Arskama.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Sma7029m схема управления шаговым двигателем

Драйвер управления шаговыми двигателями SMA7029M.

Драйвер управления шаговыми двигателями SMA7029M.

Шаговые двигатели являются одними из самых распространенных типов двигателей в приборах самого широкого применения. Эти двигатели можно встретить во всех типах копиров, в факсах, сканерах, МФУ, кассовых аппаратах и это перечисление можно продолжить.

«Классикой» среди микросхем управления шаговыми двигателями можно считать драйвер SMA7029M (рис. 1, 2). Параметры, особенности, построение и типовое включение этой микросхемы рассматриваются ниже. Микросхема SMA7029M обеспечивает возможность управления униполярными шаговыми двигателями различных типов: 4-х фазными и 2-х фазными. Микросхема позволяет управлять двигателями с высокой скоростью и обеспечивает, высокий КПД двигателя. Для переключения фаз используются встроенные полевые мощные транзисторы.

Компактное исполнение SMA7029M позволяет получать экономичный и технологически простой вариант схемы управления шаговым двигателем. Микросхема поддерживает работу с максимальным напряжением питания до 46В и имеет выходы, рассчитанные на высокие напряжения и большие токи. Встроенные полевые транзисторы, имеющие пробивное напряжение более 100В, позволяют обеспечить очень малое сопротивление цепи во включенном состоянии и очень высокую частоту переключения. В составе микросхемы имеются встроенные защитные диоды.

Микросхема SMA7029M обеспечивает регулировку величины тока через фазы шагового двигателя, а также обеспечивает защиту от превышения этого тока сверх заданного значения. Регулировка тока осуществляется методом широтно-импульсной модуляции — ШИМ (PWM). Величина тока задается путем выбора внешнего токового датчика, в качестве которого используется резистор с очень малым сопротивлением (менее 1 Ом). Кроме того, величина тока может быть задана выбором источника опорного напряжения, выбором делителя в цепи опорного напряжения, выбором параметров частотозадающей RC — цепи. RC-цепь позволяет ограничивать время паузы между импульсами. Все входы микросхемы совместимы с микропроцессорами и логикой на 5В.
Особенности микросхемы SMA7029M состоят в следующем:
— однокристальное построение, имеющее низкую стоимость;
— управление двигателем с напряжением до 46 В и током фаз до 3 А;
— применение третьего поколения встроенных высоковольтных полевых транзисторов;
— напряжение пробоя встроенных силовых транзисторов — 100В;
— малое сопротивление перехода сток-исток встроенных транзисторов в открытом состоянии;
— улучшенные характеристики встроенных защитных диодов;
— управление двигателями с однополярным питанием;
— обеспечение двух режимов управления двигателями: режима полного шага и режима полушага;
— встроенный высокоэффективный и высокоскоростной ШИМ;
— программирование тока фаз методом ШИМ;
— наличие двух каналов управления током фаз двигателя;
— малая рассеиваемая мощность;
— электрически изолированные контакты питания;
— входы, совместимые с микропроцессорами;
— отсутствие необходимости теплового радиатора.
Предельные параметры микросхемы:
— напряжение питания нагрузки (Vbb): 46B;
— выходное напряжение полевого транзистора (VDS): 100В;
— напряжение питания (Vcc): 46B;
— пиковый выходной ток (Ioutm): 3А (менее 100мкс);
— постоянный выходной ток (Iout): 1,5А;
— диапазон входных напряжений (Vin): от -0,3 до 7,0 В;
— опорное напряжение (Vref): 2B;
— диапазон рабочих температур: от -20°С до +85°С;
— диапазон температур при хранении: от -40°С до + 150°С.
Микросхема SMA7029M (см. табл. 1, рис. 1) позволяет обеспечивать управление различными типами двигателей в различных режимах.

Рис. 2. Типовое включение на примере одного канала (В)

В каждом из режимов работы необходимо создавать различную последовательность входных управляющих сигналов. Данная микросхема может обеспечить работу шагового двигателя в режиме волнового управления (WAVE DRIVE). В этом режиме в каждый момент времени ток протекает только через одну из четырех фаз (рис. 3), т.е. открыт только один встроенный транзистор.

Для работы в этом режиме задействуются контакты (рис. 1), управляющие временем задержки (OFF DELAY), на которые подаются сигналы от инвертора с открытым коллектором, т.е. для управления двигателем на эти контакты при работе приходит импульсный цифровой сигнал. Встроенный транзистор, открываемый в данном режиме, определяется соотношением сигналов на входных контактах (INA, INB) и сигналов на контактах времени задержки (OFF DELAY A, OFF DELAY В). Соотношение всех этих сигналов для включения той или иной фазы двигателя приводится в табл. 2 («таблица истинности» для режима волнового управления).

