Шаговый двигатель схема для запуска

Шаговый двигатель схема для запуска

Ваша корзина пуста!

• Главная
• Статьи
• Подключение шагового двигателя

Привет, друзья! Предлагаю вам практический алгоритм, как правильно подключить обмотки шагового двигателя к драйверу. Начинающие, и не только, ардуинщики при работе с шаговыми двигателями часто сталкиваются с проблемой определения, где выводы первой обмотки, где второй, где начало первой обмотки, где второй. Так же часто возникает вопрос как проводами поменять направление вращения двигателя. Давайте в этом видео разберёмся, как с высокой степенью четкости подходить к решению этих вопросов.

Давайте подпишемся на канал, лайкнем это видео и поехали дальше.

В идеальном случае нам может попасться широко известный тип шагового двигателя, у которого имеется стандартный неизменный клеммник, схему подключения которого легко найти в гугл-картинках. Так же желательно, чтобы была и легко находимая схема подключения имеющегося драйвера. Тогда их чаще всего получается подключить с первого раза без ошибок. Хотя я умудрялся и в таких случаях напутать. Но мы будем исходить из того, что двигатель у нас с неизвестной цветовой маркировкой проводов, что часто становится проблемой и схемы подключения обмоток двигателя к имеющемуся драйверу нет.

Кстати насчет схем подключения драйверов, тут тоже есть свои факторы запутывания и непоняток. Вот к примеру обозначения выходов трёх самых популярных драйверов. Кружочками будем обозначать условное начало обмотки двигателя. Все обозначения здесь сильно отличаются у каждого драйвера. Эти отличия начинаются с самих инструкций на микросхемы драйверов. Прямо в pdf на каждую из этих популярных микросхем создатели заложили столько путанины – как тут разобраться без бокала пива!?

По возможности нужно тестировать подключение на ненагруженном шаговом двигателе. Для управления возьмем контроллер Arduino NANO. Будем использовать его просто как задающий генератор. Вы можете взять любой драйвер шагового двигателя. Только разберитесь по документации или по подписям на плате, где находятся пары выходов под каждую обмотку. Я возьму самый популярный драйвер A4988. Вот схема включения для нашего универсального алгоритма подключения обмоток двигателя. От контроллера подается прямоугольный сигнал известной частоты на вход STEP драйвера, который отвечает за запуск шагов. При этом вход DIR, отвечающий за направление вращения ротора, подключен к общему проводу – он нам не понадобится. Так же у конкретного драйвера необходимо подать питание логики (для некоторых драйверов это не нужно). А так же необходимо подать разрешающие вращение сигналы, такие как RESET, SLEEP, ENABLE. Для драйвера A4988 можно просто поставить перемычку между RESET и SLEEP – это переведёт драйвер в рабочий режим. Так же подключаем провода питания двигателя к источнику 12В. А сами катушки двигателя стараемся по имеющимся схемам и документациям подключить хотя бы к своим парам выходов драйвера. Но, если не получается разобраться сразу, не отчаивайтесь – мы здесь разберём все случаи.

Теперь по быстрому обратим внимание на программу, которая будет загружена в Arduino NANO. Я беру стандартный пример Blink, который мигает светодиодом раз в две секунды и назначаю свой выход номер 2, к которому подключен вход STEP. А так же ставлю задержку в 1 миллисекунду. Это означает, что на вход STEP драйвера пойдет прямоугольный сигнал с периодом в 2 миллисекунды или 500 Гц, что для 200-шагового двигателя соответствует 2,5 об./сек или 150 об./мин. Эта скорость и не большая и не маленькая и как по мне хорошо подходит для экспериментов по подключению обмоток двигателя. Кстати вместо контроллера Arduino, вы можете то же самое проделать и при помощи генератора прямоугольных импульсов. Выставьте на нем частоту приблизительно равную 500 Гц. Амплитуда напряжения на выходе должна быть 5В. Соединяете общий провод и выход генератора подключаете ко входу STEP драйвера.

Итак после подключения у вас получится одна из четырех ситуаций: в первой вы правильно угадаете начала обеих катушек; во втором случае одна из катушек будет подключена началом в обратную сторону; в третьем случае вы угадаете начала катушек но перепутаете пары выходов драйвера; и в четвертом случае будет перепутано все максимально. Теперь попробуем все эти случаи на практике.

