла запаздывания (что действительно имеет значение) не уменьшается с увеличением микрошага.Другими словами, отправка двигателю одного микрошага 1/16 приводит к точно таким же фазным токам (и, следовательно, тем же силам), что и отправка ему двух микрошагов 1/32 или четырех микрошагов 1/64 и так далее.

Существует два соответствующих размера: номер размера Nema и длина. Номер размера Nema определяет квадратный размер корпуса и положение монтажных отверстий. Самый популярный размер для 3D-принтеров - Nema 17, который имеет квадрат не более 42,3 мм и крепежные отверстия в квадрате со стороной 31 мм.

Двигатели Nema 17 бывают разной длины, от "блинов" длиной 20 мм до двигателей длиной 60 мм. Как правило, чем длиннее двигатель, тем больше его удерживающий момент при номинальном токе. Более длинные шаговые двигатели также имеют большую инерцию ротора. Все Duets должны иметь возможность управлять ими, хотя некоторые двигатели Nema 17 могут быть рассчитаны на ток до 2 А, что является пределом для Duet 2 Maestro (хотя вы всегда можете запускать двигатели с меньшим током).

Двигатели Nema 23 обладают более высоким крутящим моментом, чем двигатели Nema 17.Duet 2 (WiFi и Ethernet) может управлять ими, если вы внимательно их выбираете, особенно в отношении номинального тока, до максимум около 2,8 А. Duet 3 должен иметь возможность управлять более крупными двигателями, до 5,5 А. Вы должны использовать питание 24 В для Duet 2 и 32 В для Duet 3 для более крупных двигателей.

Двигатели Nema 34 даже больше, с большим крутящим моментом и обычно используются в приложениях с ЧПУ. Duet 3 также может управлять этими двигателями до 5,5 А. Для достижения высоких скоростей с большими двигателями вам может потребоваться более высокое напряжение, чем максимальное 32 В для Duet 3.Можно модифицировать Duet 3, увеличив это значение до 48 В и, возможно, до 60 В (что является пределом для шагового драйвера), хотя это аннулирует вашу гарантию; см. https://forum.duet3d.com/post/133293

Есть два общих угла шага: 0,9 и 1,8 градуса на полный шаг, что соответствует 400 и 200 шагам / оборот. В большинстве 3D-принтеров используются двигатели 1,8 градуса на шаг.

Не считая очевидной разницы в угле шага:

  • Двигатели 0.9deg имеют немного меньший удерживающий момент, чем аналогичные 1.Двигатели 8deg от того же производителя
  • Однако для получения заданного крутящего момента угол запаздывания, необходимый для двигателя 0,9 градуса, составляет чуть больше половины угла запаздывания аналогичного двигателя 1,8 градуса. Или, другими словами, при малых углах запаздывания двигатель 0,9 градуса имеет почти вдвое больший крутящий момент, чем двигатель 1,8 градуса при таком же угле запаздывания.
  • При заданной скорости вращения двигатель 0,9 градуса производит вдвое большую индуктивную обратную ЭДС, чем двигатель 1,8 градуса. Таким образом, вам обычно нужно использовать питание 24 В для достижения высоких скоростей с 0.9deg моторы.
  • Двигатели 0.9deg нуждаются в шаговых импульсах, которые должны подаваться на драйверы с удвоенной скоростью, чем двигатели 1.8deg. Если вы используете высокий микрошаг, тогда скорость может быть ограничена скоростью, с которой электроника может генерировать ступенчатые импульсы. Для решения этой проблемы можно использовать режим интерполяции с микрошагом 16x драйверов TMC2660 на Duet 2 WiFi / Ethernet. Драйверы Duet 2 Maestro и Duet 3 могут выполнять интерполяцию при любой настройке микрошага.

