Шаговый двигатель чем больше индуктивность

Разница между бесщеточным двигателем и шаговым двигателем

Я думаю, что понимаю принципы работы бесщеточного двигателя и шагового двигателя, но меня немного смущает разница. Является ли бесщеточный двигатель постоянного тока очень простым шаговым двигателем? При правильном управлении можно ли использовать бесщеточный двигатель постоянного тока в качестве шагового двигателя? Если нет, то чем они отличаются?

Для новичка в области электроники кто-то может выделить сходства и различия между шаговыми двигателями и бесщеточными двигателями постоянного тока?

Два в основном одинаковы, по сути. Тем не менее, они отличаются по назначению. Шаговый двигатель предназначен для работы, в частности, в ступенях. Мотор BLDC предназначен для обеспечения плавного движения.

Поскольку для управления движением используются шаговые двигатели, желательна повторяемость шагов. То есть, если вы начнете с одного шага, затем с другого, а затем с первого шага, он в идеале должен вернуться именно туда, где он был ранее. Различные вещи могут испортить это; провалы в подшипниках, трение и т. д. Двигатели BLDC оптимизированы для обеспечения плавного крутящего момента между ступенями, а не повторяемости.

Шаговые двигатели предназначены для максимизации удерживающего момента , способности шагового двигателя удерживать механическую нагрузку на одном из этапов. Это достигается поддержанием высокого тока обмотки, даже если ротор выровнен со статором. Это тратит много энергии, потому что не генерирует крутящий момент, если нагрузка не пытается повернуть со своего положения, но при этом не требуется какой-либо механизм обратной связи.

С другой стороны, BLDC обычно работают с ротором, отстающим от статора, так что приложенный ток всегда генерирует максимальный крутящий момент, что и делал бы щеточный двигатель. Если требуется меньший крутящий момент, то ток уменьшается. Это более эффективно, но нужно знать положение нагрузки, чтобы знать, какой крутящий момент нужно приложить. Следовательно, шаговые двигатели, как правило, больше по размеру, чтобы обеспечить дополнительный нагрев при работе двигателя при максимальном токе все время.

Кроме того, в большинстве случаев люди ожидают, что степпер будет способен выполнять небольшие шаги для точного управления движением. Это означает большое количество магнитных полюсов. Шаговый двигатель обычно имеет сотни шагов на оборот. У BLDC обычно будет намного меньше. Например, недавно я играл с BLDC с жесткого диска, и у него было четыре «шага» на оборот.

Шаговые двигатели обычно рассчитаны на максимальный удерживающий момент, а на скорость — на второй. Обычно это означает, что обмотки имеют очень много оборотов, что создает более сильное магнитное поле и, следовательно, больший крутящий момент на единицу тока. Однако это происходит за счет увеличения противо-ЭДС, что снижает скорость на единицу напряжения.

Кроме того, шаговые двигатели обычно приводятся в движение двумя фазами, разнесенными на 90 градусов, в то время как BLDC обычно имеют три фазы, составляющие 120 градусов (хотя в обоих случаях есть исключения):

шаговый двигатель

BLDC

Несмотря на эти различия, степпер может работать как BLDC, или BLDC как степпер. Однако, учитывая противоречивые намерения проекта, результат, вероятно, будет менее чем оптимальным.

Рекомендации по выбору ШИМ-драйвера биполярного шагового двигателя. Первый параметр, на который стоит обратить внимание – это сила тока, которую может обеспечить драйвер

Первый параметр, на который стоит обратить внимание – это сила тока, которую может обеспечить драйвер. Как правило, она регулируется в достаточно широких пределах, но стоит драйвер нужно выбирать такой, который может выдавать ток, равный току фазы выбранного шагового двигателя. Желательно, конечно, чтобы максимальная сила тока драйвера была еще на 15-40% больше (в нашем случае 5,6А*1,15=6,44А – выбираем драйвер, не мене 6,44А – это 8.2 А). С одной стороны, это даст запас на случай, если вы захотите получить больший момент от мотора, или в будущем поставите более мощный двигатель, с другой – не будет излишней: производители иногда «подгоняют» номиналы радиоэлектронных компонентов к тому или иному виду/размеру двигателей, поэтому слишком мощный драйвер на 8 А, управляющий двигателем NEMA 17 (42 мм), может, к примеру, вызывать излишние вибрации.