Кроме того, двигатель может использоваться для управления двигателем в режиме полного шага (FULL STEP). В этом режиме в каждый момент времени ток протекает через две фазы, что соответствует шагу двигателя (рис. 4).

В данном режиме для совершения шага открыты два встроенных транзистора, находящихся в разных каналах микросхемы (канал А и канал В). Режим полного шага может управляться всего двумя управляющими сигналами на входе микросхемы: IN(A) и IN(B). Т.е. открываемый транзистор каждого канала определяется только уровнем сигнала на соответствующем контакте. Таблица истинности для режима полного шага отражена в табл. 3.

На контакты, управляющие временем задержки (ОРР DELAY) в этом режиме, подается напряжение постоянного тока, которое создается внешней цепью смещения (R3). Данную микросхему вполне можно приспособить и для применения в режиме полушага (HALF STEP), только для этого потребуется усложнить схему управления драйвером двигателя в SMA7029M.

Схемы управления шаговыми двигателями

Современные шаговые двигатели, гибридые либо ШД на постоянных магнитах, как правило, производятся с двумя обмотками (4 вывода), с двумя обмоткми и центральными отводами (6 либо 5 выводов) и с четырьмя обмотками (8-ми выводные ШД). Биполярные двигатели имеют две обмотки и, соответственно, четыре вывода. Униполярные двигатели также имеют две по обмотки, но у каждой из них есть центральный отвод, что позволяет использовать для управления двигателем простой униполярный драйвер (т. е. переключать направление магнитного поля, создаваемого обмотками двигателя переполюсовкой половин обмоток двигателя). Иногда средние отводы могут быть объединены внутри двигателя, такой двигатель может иметь 6 или 5 выводов. В силу простоты униполярной схемы управления эти двигатели находят широкое применение в самых различнх областях промышленности.

Однако большинство драйверов предназначено для управления биполярными двигателями. При тех же габаритах биполярный шаговый двигатель обеспечивает больший момент по сравнению с униполярным. Поэтому наибольший практический интерес у новичков вызывает именно схема управления биполярным шаговым двигателем.

Постараемся разабраться, каким образом можно подключить 6-ти или 8-ми выводной мотор к биполярной схеме управления и как при этом изменяются электрические характеристики двигателя?

6-ти выводные шаговые двигатели

Для подключения 6-ти выводного шагового двигателя к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из двух способов — униполярное либо биполярное подключение обмоток двигателя.

Униполярное подключение

Если требуется вращать двигатель на средних и высоких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — использовать центральный отвод.

Электрические характеристики двигателя — ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. — в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

Биполярное подключение

Если требуется вращать двигатель на низких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — биполярное.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток — 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — Iуниполяр. 2 * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится Iбиполяр. 2 * 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр. 2 * R = Iбиполяр. 2 * 2* R, откуда

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

Итак, характеристики ШД будут такими:

ПараметрЗначение
Iбиполяр.= 0.707 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, ОмRбиполяр. = 2 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГнLбиполяр. = Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×смTбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

8-ми выводные шаговые двигатели

Для подключения 8-ми выводного шагового двигателя (то есть двигателя с четырьмя обмотками) к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из трех способов — униполярное, последовательное либо параллельное подключение обмоток двигателя.

Униполярное подключение шагового двигателя (схема электрическая)

Если требуется вращать двигатель на средних скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения — использовать лишь две из четырех обмоток.

Электрические характеристики двигателя — ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. — в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

Биполярное последовательное подключение шагового двигателя (схема электрическая)

Наиболее эффективно для низкоскоростного диапазона рабочих скоростей двигателя.

При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток — 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — Iуниполяр. 2 * R

При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится Iпослед. 2 * 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр. 2 * R = Iпослед. 2 * 2* R, откуда

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

Итак, характеристики ШД будут такими:

ПараметрЗначение
Iбиполяр.= 0.707 * Iуниполяр.
Сопротивление обмотки, ОмRбиполяр. = 2 * Rуниполяр.
Индуктивность обмотки, мГнLбиполяр. = Lуниполяр.
Крутящий момент, кг×смTбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

Биполярное параллельное подключение шагового двигателя (схема электрическая)

Наиболее эффективно использование параллельного включения обмоток для высоких скоростей.

При таком типе подключения нужно увеличить ток, подаваемый на обмотки двигателя в √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при параллельном включении обмоток требуемый ток — 2.8 А, то есть в 1.4 раза больше.

Это можно легко понять из следующих рассуждений.

Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R — именно оно приведено в каталоге). При параллельном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки уменьшаетсяв два раза (0.5 R).