Индуктивность двигателя влияет на то, насколько быстро драйвер шагового двигателя может управлять двигателем, прежде чем крутящий момент упадет.Если мы временно проигнорируем обратную ЭДС из-за вращения (см. Ниже) и номинальное напряжение двигателя намного меньше, чем напряжение питания драйвера, то максимальное число оборотов в секунду до падения крутящего момента составит:

оборотов_за_секунду = (2 * напряжение_питания) / (шаги_на_об * пи * индуктивность * ток)

Если двигатель приводит в движение ремень GT2 через шкив, это дает максимальную скорость в мм / с как:

скорость = (4 * зубцы шкива * напряжение_питания) / (шаги_на_об * пи * индуктивность * ток)

Пример: a 1.Двигатель 8 градусов / шаг (т.е. 200 шагов / оборот) с индуктивностью 4 мГн работает при 1,5 А с использованием источника питания 12 В, а привод ремня GT2 с шкивом с 20 зубьями начнет терять крутящий момент примерно со скоростью 250 мм / сек. Это скорость ленты, которая на принтере CoreXY или delta отличается от скорости головки.

На практике крутящий момент упадет раньше, чем это, из-за обратной ЭДС, вызванной движением, и потому, что вышеупомянутое не учитывает сопротивление обмотки. Двигатели с низкой индуктивностью также имеют низкую обратную ЭДС из-за вращения.

Это означает, что если мы хотим достичь высоких скоростей, нам нужны двигатели с низкой индуктивностью и высокое напряжение питания. Максимальное рекомендуемое напряжение питания для Duet 2 WiFi / Ethernet составляет 25 В, для Duet 2 Maestro - 28 В, а для Duet 3 - 32 В.

Это просто сопротивление каждой фазы и падение напряжения на каждой фазе, когда двигатель неподвижен и фаза проходит свой номинальный ток (который является продуктом сопротивления и номинального тока). Это неважно, за исключением того, что номинальное напряжение должно быть значительно ниже напряжения питания шаговых драйверов.

При вращении шагового двигателя возникает обратная ЭДС. При идеальном угле нулевого запаздывания он на 90 градусов не совпадает по фазе с управляющим напряжением и совпадает по фазе с обратной ЭДС из-за индуктивности. Когда двигатель развивает максимальный крутящий момент и находится на грани пропуска шага, он находится в фазе с током.

Обратная ЭДС из-за вращения обычно не указывается в технических данных, но мы можем оценить ее по следующей формуле:

приблизительный_пик_бэк_emf_due_to_rotation = sqrt (2) * пи * номинальный_ крутящий момент * обороты_в_секунду / номинальный_ток

Формула предполагает, что удерживающий момент задан для обеих фаз с номинальным током, запитанными.Если указан только одна фаза под напряжением, замените sqrt (2) на 2.

Пример: рассмотрим шаговый двигатель 200, приводящий в движение каретку через шкив с 20 зубьями и ремень GT2. Это движение 40 мм на оборот. Чтобы достичь скорости 200 мм / сек, нам нужно 5 об / сек. Если мы используем двигатель с удерживающим моментом 0,55 Нм, когда обе фазы работают на 1,68 А, пиковая обратная ЭДС из-за вращения будет 1,414 * 3,142 * 0,55 * 5 / 1,68 = 7,3 В.

Насколько точна эта формула? dc42 измерил, а затем рассчитал обратную ЭДС для двух типов двигателей:

  • 17HS19-1684S: измерено 24 В, рассчитано 24.24 В при условии, что удерживающий крутящий момент указан с обеими фазами при номинальном токе.
  • JK42HS34-1334A: измерено 22 В, рассчитано 15,93 В с учетом удерживающего момента 0,22 Нм при подаче напряжения на обе фазы при номинальном токе. Возможно, удерживающий момент для этого двигателя указан только для одной фазы под напряжением, и в этом случае расчетное значение станет 22,53 В. Я также видел удерживающий момент для этого двигателя, указанный в другом техническом описании как 0,26 Нм, что увеличивает расчетное значение до 18,05 В.