Второй момент – это напряжение питания. Весьма важный и неоднозначный параметр. Его влияние достаточно многогранно – напряжение питания влияет на динамику(момент на высоких оборотах), вибрации, нагрев двигателя и драйвера. Обычно максимальное напряжение питания драйвера примерно равно максимальному току I , умноженному на 8-10. Если максимальное указанное напряжение питания драйера резко отличается от данных величин – стоит дополнительно поинтересоваться, в чем причина такой разницы. Чем больше индуктивность двигателя — тем большее напряжение требуется для драйвера. Существует эмпирическая формула U = 32 * sqrt(L)=32*sqrt(9,2)=97В, но сам производитель этой фирмы шаговых двигателей рекомендует напряжение не более 85в!

где L — индуктивность обмотки шагового двигателя (9,2мГн). Величина U (97В), получаемая по этой формуле, весьма приблизительная, но она позволяет ориентироваться при выборе драйвера: U должно примерно равняться максимальному значению напряжения питания драйвера. Выходит, что U не более 85В, то по данному критерию проходят драйверы LEADSHINE AM882, LEADSHINE EM806.

Третий аспект – наличие опторазвязанных входов. Практически во всех драйверах и контроллерах, выпускаемых на заводах, тем более брендовых, опторазвязка стоит обязательно, ведь драйвер – устройство силовой электроники, и пробой ключа может привести к мощному импульсу на кабелях, по которым подаются управляющие сигналы, и выгоранию дорогостоящего ЧПУ-контроллера. Однако, приобретая незнакомую модель, стоит дополнительно поинтересоваться наличием оптоизоляции входов и выходов.

Четвертый аспект – наличие механизмов подавления резонанса. Резонанс шагового двигателя – явление, которое проявляется всегда, разница только в резонансной частоте, которая прежде всего зависит от момента инерции нагрузки, напряжения питания драйвера и установленной силы тока фазы мотора. При возникновении резонанса шаговый двигатель начинает вибрировать и терять крутящий момент, вплоть до полной остановки вала. Для подавления резонанса используется микрошаг и – встроенные алгоритмы компенсации резонанса. Колеблющийся в резонансе ротор шагового двигателя порождает микроколебания ЭДС индукции в обмотках, и по их характеру и амплитуде драйвер определяет, есть ли резонанс и насколько он силен. В зависимости от полученных данных драйвер несколько смещает шаги двигателя во времени относительно друг друга – такая искусственная неравномерность нивелирует резонанс. Механизм подавления резонанса встроен во все драйверы Leadshine серий DM, AM и EM. Драйверы с подавлением резонанса – высококачественные драйверы, и если бюджет позволяет – лучше брать именно такие. Впрочем, и без этого механизма драйвер остается вполне рабочим устройством – основная масса проданных драйверов – без компенсации резонанса, и тем не менее десятки тысяч станков без проблем работают по всему миру и успешно выполняют свои задачи.

Пятый аспект – протокольная часть. Надо убедиться, что драйвер работает по нужному вам протоколу, а уровни входных сигналов совместимы с требуемыми Вам логическими уровнями. Эта проверка идет пятым пунктом, потому что за редким исключением подавляющее число драйверов работает по протоколу STEP/DIR/ENABLE и совместимо с уровнем сигналов 0..5 В, вам надо только лишь на всякий случай убедиться.

Шестой аспект – наличие защитных функций. Среди них защита от превышения питающего напряжения, тока обмоток(в т.ч. от короткого замыкания обмоток), от переполюсовки питающего напряжения, от неправильного подключения фаз шагового мотора. Чем больше таких функций — тем лучше.