Потребляемая мощность при униполярном включении — Iуниполяр. 2 * R

При параллельнном включении обмоток потребляемая мощность становится 0.5 * Iбиполяр. 2 * R

Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр. 2 * R = 0.5 * Iбиполяр. 2 * R, откуда Iбиполяр..= Iуниполяр. /√2, т.е.

Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением величины тока, пропускаемого через обмотки. Но так как ток увеличился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

Помогите с питанием контроллера для шаговика.

Помощь в написании контрольных, курсовых и дипломных работ здесь.

Подскажите алгоритм разгона и замедления шаговика
Всем привет. Есть два шаговика управляемые в микрошаге, нужно линейно их разгонять и тормозить.

Подключение контроллера к устройству с собственным питанием.
Здравствуйте, уважаемое сообщество. Я очень начинающий, поэтому прошу у вас помощи. Возникла.

Подключение контроллера с USB и внешним питанием
Добрый день! Вопрос касается STM32F10x, но тема скорее «железячная», поэтому спрошу тут. Планирую.

Подключение контроллера с USB и внешним питанием.
Добрый день! Вопрос касается STM32F10x, но тема скорее «железячная», поэтому спрошу тут. Планирую.

Появилась проблема с SMA7029M
при сборке на плате вместо указанного резистора R2 я воткнул подстроечный,
это регулятор выходного тока.
при питании 24B и его сопротивлении 100ом движок крутит нормально ток постоянный около 0.69А
при уменьшении тока включается ШИМ (двигатель поет серенады) и микросхема начинает сильно греться!
козалось-бы наоборот все должно быть, но на низком токе рука не терпит.
из схемы видно что паралельно обмоткам не стоят диоды, думал в этом дело,
монтаж диодов привел к пропуску шагов и вал стал абсолютно неуправляемый.
пробовал менять напряжение питания тоже самое.

Как быть посоветуйте.

70% от возможностей микросхемы. Диоды обычно ставят Шоттки с максимальным напряжением вдвое большим от напряжения питания.
В вашем случае диоды не задом наперед впаяны? Правильно так: GND->A/K->Обмотка, Обмотка->A/K->24V.

PS: Если вы хотите это все использовать в дальнейшем для постройки координатного стола, просто выкиньте это все в мусорку и купите самые дешевые драйвера.
Поверьте, если вы реально дойдете до реализации ЧПУ, вы все равно их купите 🙂 В общем вам надо определиться. Построить бюджетный станок с последующим использованием или изобретать новый драйвер для шаговиков. Если вы идете по второму пути, вы не понимаете во что вы впутываетесь 🙂

PS2: Если в чем не прав поправьте.

70% от возможностей микросхемы. Диоды обычно ставят Шоттки с максимальным напряжением вдвое большим от напряжения питания.
В вашем случае диоды не задом наперед впаяны? Правильно так: GND->A/K->Обмотка, Обмотка->A/K->24V.

PS: Если вы хотите это все использовать в дальнейшем для постройки координатного стола, просто выкиньте это все в мусорку и купите самые дешевые драйвера.
Поверьте, если вы реально дойдете до реализации ЧПУ, вы все равно их купите 🙂 В общем вам надо определиться. Построить бюджетный станок с последующим использованием или изобретать новый драйвер для шаговиков. Если вы идете по второму пути, вы не понимаете во что вы впутываетесь 🙂

Sma7029m схема управления шаговым двигателем

3D-технологии прочно вошли в нашу жизнь. 3D-мониторы, телевизоры, экраны, особые очки и прочие устройства, плохо влияющая на наши глаза. Но сейчас пойдет речь совершенно не о визуализации, а о еще наиболее старенькой технологии, но притом наиболее настоящей — 3D-печати. Перенести текст либо картину с экрана монитора на тонкий лист бумаги сейчас уже не составляет труда — делается это чрезвычайно стремительно, реализуется просто, а употребляется везде — принтер и сканер справляются с этими задачками на ура. Но что делать, если вдруг нужно перенести деталь либо модель в большой и ощутимый макет? Выпиливать его вручную, соблюдая все размеры и пропорции, при всем этом затрачивая львиную долю времени, средств и ресурсов? Печать 3D как раз и предназначена для того, чтобы решить такие трудности и позволить человеку не только лишь распечатывать информацию в плоскости, но и создавать ощутимые трехмерные модели и макеты.

3D-принтер — устройство, использующее метод создания физического объекта на основе виртуальной 3D-модели. Именно такое устройство будет описано в данном дипломном проекте. 3D-принтер, как и обычный принтер подключается к ПК и при помощи специальной программы создаёт заданные объекты.