Если у вас есть целевая скорость движения для вашего принтера, вы можете определить, по крайней мере, приблизительно, какое напряжение питания вам понадобится для драйверов двигателей. Вот как это делается на примере расчета:

  1. Определитесь со своей целевой скоростью движения. В этом примере я буду использовать 200 мм / сек.
  2. Исходя из заданной скорости движения, определите максимальную скорость ленты для наихудшего случая. Для декартового принтера наихудший случай - это движение по оси X или Y, поэтому наихудшая скорость ленты совпадает со скоростью движения.Для принтера CoreXY наихудшим случаем является диагональное движение, и соответствующая скорость ленты в sqrt (2) раз больше скорости движения. Для дельта-принтера наихудший случай - это радиальное перемещение около края станины, а наихудшая скорость ленты - это скорость движения, деленная на тангенс угла (тета), где тета - это наименьший угол диагонального стержня к горизонтали. На практике мы не можем использовать заданную скорость перемещения для радиальных перемещений вплоть до края кровати из-за расстояния, необходимого для ускорения или замедления, поэтому принимайте тета как угол, когда сопло находится примерно в 10 мм от края кровати. напротив башни.Для моей дельты это 30 градусов, поэтому максимальная скорость ленты составляет 200 / тангенс (30 градусов) = 346 мм / сек.
  3. Определите число оборотов двигателя в секунду при максимальной скорости ремня, разделив скорость ремня на шаг зубьев ремня (2 мм для ремней GT2) и количество зубьев на шкиве. Моя дельта использует шкивы с 20 зубьями, поэтому максимальное число оборотов в секунду составляет 346 / (2 * 20) = 8,7.
  4. Вычислить пиковую обратную ЭДС из-за индуктивности. Это обороты_за_секунду * пи * мотор_ток * мотор_индуктивность * N / 2, где N - количество полных шагов за оборот (так 200 для 1.Двигатели 8deg или 400 для двигателей 0.9deg). Мои моторы 0,9 градуса с индуктивностью 4,1 мГн, и я обычно использую их при 1 А. Таким образом, обратная ЭДС из-за индуктивности составляет 8,7 * 3,142 * 1,0 * 4,1e-3 * 400/2 = 22,4 В.
  5. Рассчитайте примерную обратную ЭДС за счет вращения. Из приведенной выше формулы это sqrt (2) * pi * Rated_holding_torque * revs_per_second / Rated_current. Мои двигатели имеют номинальный ток 1,68 А и удерживающий момент 0,44 Нм, поэтому результат будет 1,414 * 3,142 * 0,44 * 8,7 / 1,68 = 10,1 В
  6. Желательно, чтобы напряжение питания драйвера было как минимум суммой этих двух обратных ЭДС. , плюс еще несколько вольт.Если у вас есть два двигателя, подключенных последовательно, то требуемое напряжение увеличивается вдвое.

В моем примере это дает 32,5 В, что выше рекомендуемого входного напряжения 25 В для Duet 2. Но, по крайней мере, мы знаем, что для наихудшего случая дельта-перемещения со скоростью движения 200 мм / сек, если я использую 24 В. тогда мощность составляет более 2/3 от теоретического значения, поэтому крутящий момент, доступный для этого движения, не должен уменьшаться более чем примерно на 1/3 от обычного доступного крутящего момента. С другой стороны, источника питания 12 В явно недостаточно - это объясняет, почему я смог достичь только 150 мм / сек, прежде чем я обновил принтер до 24 В.

На https://www.reprapfirmware.org/ есть онлайн-калькулятор, который позволяет сделать это наоборот (т.е. вычислить скорость, с которой начинает падать крутящий момент).