Седьмой аспект – наличие микрошаговых режимов. Сейчас практически в каждом драйвере есть множество микрошаговых режимов. Однако, из каждого правила есть исключения, и в драйверах Geckodrive режим только один – деления шага 1/10. Мотивируется это тем, что большее деление не приносит большей точности, а значит, в нем нет необходимости. Однако, практика показывает, что микрошаг полезен вовсе не повышением дискретности позиционирования или точности, а тем, что чем больше деление шага, тем плавней движение вала мотора и меньше резонанс. Соответственно, при прочих равных условиях стоит использовать деление чем больше, тем лучше. Максимально допустимое деление шага будет определяться не только встроенными в драйвер таблицами Брадиса, но и максимальной частотой входных сигналов – так, для драйвера со входной частотой 100 кГц нет смысла использовать деление 1/256, так как скорость вращения будет ограничена 100 000 / (200 * 256) * 60 = 117 об/мин, что для шагового двигателя очень мало. Кроме того, персональный комьютер тоже с трудом сможет генерировать сигналы с частотой более 100 кГц. Если вы не планируете использовать аппаратный ЧПУ контроллер, то 100 кГц скорее всего будет Вашим потолком, что соответствует делению 1/32.

Восьмой аспект – наличие дополнительных функций. Их может быть множество, например, функция определения «срыва» — внезапной остановки вала при заклинивании или нехватки крутящего момента у шагового двигателя, выходы для внешней индикации ошибок и т.п. Все они не являются необходимыми, но могут сильно облегчить жизнь при построении станка.

Девятый, и самый важный аспект – качество драйвера. Оно практически не связано с характеристиками и т.п. На рынке существует множество предложений, и иногда характеристики драйверов двух производителей совпадают практически до запятой, а установив их по очереди на станок, становится ясно, что один из производителей явно занимается не своим делом, и в производстве недорогих утюгов ему больше повезет. Определить уровень драйвера заранее по каким-то косвенным данным новичку достаточно трудно. Можно попробовать ориентироваться на количество интеллектуальных функций, таких как «stall detect» или подавление резонанса, а также воспользоваться проверенным способом — ориентироваться на бренды.

В разработке электроники для шаговых двигателей давно удерживает пальму первенства корпорация Leadshine.

ЦИФРОВОЙ НАСТРАИВАЕМЫЙ ДРАЙВЕР ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ LEADSHINE EM806

Драйвер базируется на цифровом сигнальном процессоре и сочетает в себе лучшие достижения в области управления шаговыми двигателями. В данном контроллере реализованы самые передовые алгоритмы управления током обмоток. Особая технология Multistepping позволяет добиться максимально плавного движения вала при любом микрошаге, в том числе в режиме полного шага. Большой радиатор обеспечивает надежный теплоотвод с силовых ключей. Высокое напряжение питание позволяет использовать EM806 для двигателей практически любого размера. На текущий момент EM806 — один из самых мощных и производительных драйверов шаговых двигателей в мире.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Ток фазы	0.35..8.2 А
Напряжение питания	24..80 Vdc
Частота входного сигнала	до 200 кГц
Деление шага	До 1:512
Размеры	139х151х97 мм
Протокол	STEP/DIR

Уникальные функции драйверов шаговых двигателей Leadshine EM806:

Определение остановки вала(sensorless stall detection)

Драйвер EM806 без дополнительных датчиков или энкодеров способен определить момент «срыва» — непредвиденной остановки вала, и подать сигнал ошибки на свой выход. Благодаря этой функции можно остановить станок, и тем самым избежать его повреждения или повреждения заготовки.

Мультистеппинг предоставляет все преимущества микрошагового режима вне зависимости от выбранного деления шага: на каждый поданный импульс драйвер выполняет необходимое число микрошагов с делением 1/512. Такой подход позволяет одинаково плавно перемещать вал при любом выбранном микрошаге, в том числе и в режиме полного шага.

Фильтр импульсов STEP

Фильтр сглаживает резкие изменения частоты управляющих сигналов, что полезно при использовании источников нестабильных сигналов, таких как LPT-порт компьютера под управлением Mach3 или LinuxCNC. Сглаживание сигналов положительно сказывается на динамике привода.