Основными целями данного дипломного проекта являются: разработка и конструирование работоспособного устройства, которое будет адекватно выполнять заданные функции, а также интегрирование программы, которая непосредственно осуществляет управление выполнением операций. Для достижения поставленных действий было необходимо: разработать печатную плату, изготовить печатную плату, изготовить механическую часть проекта, добиться работоспособности программы в рассматриваемом устройстве.

1. Общая часть

1.1 Обоснование актуальности работы

Данная разработка имеет широкие перспективы развития и внедрения, т. к. обладают многими преимуществами, по сравнению с традиционными методами создания различных деталей. Одним из таких преимуществ является наглядность — деталь гораздо проще воспринимать, когда она является трёхмерным объектом, а не представлена, например, на чертежах. Вторым преимуществом является скорость создания — особенно это проявляется при выполнении сложных деталей. Также можно отметить отсутствие физических усилий со стороны человека. Роль человека в процессе изготовления состоит в создании виртуального макета, при помощи какого-либо графического редактора (позволяющего создавать 3D-модели).

Трехмерная печать становится все наиболее популярной и дешевой, доступной если не для широких масс, то, по крайней мере, для большинства средних производственных компаний.

С помощью 3D-принтера можно в чрезвычайно маленький срок сделать нужный макет и даже применять его по назначению, если он выполнен из пригодного материала. Лишь представьте себе недалекое будущее, где можно будет придти в какой-либо офис и по заказу распечатать созданную вами модель. Это быть может что угодно — от гаечного ключа до чрезвычайно принципиальной и редчайшей детали в движке раритетного родстера.

Уже на данный момент на просторах Интернета можно отыскать десятки разных моделей 3D-принтеров с различной ценой и скоростью печати до 2 см в час! При всем этом их размеры сравнимы с маленький тумбой. Естественно, стоимость на такие устройства все еще велика, и часто варьируется от цены поддержанного российского кара до цены болида «Формулы 1». Поэтому почти все компании сдают 3D-принтеры в аренду, либо за умеренную плату изготавливают нужные модельные эталоны на собственных «производственных мощностях».

К примеру, у нас в РФ средняя стоимость за один кубический сантиметр сделанной трехмерной продукции равна 30 рублям, но, снова же, стоит обмолвиться — почти все находится в зависимости от размера заказа, применяемого материала и технологии, по которой будет печататься модель.

На данный момент разработка 3D-печати в медицинских учреждениях позволяет создавать примитивные органы, в которых полимеры заменены обыкновенными выращенными клеточками, а роль клея, соединяющего их, делает особый биогель, растворяющийся после сращивания клеток. Кто знает, может через пару лет 3D-принтеры научаться печатать не только лишь модели, но и настоящие людские органы, готовые к трансплантации.

1.2 Назначение 3D-принтера

Устройства, подобные разрабатываемому, предназначены для физического воплощения трёхмерных виртуальных объектов. В качестве наиболее простого примера устройство способно вырезать большинство простых геометрических фигур. Устройство также способно создавать, к примеру, макеты деталей для различных механизмов. При помощи этого устройства можно более наглядно представить внешний вид какого-либо механизма, так как чертежи не всегда дают полное представление.

До того как говорить о самой 3D-печати, следует чуть-чуть углубиться в теоретическую часть и осознать, зачем все это необходимо.

Во-первых, как было сказано ранее, трехмерная печать дозволяет в кратчайшие сроки сделать нужный макет — все же инженерам будет куда легче осознать, какой конкретно им необходимо будет сделать элемент конструкции, когда его можно будет пощупать и зрительно оценить.

Во-вторых, со сделанным макетом можно провести все нужные испытания еще до сотворения готовой продукции, что существенно удешевит создание и освободит от вероятных проблем. Например, необходимо проверить аэродинамику какой-нибудь детали, использующейся в новом каре — вместо многодневной работы готовый макет будет в руках инженеров уже через несколько часов, и дозволит измерить его базисные свойства на практике. Либо иной пример — строится дом, и необходимо стремительно и отменно сделать его четкий макет. Все что требуется, так это спроектировать здание в CAD-приложении и отдать 3D-принтеру выполнить всю трудную работу — строение в данном масштабе (в рамках разумного, естественно) будет готово всего через несколько часов.

3D-печать также можно использовать в малосерийном производстве при разработке форм для литья. Таким образом, у компании возникает возможность значительно сберегать как драгоценное время, так и ресурсы, стремительно и отменно создавая нужные макеты для собственных нужд.

1.3 Обзор существующих устройств подобного назначения

1) BFB 3000. Возможность создания цветных 3хмерных объектов при помощи струйной технологии (рис.1.1). Размер рабочей зоны (X) 230 мм. Размер рабочей зоны (Y) 275 мм. Размер рабочей зоны (Z) 200 мм. Толщина слоя (макс.) 50 мкм. Скорость 10 мм/ч. Недостатки — небольшие габариты производимых деталей, высокая стоимость — около 4000$.