  • Если вы не будете использовать внешние драйверы шагового двигателя, выбирайте двигатели с номинальным током не менее 1,2 А и не более 2,0 А для Duet 0.6 и Duet 0.8.5, 3 А для Duet 2, 7 А для Duet 3 основного и платы расширения и 1,7 А для панелей инструментов Duet 3 или Duet 2 Maestro.
  • Запланируйте работу каждого шагового двигателя на уровне от 50% до 85% его номинального тока.
  • Размер: Nema 17 - самый популярный размер, используемый в 3D-принтерах. Nema 14 - это альтернатива экструдеру с высоким редуктором. Используйте двигатели Nema 23, если вы не можете получить достаточный крутящий момент от длинных двигателей Nema 17. Duet 3 также может приводить в движение двигатели Nema 34.
  • Избегайте двигателей с номинальным напряжением (или произведением номинального тока и фазного сопротивления)> 4 В или индуктивностью> 4 мГн.
  • Выберите 0,9 град. / Шаговые двигатели, если вам нужна дополнительная точность позиционирования, например для башенных двигателей дельта-принтера.В противном случае выберите двигатели 1,8 град / шаг.
  • Если вы используете какие-либо двигатели с шагом 0,9 градуса / шаг или двигатели с высоким крутящим моментом, используйте питание 24 В, чтобы вы могли поддерживать крутящий момент на более высоких скоростях.
  • При использовании экструдера с высоким редуктором (например, экструдера, в котором используется гибкий приводной кабель для передачи крутящего момента от двигателя на червячный редуктор), используйте для его привода короткий низкоиндуктивный двигатель 1,8 град / шаг.

Номера дисков, используемые в G-коде, соответствуют следующим меткам драйверов на плате (ах):

9014 9014 9014 9014 9014 E0 DRIVER_5
Номер привода Duet 3
этикетка платы
Duet 2 WiFi / Ethernet
этикетка платы
Duet 2 Maestro
этикетка платы
0 DRIVER_0 X Y
2 DRIVER_2 ZA ZB (два соединенных последовательно соединенных разъема)
3 DRIVER_3 E0
4 E2 (на Duex 2/5) E2 (контакты для внешнего драйвера)
6 E3 (на Duex 2/5) E3 (контакты для внешнего драйвера)
7 E4 (On Duex 5)
8 E5 (On Duex 5)
9 E6 (On Duex 5)
10 На заголовке LCD_CONN
11 На заголовке LCD_CONN

Чтобы увидеть точное расположение контактов, проверьте электрические схемы здесь:

Схема подключения

Duet 3

Схема подключения

Duet 2 WiFi / Ethernet

Схема подключения

Duet 2 Maestro

Duet 3 имеет 6 встроенных шаговых драйверов.Duet 2 WiFi, Ethernet и Maestro имеют 5 встроенных драйверов шагового двигателя.

Для подключения шаговых двигателей к внутренним драйверам см. Схему подключения Duet 3, схему подключения Wi-Fi / Ethernet Duet 2 или схему подключения Duet 2 Maestro. Распиновка каждого разъема шагового двигателя такая же, как и у другой популярной электроники 3D-принтера.

Для ВСЕХ ДУЭТОВ необходимо подключить два провода одной фазы шагового двигателя к двум контактам на одном конце разъема, а провода другой фазы - к двум контактам на другом конце. См. Следующий раздел, чтобы определить фазы вашего двигателя.

Каждый разъем шагового двигателя имеет четыре контакта. В Duet 2 WiFi / Ethernet они обозначены «2B 2A 1A 1B» на задней стороне платы и на схеме подключения. «1» и «2» относятся к катушке или фазе, «A» и «B» относятся к положительному и отрицательному.

В моделях Duet 2 Maestro и Duet 3 четыре контакта разъема двигателя помечены как «B1 B2 A1 A2» ​​на задней стороне платы и на схеме подключения.«A» и «B» относятся к катушке или фазе, «1» и «2» относятся к положительному и отрицательному. Это соглашение об именах, используемое большинством производителей шаговых двигателей.

Внимание! Перепутывание фаз на 4-контактном разъеме может и часто приводит к повреждению шагового драйвера. Поэтому убедитесь, что вы знаете, какие пары проводов принадлежат одной фазе. Неважно, какую фазу вы подключаете к какой паре контактов или в каком направлении вы подключаете каждую фазу: поменять местами две фазы или поменять местами пару проводов в фазе просто заставит двигатель повернуться в другую сторону, что вы можно поправить в конфиге.g файл.