В первом идеальном случае ротор двигателя вращается с ожидаемой скоростью в ожидаемом нами направлении.

Во втором случае наблюдаем обычную скорость вращения и нормальный режим работы двигателя. Только вращение направлено в другую сторону. В большинстве случаев вам подойдет и так.

В третьем случае у нас перепутаны пары выходов драйвера и они не совпадают с выводами своей катушки. Вращение непредсказуемое, а точнее дергание ротора вперёд и обратно.

В четвертом случае все повторяется с третьего опыта. Часто такое подключение запутывает своей работой наполовину и кажется, что все как бы подключено правильно, только направление одной обмотки нужно поменять и все. На самом деле оно так и есть, но менять надо подключение не одной обмотки, а двух проводов с разных обмоток.

И, чтобы быстро поменять направление вращения ротора при помощи проводов, я переворачиваю зеркально все 4 провода от двигателя.

Еще раз более внимательно разберём в графическом виде, что нужно переворачивать. Здесь буквами А и В обозначены пары выходов драйвера. В первом случае нас все устраивает. Во втором случае нам не понравится направление вращения ротора по умолчанию. Для поворота в правильную сторону вам нужно поменять провода на одной из пар выходов драйвера. В третьем случае двигатель дергается на месте, что означает, что нужно поменять местами два провода из разных пар выходов драйвера. В четвертом случае все так же как и в третьем, только направление вращения ротора после замены местами двух проводов нам может не понравиться и тогда мы оказываемся на втором случае и уже знаем как развернуть ротор в другую сторону. В общем, как бы мы не подключили шаговый биполярный двигатель к исправному драйверу, получаем два варианта событий: либо ротор вращается в рабочем режиме, либо дергается на месте. И, чтобы он перестал дергаться и вращался нормально, вам нужно перекинуть два провода. Это и есть алгоритм подключения шагового двигателя.

Спасибо за внимание! Нам очень поможет ваша подписка и лайк!

Шаговый двигатель схема для запуска

Шаговые двигатели — это особый класс двигателей постоянного тока. Они кардинально отличаются от привычных коллекторных двигателей. Главное отличие шагового двигателя от двигателей других типов в том, что поворот его ротора осуществляется на некоторый, заданный конструкцией и схемой управления, строго определенный угол (шаг). Отсюда и главное преимущество шаговых двигателей — возможность точно позиционировать положение его ротора и удерживать его в этом положении без использования специальных муфт и тормозов (достаточно просто не снимать напряжение с обмоток). Еще одно важное достоинство двигателей этого типа в том, что максимальный момент ротора достигается на малых скоростях вращения. Это позволяет отказаться от сложных дорогостоящих редукторов, которые трудно изготавливать в радиолюбительских условиях. Эти два основных фактора делают шаговые двигатели незаменимыми при конструировании различных исполнительных механизмов, например, для управления манипуляторами в робототехнике, в станках (для подачи резца или фрезы) и т.п. Отсутствие коллектора делает шаговые двигатели практически вечными.

Как уже отмечалось, шаговые двигатели требуют особых, совершенно иных, чем для коллекторных или многофазных двигателей (с которыми их порой путают), схем управления. Этот факт является основным камнем преткновения особенно для начинающих радиолюбителей или радиолюбителей по той или иной причине не желающих или не имеющих возможностей использовать для этой цели микропроцессорные системы управления.

Однако насколько ли сложны такие схемы управления, всегда ли необходимо применения в схемах управления шаговыми двигателями дорогих специализированных микросхем или микропроцессоров?

Рассмотрим три базовые схемы управления шаговыми двигателями, которые помогут радиолюбителям в их освоении.

На рис. 1 показана простейшая схема управления для униполярных двигателей [1]. Такой двигатель имеет отвод от середины обмотки, что значительно упрощает схему драйвера.

Внимание! В первоисточнике [1] имеются ошибки в подключении IC1.

Схема не содержит дефицитных элементов, выполнена на двух ИМС 74-й серии (можно использовать и советские аналоги). Направление вращения двигателя определяется положением переключателя S1 (DIRECTION). Скорость вращения двигателя задается любым внешним генератором импульсов. Такой перестраиваемый по частоте генератор можно сделать, например, на ИМС таймера 555 (рис.2).