Рисунок 1.1 — Внешний вид 3D-принтера BFB 3000

2) ZPrinter450. 3D-принтер ZPrinter450 (рис. 1.2) — это новейшая модель компании ZCorp, выпущенная на потребительский рынок в 2007 году. 3D-принтер ZPrinter450 вобрал в себя самое лучшее от предыдущих моделей и стал более лёгким и простым в использовании. Главным преимуществом данного принтера является то, что он способен создавать цветные объекты. Принтер оснащён двумя печатающими головками. Толщина слоя: выбирается пользователем во время печати; 0.089-0.102 мм. Скорость печати: 2 — 4 слоя в минуту. Недостатки — большие габариты и вес (Габариты оборудования — 122 х 79 х 140см. Вес оборудования — 193 кг). Высокая стоимость — 56 489 $.

Рисунок 1.2 — Внешний вид 3D-принтера ZPrinter450

3) 125 ci. Модель 125 ci (рис. 1.3) может воспроизводить модели с габаритами 12,7 х 12,7 х 12,7 см. Кубический сантиметр материала для создания модели обойдется покупателям примерно в 5-6 центов. Построение модели производится путем формирования слоев толщиной порядка 0,25 мм. Изготовление деталей осуществляется с помощью мощной галогенной лампы и системы линз для направления ультрафиолетового пучка на нужный участок исходного материала. Сырьем для деталей служит порошковый светотвердеющий пластик. Габариты самого принтера составляют 63,5 х 50,8 х 50,8 см. Высокая стоимость стоимость — 5000$. Маленькие габариты производимых деталей. Низкое качество печати.

Рисунок 1.3 — Внешний вид принтера 125 ci

4) Connex500 (рис 1.4). Области построения (X x Y x Z) 490 х 390 х 200 мм. Толщина слоя (ось Z) 16 мкм. Возможность построения тонких стенок до 0.6 мм.

Рисунок 1.4 — Внешний вид принтера Connex500

Одновременное изготовление большого количества деталей из одного или нескольких материалов. Скорость построения до 20мм в час. Возможность одновременной печати различными материалами. Большие габариты и вес -1420мм х1120мм х1130мм и 500 кг соответственно. Высокая стоимость.

На основании результата сравнения аналогичных устройств можно сделать вывод, что разрабатываемое устройство, по сравнению с аналогами имеет такое важное преимущество как стоимость. Кроме того, разрабатываемый принтер более прост, а следовательно более надёжен, имеет высокую ремонтопригодность и прост в обращении.

2. Специальная часть

2.1 Разработка схемы устройства

2.1.1 Технические условия на проектирование

3D-принтер предназначен для физического воспроизведения трёхмерной виртуальной модели. Для передачи сигналов используется LPT-интерфейс. Применение данного интерфейса обусловлено большим количеством команд, передающихся одновременно. Питание схемы и шаговых двигателей также осуществляется при помощи LPT-порта. Этот разъем соединяют стандарт-ным кабелем LPT, который обычно используют для подключения принтеров и сканеров.

2.1.2 Разработка структурной схемы 3D-принтера

Структурная схема устройства представлена в приложении А. По правилам выполнения электрических схем (ГОСТ 2702 — 75) функциональные части изображаются в виде прямоугольников, в которых указаны наименования каждой функциональной части.

На схеме показаны ПК, контроллер, блок питания, режущий термоэлемент, драйвер шагового двигателя, преобразователь напряжения, три шаговых двигателя, три датчика.

Структурная схема 3D-принтера включает в себя следующие блоки:

— компьютер — с помощью специальной программы управляет устройством;

— контроллер — формирует команды для драйверов шаговых двигателей;

— драйвер шагового двигателя — обрабатывает и передаёт сигналы на шаговые двигатели;

— блок питания — служит источником переменного тока;

— режущий термоэлемент — удаляет лишние фрагменты заготовки;

— преобразователь напряжения — преобразует 12 В до 5 В;

— шаговый двигатель X — приводит в движение каретку X координаты;

— шаговый двигатель Y — приводит в движение каретку Y координаты;

— шаговый двигатель Z — приводит в движение каретку Z координаты;

— датчик 0X — микропереключатель, определяет начальную точку в X координате;

— датчик 0Y — микропереключатель, определяет начальную точку в Y координате;

— датчик 0Z — микропереключатель, определяет начальную точку в Z координате.