Будьте особенно осторожны при использовании шаговых двигателей со съемным кабелем! Двигатель Nema 17 со съемным кабелем обычно имеет 6-контактный разъем JST, но разные производители используют разные выводы на этом разъеме. Всегда проверяйте фазы шагового двигателя (см. Следующий раздел) при использовании двигателей со съемными кабелями.

Настоятельно рекомендуется заземлить корпуса шаговых двигателей , особенно в принтерах с ременным приводом.В противном случае движение ремней вызовет накопление статического заряда, который в конечном итоге переместится на обмотки. Движение нити в экструдерах также может вызвать накопление статического заряда на приводном двигателе экструдера. Если моторы привинчены к металлической раме, достаточно заземления рамы.

Вот два способа разделить провода шагового двигателя на фазы:

  1. Используйте мультиметр. Между двумя проводами, принадлежащими одной фазе, должно быть сопротивление в несколько Ом, а между проводами, принадлежащими к разным фазам, не должно быть непрерывности.
  2. Когда провода мотора ни к чему не подключены, вращайте шпиндель между пальцами. Замкните два провода вместе, затем снова закрутите шпиндель. Если вращать намного сложнее, чем раньше, эти два провода принадлежат одной фазе. В противном случае попробуйте еще раз с другой парой проводов, закороченных вместе.

Если у вас два шаговых двигателя Z, подключите их к разъемам ZA и ZB. Эти разъемы подключены последовательно, что лучше, чем подключение их параллельно для большинства типов шаговых двигателей, используемых в 3D-принтерах.

Если у вас только один шаговый двигатель Z, подключите его к разъему ZA и вставьте две перемычки в разъем ZB. Платы Duet 2 обычно поставляются с уже установленными перемычками.

Если у вас есть два шаговых двигателя Z, то для типов двигателей, обычно используемых в RepRaps (то есть с номинальным током в диапазоне от 1,2 до 2,0 А), лучше соединять их последовательно, чем параллельно. Google "Подключение шаговых двигателей последовательно", чтобы узнать, как это сделать, например:

http: // www.Instructables.com/id/Wiring-Y ...]

Некоторые новейшие комплекты китайских 3D-принтеров имеют слаботочные шаговые двигатели Z, которые вместо этого предназначены для параллельного подключения. Если двигатели имеют номинальный ток 1,0 А или ниже, подключите их параллельно.

Используйте команду M584 (см. Http: //reprap.org/wiki/G-code#M584: _Set _...), чтобы указать, какие драйверы используются для соответствующей оси. Вы должны использовать RepRapFirmware 1.14 или новее.

Дополнительные сведения см. На странице использования внешних драйверов

Если ваши двигатели имеют номинал выше примерно 2.8A, и вы используете Duet 2 (Wi-Fi или Ethernet), или выше примерно 2A, и вы используете Duet 2 Maestro или устаревшие Duet 0.6 или 0.8.5, или если им требуется более высокое напряжение, чем может обеспечить Duet, тогда вы нужны внешние драйверы шагового двигателя. Обычно они имеют оптически изолированные входы step / dir / enable. Например, драйверы шагового двигателя с номинальным током до 5 А с использованием микросхемы шагового драйвера TB6600 широко доступны на eBay.

Если драйверам требуется не более 2 мА при 3 В на входах step, dir и enable, то вы можете управлять ими напрямую от разъема расширения Duet.Распиновку разъема расширения см. На схемах подключения Wi-Fi / Ethernet Duet 2. В противном случае вам следует использовать микросхемы смещения уровня от 3,3 В до 5 В, такие как 74HCT04, чтобы повысить уровень сигнала до 5 В и управлять ими. Для этой цели вы можете использовать Duet Expansion Breakout Board.

Чтобы переназначить двигатели X, Y или Z на внешние драйверы в RepRapFirmware 1.14 или новее, используйте команду M584 (см. Gcode M584). Сигналы включения на разъеме расширения по умолчанию активны на низком уровне, но вы можете изменить это с помощью команды M569 (см. Gcode M569).Вы также можете установить минимальную ширину шага импульса в команде M569 (попробуйте 1us или 2us при использовании внешних драйверов) и настроить направление.