Точная настройка алгоритмов подавления резонанса.

Компенсация несимметричности фаз двигателя.

Гибко настраиваемые параметры компенсации несимметричности обмоток и ПИ-регулятора, контролирующего ток в обмотках мотора позволяют максимально подстроить драйвер под конкретный станок, повысить точность движения и добиться совершенно плавного вращения вала.

Автоматическая подстройка драйвера под двигатель.

Способность хранить несколько конфигураций в памяти под разные двигателей.

Плавный пуск двигателя путем постепенного наращивания тока обмоток устраняет характерный удар при включении привода

Автоматическое снижение тока обмоток(настраиваемая степень снижения)

Защита от превышения напряжения питания, превышения тока фаз, неправильного подключения фаз двигателя

Оптоизолированные входы и выходы

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Выбираем шаговый двигатель для станков с ЧПУ правильно: основные критерии

Шаговый двигатель для станка с ЧПУ — основа устройства. Поэтому к его выбору стоит подойти со всей ответственностью. Грамотный выбор мотора — залог долговечной и быстрой работы устройства.

Что такое шаговый двигатель для ЧПУ станка и для чего нужен?

Шаговый двигатель — это машина, преобразующая электрическую энергию (она поступает из электросети) в механическую. Происходит это благодаря выполнению дискретных перемещений ротора. После каждого действия динамической части ее положение фиксируется.

Все передвижения в отдельности имеют одинаковую величину и образуют полный оборот (цикл).

Какие шаговые двигатели нужны для ЧПУ-станка

Разновидность двигателя не менее важна, чем его технические характеристики. Каждый вид имеет свои особенности.

• Биполярные. Их чаще всего используют на станках с ЧПУ. Основное преимущество разновидности — возможность установить новый драйвер, если предыдущий вышел из строя. При этом даже на малых оборотах сохранится высокое удельное сопротивление.
• Трехфазные. Характеризуются высокой скоростью. Их выбирают в том случае, если важна именно скорость.
• Униполярные. Включают в себя несколько разновидностей биполярных. Двигатели отличаются друг от друга, а их подбор осуществляется в зависимости от вида обмотки.

Как подобрать шаговый двигатель для создания ЧПУ-станка своими руками?

Подбор оптимального двигателя проводится на основании нескольких параметров.

Индуктивность

Первым делом вычисляют квадратный корень из индуктивности обмотки. Полученное число умножается на 32. Итоговое значение сравнивается с напряжением источника, который питает драйвер. Эти показатели не могут значительно отличаться друг от друга.

Мотор будет работать слишком громко и перегреваться в случае разницы более 30 %.

Высокая индуктивность помогает сохранить высокий крутящий момент. Для двигателя с высокой индуктивностью важно подобрать драйвер с большим напряжением. Только так мотор сможет полноценно работать.

Крутящий момент и скорость

Чтобы выбрать идеально подходящий мотор, нужно составить график скорости и крутящего момента (точнее, зависимости одного параметра от другого). Готовый график показывает, соответствует ли выбранный мотор заданным техническим параметрам.

Геометрические параметры

Рекомендуется проанализировать следующие показатели:

1. Момент инерции роторов.
2. Номинальный ток внутри фазы.
3. Максимальное число статического синхронизирующего момента.
4. Общая характеристика сопротивления фаз омического типа.

ВАЖНО! При выборе двигателя особое внимание уделяется фланцу, диаметру вала и длине самого двигателя.

Расчет шаговых двигателей для ЧПУ

Определение силы

Чтобы определиться с выбором мотора, нужно просчитать его шаговые параметры. Например, определить силу трения (она зависит от тех материалов, которые используются при работе на станке). Для расчета силы трения коэффициент трения умножается на вес системы движения.

СПРАВКА! Для расчета инерции масса стола (она считается вместе с деталью) умножается на необходимый показатель ускорения.

Полная сила сопротивления рассчитывается следующим образом: складываются силы резания, инерции и трения.