2.1.3 Разработка принципиальной схемы 3D-принтера

Рассмотрим принципиальную схему (Приложение Б). Её основу составляет микросхема SMA7029M. SMA7029M является драйвером шагового двигателя, производства фирмы Motorola. Драйвер шагового двигателя способен работать в двух режимах: полушаг и полный шаг. Поскольку шаг двигателя составляет 7,5 градусов, то режим работы полного шага полностью удовлетворяет предъявляемые требования.

Режим работы полного шага представляет собой несколько упрощенный режим работы полушага. Таблица входных и выходных сигналов для режима полного шага приведена в таблице

Таблица 2.1 — Таблица логики работы SMA7029M в режиме полного шага.

Часто задаваемые вопросы по шаговым двигателям (FAQ)

Вопрос: Что такое шаговый двигатель и для чего он?

Ответ: Шаговые двигатели — это устройства, задача которых преобразование электрических импульсов в поворот вала двигателя на определенный угол. В отличие от обычных двигателей, шаговые двигатели имеют особенности, которые определяют их свойства при использовании в специализированных областях: управляя шаговым двигателем с помощью специального устройства (драйвер шагового двигателя), можно поворачивать его вал на строго заданный угол. Это позволяет применять его там, где требуется высокая точность перемещений. Наглядные примеры это принтеры, факсы, копировальные машины, станки с ЧПУ (Числовое программное управление), фрезерные, гравировальные машины, модули линейного перемещения, плоттеры, установщики радиоэлектронных компонентов. Шаговый двигатель является бесколлекторным двигателем постоянного тока. Как и другие бесколлекторные двигатели, шаговый двигатель высоконадежен и при надлежащей эксплуатации имеет длительный срок службы. Далее: подробно о строении шагового двигателя

Вопрос: Какие достоинства у шаговых двигателей?

Ответ: Достоинства истекают из особенностей конструкции: — Шаговый двигатель может обеспечить очень точное перемещение на заданный угол, причем без обратной связи — поворот ротора зависит от числа поданных импульсов на устройство управления; — высокая точность позиционирования и повторяемость, так качественные шаговые двигатели имеют точность не хуже 5% от величины шага, при этом данная ошибка не накапливается; — хорошая надежность двигателя, обусловленная отсутствием щеток, при этом срок службы двигателя ограничивается лишь ресурсом подшипников; — обеспечивает получение сверхнизких скоростей вращения вала без использования редуктора; — работа в широком диапазоне скоростей, т.к. скорость напрямую зависит от количества входных импульсов. Недостатки — шаговый двигатель подвержен резонансу; — может пропустить шаги и реальная позиция вала окажется рассинхронизирована с позицией, заданной в управляющей системе — низкая удельная мощность шагового привода; — потребляемая энергия не уменьшается при отсутствии нагрузки; — малый момент на высоких скоростях;

Вопрос: Какие бывают шаговые двигатели?

Ответ: Шаговых двигателей существует множество разновидностей. В настоящее время 95% всех шаговых двигателей — гибридные. В зависимости от конфигурации обмоток двигатели делятся: а)Биполярный — имеет четыре выхода, содержит в себе две обмотки. б)Униполярный — имеет шесть выходов. Содержит в себе две обмотки, но каждая обмотка имеет отвод из середины. в)Четырехобмоточный — имеет четыре независимые обмотки. Можно представлять его как униполярный, обмотки которого разъединены, а если соединить соседние отводы — получим биполярный двигатель.

В зависимости от типа электронного коммутатора управление шаговым двигателем может быть: однополярным или разнополярным; симметричным или несимметричным; ·потенциальным или импульсным. При однополярном управлении напряжение каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от -U до +U. Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное.

Вопрос: Корпус у меня не разборный, а хочется посмотреть что внутри!

Ответ: Внутри находятся обмотки, зубчатый ротор и несколько подшипников. Не стоит разбирать рабочий двигатель. Ротор устанавливается с малым зазором, кроме того, система ротор-статор образует замкнутый магнитопровод, который намагничивается в собранном состоянии, и двигатель после разборки теряет существенную часть момента.

Вопрос: На какой минимальный угол может повернуться шаговый двигатель?

Ответ: Большинство моделей имеет 200 шагов на оборот, т.е. 1.8 градуса на шаг. Также производятся и можно заказать у нас двигатель с шагом в 0.9 градуса(400 шагов на оборот). Существует также возможность использования микрошагового режима, который позволяет делить шаг без потери точности на 8-10 микрошагов. Это означает, что для двигателя с шагом 0.9 градуса минимальным угла поворота будет примерно 0,09 град = 5.4 угловых минуты. Существуют также драйверы, которые могут делить шаг на 256 и даже 512 микрошагов. Но практическое значение таких делений невелико — во-первых, для совершения каждого микрошага требуется подать отдельный импульс STEP, соответственно, требуется очень высокая частота импульсов, во-вторых, точность перестает расти уже после деления шага на 10-16 частей. Единственным применением таких режимов остается повышение плавности хода двигателя.