В качестве драйвера Q1-Q4 могут использоваться любые транзисторы с коэффициентом усиления по току не ниже 100 при заданном токе коммутации. Ток определяется сопротивлением обмоток двигателя по постоянному току и его напряжением питания (+12V на рис.1). Но лучше использовать в качестве драйвера подходящие MOSFET, например, IRF7470 (VDSS=40V, R тах=13mОм, lD=10A). Резисторы R1-R4 могут быть номиналом не ниже 470 Ом (в случае использования MOSFET эти резисторы необходимо оставить). В качестве диодов D1-D4, гасящих обратный импульс напряжения, можно использовать недорогие диоды 1 N4007. Две более сложные схемы управления маломощными униполярными и биполярными двигателями можно посмотреть в [2, 3]. Удобный к применению простой и недорогой вариант схемы управления биполярным двигателем с напряжением до 36 В и током до 0,6 А показан на рис.3 [4]. Схема пригодна и в качестве недорогой тестовой платы и обеспечивает работу двигателя в оптимальном пошаговом режиме с перекрытием фаз. Автор использовал схему для управления двигателем малой мощности 20M020D2B 12В/0.1А (каталог Distrelec 37-13-13).

Схема состоит из тактового генератора (IC3-1 и IC3-2), двунаправленного двухфазового формирователя на D-триггерах IC2 (SN74HC74D), схемы выбора направления вращения (IC3-3 и IC3-4) и драйвера IC1 L293DD (SGS-THOMSONMicroelec-tronics). Можно использовать и драйвер L293D (Texas Instruments Inc.). Микросхема драйвера имеет встроенные гасящие (кламперные) диоды и схему теплового отключения, устанавливать ее необходимо с обеспечением теплоотвода, который выполняется проводниками на печатной плате [5]. На схему подается напряжение питания в зависимости от типа двигателя. Питание формирователя осуществляется от стабилизатора напряжения, который должен обеспечить питание +5V на схему управления. В схеме использован недорогой линейный стабилизатор L7805ABD (корпус D2PAK), поскольку ток потребляемой формирователем не превышает нескольких миллиампер, а рабочее напряжение выбранного типа двигателя 12 В.

Включение шагового двигателя осуществляется кнопкой ВН1 или это может быть любой сигнал, например, отдатчика или схемы с открытым коллектором.

Цепь на транзисторе Q1 обеспечивает надежный запуск генератора. Такой принудительный пуск необходим, потому что генераторы, выполненные на основе двух (а не обычных трех) CMOS или TTL инверторов, иногда оказываются неустойчивы после включения (могут возбуждаться с частотой порядка 18 МГц). Команду на включение двигателя нужно подавать с некоторой задержкой после подачи питания. Рекомендуется давать задержку в несколько миллисекунд. Конденсатор С5 устраняет влияние «дребезга» контактов кнопки управления. Вращение ротора двигателя будет осуществляться в течение всего времени пока нажата кнопка или подан сигнала низкого уровня в точку «А». Во втором случае конденсатор С5 не нужен. Направление вращения зависит от положения выключателя S1. Вместо выключателя также могут быть также использованы любые подходящие сигналы, например, от концевого выключателя, выключателя остановки с таймером, пусковым механизмом или любыми цепями с открытым коллектором, подключенные в точку «В» вместо выключателя S1. Светодиод D1 — это индикатор подачи импульсов вращения «STEP». Он светится в режиме вращения двигателя. Скорость вращения двигателя зависит от его технических характеристик (от угла шага) и частоты тактового генератора. Временная диаграмма работы формирователя описываемой схемы управления показана на рис.4.