Расчет мощности

Мощность мотора рассчитывается по следующей формуле: F = ma. В данной формуле F — сила (ее измеряют в ньютонах), которая прикладывается для приведения объекта в движение; m — масса объекта, a — нужное ускорение.

Расчет редукции оборотов

Эта характеристика высчитывается исходя из начальных оборотов привода и максимального показателя скорости, при которой перемещается стол.

К примеру, скорость равна 2000 мм/мин, а шаг винта передачи — 20 мм. Тогда редукция оборотов будет равняться 100 (2000/20).

Дополнительные рекомендации по выбору

Кроме всех перечисленных показателей, стоит учитывать еще и следующие параметры:

• Стоимость. Рекомендуется внимательно изучить цену и характеристики моторов. Иногда при одинаковых параметрах разница в цене значительная. Также не стоит ориентироваться на известную фирму. Зачастую за имя производителя добавляется до 30 % стоимости.
• Сложность настройки. Для начинающих пользователей станков с ЧПУ лучше выбирать механизм попроще. В сложном двигателе можно запутаться и сломать его.
• Назначение устройства. От того, с какой целью будет применяться станок, зависит и характеристика двигателя.
• Схема подключения. Она зачастую определяется от количества проводов.
• Наличие центр-крана. В этом случае обмотка идет совместно с проводами (3 шт.).

При выборе шагового двигателя стоит учитывать все вышеперечисленные параметры. Тогда и мотор прослужит намного дольше, и работать с таким двигателем будет проще и быстрее. При покупке стоит проверять на наличие заводских браков.

• 16 ноября 2020
• 1127

Arduino.ru

Помогите определить параметры шагового мотора

Биполярный моторчик, 4 провода.

На моторе надписи

Crouzet 82930049
2 Phase 10W R = 9 Ом

Не могу понять, на какое он напряжение и какой ток обмотки. Казалось бы, можно вычислить из мощности и сопротивления обмотки. Но что-то я в ступоре. Как считается мощность у шаговых моторов? На одну обмотку или на две? На одновременное подключение или на попеременное?

Конечно же, я первым делом на сайт изготовителя полез — точно такого мотора там нет, только про серию 829.300 написано — и все параметры «от и до». Напряжение указано от 6 до 64 вольт.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Если 10W — это мощность, то по закону Ома получаем допустимый ток. Драйвера типа A4988 являются Constant Current драйверами, они не допустят большего тока на обмотке, чем настроено резистором. В отличии от L298N и иже с ними, которые Constant Voltage и просто лупят в мотор на все деньги .

Т.е. ставим 4988, выставляем рефренсное напряжение под вычисленный ток и подаем напряжение не выше допустимого _для_драйвера_. Выше напряжение — быстрее нарастает ток в обмотках. Потом драйвер его ограничивает автоматически. Мотор шагает, но не горит.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Мотор-то с принтера какого, судя по шагу 7,5 градуса?

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Мотор-то с принтера какого, судя по шагу 7,5 градуса?

да фиг его знает. Для принтера, имхо, великоват — он размером с тениисный мячик. 10 Вт мощности, да еще с редуктором.

Это я тут с нашими слесарями по ремонту лабораторного оборудования задружился, они мне иногда приносят что-нибудь со сгоревших приборов. вот сегодня притащили два моторчика — этот и еще маленький на 18 вольт. В лабораторном оборудовании много интересного, но все номиналы какие-то дикие — 18в, 34 вольта 🙂

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

На лазерниках мицуми M49SP-1 стоят — все через большое колесо работают на полном шаге. Дури за счет этого у них до. много, вобщем. И спалить пока не удалось ни одного — просто чувствуешь, что греются сильно и ток на драйвере скидываешь.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Если 10W — это мощность, то по закону Ома получаем допустимый ток.

Григорий, прости, но вопрос остался неотвеченным. Мощность считать на одну обмотку или на две?

Если бы это был резистор, то все понятно — P = U * I = U * (UR)
отсюда — U = (P * R) ** 0.5
U = корень квадратный из (9 * 10) , грубо говоря U = 10V и ток 1А

Но если обмотки две. тогда на каждую по 5 Вт или как?