Вопрос: Какие существуют программы для работы с шаговыми двигателями?

Ответ: Их существует множетсво как перемещение на определенный шаг, так для трехмерного использования. Могут управлять от одного до шести двигателей. Например MACH3, LinuxCNC, Turbocnc, NC Studio.

Вопрос: Как можно повысить точность вращения вала шагового двигателя?

Ответ: Есть режим дробления шага (микрошаг) реализуется при независимом управлении током обмоток шагового электродвигателя. Управляя соотношением токов в обмотках можно зафиксировать ротор в промежуточном положении между шагами. Таким образом можно повысить плавность вращения ротора и добиться высокой точности позиционирования. Однако, деление шага не всегда приводит к увеличению точности. Погрешность установки вала всегда равна указанному производителем значению (обычно 5% от полного шага), вне зависимости от микрошага. Кроме того, точность установки снижается, если ток в одной из обмоток близок к нулю. В результате точность увеличивает деление шага до примерно 8-10 микрошагов (деление 1/8 или 1/10). Большие значения приводят лишь к увеличению плавности хода.

Вопрос: Что означают характеристики шагового двигателя — ток, индуктивность, напряжение и т.п.?

Ответ: Все характеристики двигателя находятся в тесной взаимосвязи и определяют главную — кривую зависимости крутящего момента от скорости. Рассматривать влияение характеристик надо для двигателей одного размера. Момент удержания — пиковое значение крутящего момента двигателя — зависит от тока и индуктивности обмотки. Чем больше индуктивность, тем больший момент удержания можно развить, но тем больше требуется напряжение питания на высоких скоростях, чтобы преодолеть индуктивное сопротивление и закачать нужный ток в обмотку. Ток обмотки также определяет выбор драйвера шагового двигателя. Напряжение питания обмотки равно U = I*R, номинальному току обмотки умноженному на напряжение и показывает, какое постоянное напряжение надо подать на обмотку, чтобы получить номинальный ток и, соответственно, момент удержания. Величина напряжения используется при выборе драйвера и характеристик источника питания.

Вопрос: Какой шаговый двигатель лучше, А или Б?

Ответ: Этот вопрос неоднозначен, но все же дадим пару рекомендаций. Как правило, ориентироваться надо не на момент удержания, а на индуктивность. Лучше работают те двигатели, у которых индуктивность меньше — большинство задач требуют момента на высоких скоростях, и малая индуктивность требует меньшего напряжения питания. Нормальной индуктивностью можно считать 2-5 мГн для двигателей NEMA23 (фланец 57 мм), 4-6 мГн для двигателей NEMA34 (фланец 86 мм). Если А и Б — двигатели разного размера, смотрите кривую зависимости момента от скорости — чем она более пологая, тем лучше. См. более подробный алгоритм выбора шагового двигателя.

Вопрос: Что такое драйвер управления шаговым двигателем?

Ответ: Драйверы шаговых двигателей используются для управления биполярными и униполярными шаговыми двигателями с полным шагом, половинным и микрошагом. Они действуют как посредники между компьютером и двигателем и должны подбираться по напряжению и уровню мощности, типу сигнала (аналоговый и цифровой). Тип двигателя является самым важным фактором при выборе драйвера. В униполярном или биполярном двигателе ток проходит только в одном направлении по обмотке. Биполярные шаговые двигатели имеют две обмотки через которые ток проходит поочередно. Шаговые двигатели с полным шагом приводятся в движение благодаря изменениям магнитного поля относительно ротора. Полушаговые двигатели в свою очередь действуют также, как двигатели с полным шагом однако угловое перемещение ротора составляет половину шага полношагового двигателя. На каждый второй шаг запитана лишь одна фаза, а в остальных случаях запитаны две. В результате угловое перемещение ротора составляет половину угла. Микрошаговые или минишаговые двигатели отличаются дискретным числом угловых перемещений угловых положений между каждым полным шагом. В драйверах минишаговых и микрошаговых двигателей используются электронные методы улучшения позиционного решения системы управления. Драйверы шаговых двигателей отличаются по электрическим характеристикам, параметрам управления, размерам и техническим характеристикам. Электрические характеристики включают в себя максимальное напряжение на входе, номинальную мощность, силу тока на выходе, максимальная сила тока на выходе, питание переменным и постоянным током. Драйверы для шаговых двигателей могут быть однофазными или трех фазными с частотой в 50, 60, или 400 Гц. Параметры управления включают в себя особенности установки и управления. В некоторых драйверах используются ручные средства управления типа кнопок, DIP-переключателей или потенциометров. В других используются джойстики, цифровые пульты управления, компьютерные интерфейсы, или слоты для карт PCMCIA (Международная ассоциация производителей карт памяти для персональных компьютеров). Программы контроля могут быть сохранены на передвижных, энергонезависимых носителях данных. Переносные блоки управления разработаны для управления с удаленных точек. Также доступно беспроводное и WEB управления. Форма драйверов позволяет сборку модуля в нескольких конфигурациях. Большинство устройств могут монтироваться на шасси, контактные DIN рельсы, панели, стойки, стены или печатные платы (PCB). Также возможна установка автономных устройств и интегральных микросхем, которые монтируются на печатные платы. Особенности драйверов: подавление резонанса; вспомогательные входы/выходы (I/O); мягкий старт; автонастройка, самодиагностика и проверка состояния; а так же сигнализация в таких случаях как перенапряжение. В драйверах используют много различных типов шин и коммуникационных систем. Шинные типы: (ATA), (PCI), (IDE), (ISA), (GPIB), (USB) и (VMEbus). Коммуникационные стандарты: ARCNET, AS-i, Beckhoff I/O, CANbus, CANopen, DeviceNet, Ethernet, (SCSI) и (SDS). Также доступно большое количество последовательных и параллельных интерфейсов. Соответствующая статья поможет подобрать драйвер биполярного двигателя для станка с ЧПУ.