Перед выполнением этого шага временно разрешите перемещение оси без возврата в исходное положение, перейдя в консоль G-кода и введя: M564 S0 H0

Вернитесь на страницу управления машиной. В это время мы проверим работу наших шаговых двигателей.

Переместите каждый шаговый двигатель по отдельности на 1 мм в каждом направлении.

Обратите внимание, что шаговый двигатель не может быть перемещен до начала отсчета, если только команда M564 не используется для отмены этого значения безопасности по умолчанию.

.

Типы, работа и применение

Шаговый двигатель - это электромеханическое устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Кроме того, это бесщеточный синхронный электродвигатель, который может разделить полный оборот на большое количество шагов. Положение двигателя можно точно контролировать без какого-либо механизма обратной связи, если двигатель точно рассчитан для конкретного применения. Шаговые двигатели аналогичны вентильным реактивным двигателям.

Шаговый двигатель использует теорию работы магнитов, чтобы заставить вал двигателя вращаться на точное расстояние при подаче электрического импульса.У статора восемь полюсов, а у ротора - шесть. Ротору потребуется 24 импульса электричества, чтобы переместить 24 ступени на один полный оборот. Другими словами, ротор будет двигаться точно на 15 ° за каждый электрический импульс, который получает двигатель.


Шаговый двигатель

Типы шаговых двигателей:

Существует три основных типа шаговых двигателей, это:

  1. Шаговый двигатель с постоянным магнитом
  2. Гибридный синхронный шаговый двигатель
  3. Шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением

Шаговый двигатель с постоянным магнитом: Двигатели с постоянными магнитами используют постоянный магнит (PM) в роторе и работают за счет притяжения или отталкивания между PM ротора и электромагнитами статора.

Шаговый двигатель с переменным сопротивлением: Двигатели с регулируемым сопротивлением (VR) имеют ротор из гладкого железа и работают по принципу, согласно которому минимальное сопротивление достигается при минимальном зазоре, следовательно, точки ротора притягиваются к полюсам магнита статора.

Гибридный синхронный шаговый двигатель: Гибридные шаговые двигатели названы потому, что в них используется комбинация методов постоянного магнита (PM) и переменного магнитного сопротивления (VR) для достижения максимальной мощности в корпусе небольшого размера.


Преимущества шагового двигателя:

  1. Угол поворота двигателя пропорционален входному импульсу.
  2. Двигатель имеет полный крутящий момент в состоянии покоя.
  3. Точное позиционирование и повторяемость движения, так как хорошие шаговые двигатели имеют точность 3–5% шага, и эта ошибка не накапливается от одного шага к другому.
  4. Отличная реакция на пуск, остановку и движение задним ходом.
  5. Очень надежен, так как в моторе нет контактных щеток.Следовательно, срок службы двигателя просто зависит от срока службы подшипника.
  6. Реакция двигателя на цифровые входные импульсы обеспечивает управление без обратной связи, что упрощает управление двигателем и снижает его стоимость.
  7. Можно достичь очень низкоскоростного синхронного вращения с нагрузкой, непосредственно связанной с валом.
  8. Может быть реализован широкий диапазон скоростей вращения, поскольку скорость пропорциональна частоте входных импульсов.

Применения:

  1. Промышленные машины - Шаговые двигатели используются в автомобильных датчиках и станках для автоматизированного производства.
  2. Security - новые продукты наблюдения для индустрии безопасности.
  3. Медицина - Шаговые двигатели используются в медицинских сканерах, пробоотборниках, а также в цифровой стоматологической фотографии, жидкостных насосах, респираторах и оборудовании для анализа крови.
  4. Бытовая электроника - Шаговые двигатели в камерах для автоматической фокусировки и масштабирования цифровых камер.

А также приложения для бизнес-машин, приложения для компьютерной периферии.