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ну, как бы сам принцип работы шаговика в том, что на обмотки по очереди подается ток. Зачем делить его на две? Я, конечно, не конструировал моторы, но простая логика мне подсказывает, что грубо можно как для резистора посчитать. Наверняка там и Inductance нужно учитывать и всё такое. Но чтобы просто пошагать — хватит и простого расчета.

Более того — я даже без расчета как-то выставлял. Выкрутил резистор на 0V, поставил на степ и подкручивал, пока субъективно мотор не стал слишком горячим 😉 Потом открутил назад. И ничего, двигатель все еще фунциклирует.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ну, как бы сам принцип работы шаговика в том, что на обмотки по очереди подается ток. Зачем делить его на две?

ну да, в принципе наверно так. Там, правда, насколько помню, время включения обмоток не совсем почередно, а залазит друг на друга. но наверно этим можно пренебречь.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

ну да, в принципе наверно так. Там, правда, насколько помню, время включения обмоток не совсем почередно, а залазит друг на друга.

На униполярном — да, может по половине обмотки включаться или по полной (если склероз не подводит), а на биполярном ток может быть поделен между обмотками пропорционально (при микрошаге). В общем же случае, считаю, все должно сводится к расчету мощности на одну обмотку.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ограничение по напряжению же, как я помню, вводится на случай межвиткового пробоя обмоток. Но, думаю, это должно быть совершенно адское напряжение, которое лак пробьет. И в случае c Constant Current драйвером — он оттопырится первым.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Тут вот пишут, что ток 0.48A при сопротивлении 22.3Ом и напряжении 10.4В. В принципе вычисленная сила тока сходится с табличной, но 10W не бьется.

Однако, исходя из http://motors.crouzet.com/customer-support/detailed-specifications-drawings/stepper-motors/ можно предполагать, что у всей серии номинальное напряжение 10.4В. Хотя, тогда и сопротивление должно быть 22.3Ома на всю серию. У мотора точно 9 Ом сопротивление?

Надо несколько даташитов глянуть, попытаться понять, что у крузета вкладывается в номер модели.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

У мотора точно 9 Ом сопротивление?

На сайте http://www.crouzet.com/ есть строчка поиска по артикулу. Если в нее начать вбивать «82930. » — вываливается вкладка со списком похожих моделей. Первым в этом списке идет 82930043 — судя по номеру, ближайший родственник моего мотора — и у него указано сопротивление 9 Ом.

К сожалению, при клике на эти строчки ничего нового не открывается, да и инфу эту никак не сохранить — только заскриншотить:

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

82930002 10W — Bipolar — 9 Ohm — 24 mH — 0,75A — 6,6V

Думаю, что у всех подобных модификаций схожие параметры.

На предыдущих страницах еще масс доп. информации, включая номограммы момента, расчеты трансмиссий.

• Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Почитал еще, освежил память. Был не совсем прав. С ваттами на степпере не сталкивался ранее — обычно ток написан в спецификации и все.

По мощности выходит так: у мотора две фазы (по-бытовому — обмотки). Как ты правильно отметил — обмотки могут быть включены одновременно. Драйвера (к примеру A4988) дают на них максимальный ток в 70.71% от допустимого тока фазы (https://www.pololu.com/file/0J450/a4988_DMOS_microstepping_driver_with_translator.pdf , стр. 17). Но производитель, понятное дело, расчитывает на дураков, поэтому закладывает вероятность появления стопроцентной силы тока на каждой обмотке. Т.е. 10W действительно надо было делить на кол-во обмоток — по 5W на каждую. Отсюда имеем:

1) U = SQRT(P*R) => SQRT(5W*9Ohm)

6.7V ;
2) I = U/R => 6.7V / 9Ohm = 0.74[4] A

С напряжением, конечно, есть несовпадение с даташитом. Полагаю, что дело в округлении: 6.6V * 0.75A * 2 phase = 9.9W =>