Если используются двигатели с четырьмя обмотками, то допустимо устанавливать ИМС драйвера L293 в параллель по цепям управления. Каждый драйвер управляет своей парой обмоток. В режиме удержания (режим, когда управляющие импульсы не подаются, но сам формирователь и драйвер не выключены) для уменьшения тока потребления и нагрева двигателя одну из ИМС можно выключать. Для этой цели используют входа EN (выводы 1,9, 11, 19) ИМС одного из драйверов. Такой вариант автором применялся для более мощных гибридных шаговых двигателей серии V9728 12В/0,6А (RS-каталог 440-458). Для двигателей с большим током, например, для гибридного двигателя серии DSH56 5В/1А (аналогичный по RS-каталогу 440-442), особенно если он используются в режиме форсированного начального тока, необходимо использовать драйверы с ограничением максимального тока. Для этих целей можно использовать, например, ИМС драйвера типа LMD18245 (ЗА, 55V) или аналогичный ему. ИМС драйвера типа LMD18245, в отличие от L293DD, является не четырех канальным, а двухканальным драйвером, поэтому для реализации схемы управления требуется две ИМС драйвера. Драйвер LMD18245 выполнен по DMOS технологии, содержит схемы защиты от перегрева, короткого замыкания и выполнен в удобном 15-выводном корпусе ТО-220, что позволяет легко отводить от его корпуса излишнее тепло.

Схема тестовой платы на основе драйвера LMD18245 показана на рис.5. В качестве задающего генератора использовалась схема генератора, приведенная ранее (рис.2), но с увеличенным до 4,7 кОм сопротивлением резистора R2. Для подачи одиночных импульсов используется кнопка ВН1 «Single STEPS», позволяющая сдвинуть ротор двигателя на один шаг. Направление вращения ротора определяется положением переключателя S1. Включение и выключение двигателя осуществляется выключателем S2. В положение «OFF» выключателя ротор двигателя освобождается и его вращение импульсами управления становится невозможным. Режим удержания «HOLD» уменьшает максимальный ток потребления обмотками двигателя с 2 А до 1 А. Если импульсы управления не подаются, то ротор двигателя остается в зафиксированном положении с пониженным вдвое током потребления.

Если же импульсы подаются, то вращение двигателя в этом режиме осуществляется с пониженным на малых скоростях моментом вращения. Необходимо заметить, что поскольку при полношаговом управлении с перекрытием фаз включены обе обмотки, то ток потребления двигателем удваивается, а схема драйвера должна рассчитываться исходя из требований обеспечения заданного тока двух обмоток (резистор R3, R8).

Схема содержит аналогичный, описанному ранее двунаправленный двухфазовый формирователь на D-триггерах ИМС D2 (SN74HC74D) и схему выбора направления вращения (D1 -4 и D1 -2). Максимальный ток драйвера задается резистором, включенным в цепь контакта 13 ИМС LMD18245 (резистор R3, R8) и двоичным кодом на контактах цепи управления тока (выводы 8, 7, 6, 4). Формула для расчета максимального тока приведена в спецификации на драйвер [6]. Ограничение тока осуществляется импульсным методом. При достижении максимально заданной величины тока осуществляется его «нарезка» («chopping»). Параметры этой «нарезки» задаются параллельной RC-цепочкой, подключенной к выводу 3 драйвера. Достоинством ИМС LMD18245 является то, что токозадающий резистор не включен непосредственно в цепь двигателя, имеет достаточно большой номинал и маленькую рассеиваемую мощность.

В заключение необходимо отметить, что шаговые двигатели могут устойчиво работать и на повышенных скоростях вращения, однако это требует уже применения особых схем, реализующих режим так называемого микрошагового управления. В этом режиме на каждый импульс тока ротор поворачивается не на заданный конструкцией двигателя угол (шаг), а на меньший дробный, как правило, равный 1/8, 1/16 или 1/32. Такой режим уменьшает и даже подавляет паразитный резонанс ротора, но требует сложных схем управления с применением микропроцессоров. Драйвер LMD18245 позволяет реализовать такой режим.

1. Noel McNamara. Simple circuit controls stepper motors // EDN. — 2004. — January 8.

2. UNIPOLAR Stepper Motor Driver (74194) : http://home.cogeco.ca/

3. BIPOLAR Stepper Motor Driver (74194) : http://home.cogeco.ca/

4. Rentyuk V. Control stepper motors in both directions// EDN. — 2010. — March 18.

5. L293, L293D QUADRUPLE HALF-H DRIVERS// Texas Instruments Inc. — 2002.

6. LMD18245 ЗА, 55V DMOS Full-Bridge Motor Driver // National Semiconductor Corporation.

Шаговый двигатель и Arduino — основы

Шаговые двигатели представляют из себя нечто среднее между обычным двигателем постоянного тока и серводвигателем.