Работа шагового двигателя:

Шаговые двигатели работают иначе, чем щеточные двигатели постоянного тока, которые вращаются, когда на их клеммы подается напряжение. Шаговые двигатели, с другой стороны, фактически имеют несколько зубчатых электромагнитов, расположенных вокруг куска железа в форме центральной шестерни. Электромагниты получают питание от внешней схемы управления, например, микроконтроллера.

Схема шагового двигателя

Чтобы заставить вал двигателя вращаться, сначала на один электромагнит подается мощность, которая притягивает зубья шестерни к зубцам электромагнита.В момент, когда зубья шестерни совмещены с первым электромагнитом, они слегка смещены относительно следующего электромагнита. Поэтому, когда следующий электромагнит включается, а первый выключается, шестерня слегка поворачивается, чтобы выровняться со следующей, и оттуда процесс повторяется. Каждое из этих небольших поворотов называется шагом, при котором целое число шагов совершает полный оборот. Таким образом, мотор можно вращать с помощью точного. Шаговые двигатели не вращаются постоянно, они вращаются ступенчато.На статоре закреплены 4 катушки с углом между собой 90 o . Подключение шагового двигателя определяется способом соединения катушек. В шаговом двигателе катушки не соединены. Двигатель имеет шаг вращения на 90, или , при этом на катушки подается питание в циклическом порядке, определяющем направление вращения вала. Работа этого двигателя отображается с помощью переключателя. Катушки активируются последовательно с интервалом в 1 секунду. Вал вращается на 90 o каждый раз, когда активируется следующая катушка.Его крутящий момент на низкой скорости будет напрямую зависеть от тока.

Управление шаговым двигателем с помощью переменных тактовых импульсов

Схема управления шаговым двигателем - это простая и недорогая схема, в основном используемая в приложениях с низким энергопотреблением. Схема, представленная на рисунке, состоит из 555 таймеров IC как стабильного мультивибратора. Частота рассчитывается с использованием приведенного ниже соотношения:

Частота = 1 / T = 1,45 / (RA + 2RB) C, где RA = RB = R2 = R3 = 4,7 кОм и C = C2 = 100 мкФ.

Управление шаговым двигателем путем изменения тактовых импульсов

Выход таймера используется в качестве тактового сигнала для двух двойных триггеров 7474 «D» (U4 и U3), сконфигурированных как счетчик звонков.При первоначальном включении питания устанавливается только первый триггер (т. Е. Выход Q на выводе 5 U3 будет на логической «1»), а остальные три триггера сбрасываются (т. Е. Выход Q находится в логической 0). При получении тактового импульса выход логической «1» первого триггера смещается на второй триггер (вывод 9 U3). Таким образом, выход логической 1 продолжает циклически сдвигаться с каждым тактовым импульсом. Выходы Q всех четырех триггеров усиливаются решетками транзисторов Дарлингтона внутри ULN2003 (U2) и подключаются к обмоткам шагового двигателя оранжевого, коричневого, желтого, черного цветов на 16, 15, 14, 13 ULN2003, а красный - на + ve поставка.

Общая точка обмотки подключена к источнику постоянного тока +12 В, который также подключен к выводу 9 ULN2003. Цветовой код, используемый для обмоток, может варьироваться от производителя к производителю. При включении питания управляющий сигнал, подключенный к контакту SET первого триггера и контактам CLR трех других триггеров, становится активным 'низким' (из-за схемы включения питания при сбросе, сформированной R1- Комбинация C1), чтобы установить первый триггер и сбросить остальные три триггера. При сбросе Q1 IC3 становится «высоким», а все остальные выходы Q становятся «низкими».Внешний сброс может быть активирован нажатием переключателя сброса. Нажав переключатель сброса, вы можете остановить шаговый двигатель. Двигатель снова начинает вращаться в том же направлении, если отпустить переключатель сброса.

Теперь у вас есть представление о типах супермоторов и их применении. Если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме или электрические и электронные проекты, оставьте комментарии ниже.

Фото:

.

Смотрите также