У них есть возможность точного позиционирования ротора в заданном положении, вращаться в обе стороны, по одному «шагу», но при этом могут и вращаться с заданной частотой.

В этом примере мы рассмотрим управление шаговым двигателем с использованием Arduino и чипа L293D, который можно использовать и для управления двигателями постоянного тока.

Необходимые элементы

Для данного проекта нам понадобятся:

1 шаговый двигатель с напряжением питания 5 вольт

1 монтажная плата

1 Arduino Uno R3 (или другая плата от Arduino)

Схема подключения шагового двигателя

У нашего шагового двигателя 5 выходов. Мы будем использовать обе коннекторы по обе стороны L293D. Подключать придется все это долго достаточно мучительно.

Схема подключения приведена на рисунке выше. Обратите внимание, что один из выходов шагового двигателя никуда не подключен.

Скетч Arduino

В программе используется серийный монитор. После запуска, откройте его и укажите количество «шагов». Для начала попробуйте значение близкое к 500. В результате ваш двигатель должен повернуться примерно на 360 градусов. Введите -500 и ротор отработает поворот в обратном направлении.

Пример — шаговый двигатель

Stepper motor(512, in1Pin, in2Pin, in3Pin, in4Pin);

// эта строка для Arduino Leonardo. Генерируется задержка в серийном мониторе

int steps = Serial.parseInt();

Как вы уже могли догадаться, существует специальная библиотека в Arduino IDE, которая поддерживает работу с шаговыми двигателями. Благодаря этому использование двигателей становится предельно простым.

После подключения библиотеки ‘Stepper’ инициализируются управляющие пины от ‘in1’ до ‘in4’.

Для объявления данных пинов с использованием библиотеки шаговых двигателей, используется следующая команда:

Stepper motor(768, in1Pin, in2Pin, in3Pin, in4Pin);

Первый параметр — количество ‘шагов’, которые сделает шаговый двигатель для одного полного оборота. Для точного позиционирования, можно вращать ротор двигателя с дискретностью в один шаг.

После этого налаживается связь по серийному протоколу и в результате плата Arduino может получать команды из окна серийного монитора в Arduino IDE.

Следующая команда устанавливает скорость вращения ротора шагового двигателя:

Функция ‘loop’ очень простая. Функция ожидает, пока придет команда из серийного монитора и преобразовывает текст в виде числового значения в переменную типа int с помощью ‘parseInt’. После этого подается сигнал на двигатель для его вращения на указанное количество шагов.

Полезная информация о шаговых двигателях

По сути шаговый двигатель представляет из себя зубчатое колесо, которое взаимодействует с электромагнитной катушкой и вращается на определенный шаг.

Питая катушки в определенном порядке, двигатель начинает вращать ротор. Количество шагов, которое имеет двигатель на 360 градусов поворота фактически равняется количеству зубцов.

Двигатель, который мы используем имеет 48 шагов, но в нем также установлен редуктор 1:16. В результате мы получаем 16×48=768 шагов.

В данном примере мы не используем красный кабель для общего подключения. Используя этот кабель вы можете добиться питания левой или правой части каждой отдельной катушки и реализовать эффект реверса потока электричества не меняя направление с помощью электроцепи.

Так как мы используем чип L293D, который обеспечивает реверс тока в цепи, общее подключение нам не нужно. Мы можем спокойно запитывать полностью каждую катушку.

С чем еще можно поэкспериментировать

Попробуйте изменить аргумент команды, которая устанавливает скорость вращения шагового двигателя:

Установите, например, меньшее значение (5), загрузите скетч и обратите внимание, что шаговик начал вращаться медленнее.

Теперь попробуйте найти максимальную скорость шаговика, увеличивая скорость на 20. В результате после некоторого значения шаговый двигатель перестанет двигаться из-за того, что он просто не успевает считывать импульсы, генерирующие шаги.

Попробуйте отключить оранжевый и розовый провода шагового двигателя. Он должен все равно вращаться, но вы заметите, что он стал слабее из-за того, что не работают обе катушки, толкающие ротор.

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