Вопрос: Как узнать, подходит ли двигатель А к драйверу Б

Ответ: Чтобы это узнать, сделайте следующее: 1) проверьте, может ли драйвер выдавать ток фазы, равный(или примерно равный)току, указанному производителем двигателя. Если ток драйвера заметно меньше тока фазы двигателя — драйвер не подходит. 2) Вычислите максимальное напряжение питания двигателя по формуле Umax = 32 * sqrt (L), где L — индуктивность обмоток двигателя в миллигенри(указывается производителем). Желательно, чтобы максимально допустимое напряжение питания драйвера было примерно равно этому значению, или было немного больше. Если это условие не выполняется, то скорее всего двигатель вращаться будет, но больших скоростей достичь не удастся. Пример:подходит ли драйвер PLD545-G3 для двигателя PL86H151? Ток обмотки двигателя — 4.2 А, ток, выдаваемый драйвером — до 5А, первое условия выполнено. Индуктивность двигателя — 12 мГн, по формуле получаем Umax = 32 * sqrt(12) = 110 Вольт. Максимальное напряжение питания драйвера — 45 Вольт. Это означает, что двигатель будет отдавать момент только на низких оборотах, а для получения качественного движения необходимо использовать или драйвер с напряжением питания до 80 Вольт(например, PLD86 или PLD880), или двигатель с меньшей индуктивностью.

Вопрос: У меня перегревается двигатель, что делать?

Ответ: Для начала надо определить, действительно ли двигатель перегревается. Многие воспринимают рабочую температуру двигателя как перегрев, потому что её «не терпит рука», тогда как нагрев в 80 градусов — нормальное явления для шагового двигателя. Поэтому необходимо замерить реальную температуру. Если она меньше 80 градусов — беспокоиться не стоит. Если больше — первое, что необходимо проверить, это выставленный рабочий ток на драйвере. Он должен соответствовать номинальному току двигателя. Также можно использовать функцию снижения тока обмоток в режиме удержания. К снижению нагрева приводит также снижение питающего напряжения, однако, и момент тоже снизится. Если нет возможности жертвовать динамикой двигателя, остается единственный способ — установить на корпус ШД радиатор и/или вентилятор.

Вопрос: Шаговый двигатель постоянно пропускает шаги. Что делать?

Ответ: Пропуск шагов — самая неприятная проблема у шаговых приводов. Причин может быть множество. В порядке убывания распространенности:

  • Некачественный блок управления двигателем. Не стоит недооценивать сложность управления шаговым двигателем. Разница в работе драйвера Leadshine и кустарной поделки — очень велика. Особенно это заметно при работе в области резонанса.
  • Неверные настройки драйвера. Неверно выбранное напряжение питания, ток — могут приводить к пропуску шагов. Проверьте все настройки еще раз.
  • Двигатель перегружен. Нагрузка на двигатель слишком велика. Снизьте скорость или поставьте двигатель побольше.
  • Механическая часть(направляющие, передачи) подклинивает
  • Бракованный двигатель. Прозвоните обмотки, проверьте их сопротивление(должно совпадать с паспортным). Проверьте вращение вала рукой — при разомкнутых обмотках вал отключенного двигателя должен вращаться легко и беззвучно, при замкнутых накоротко вал крутиться не должен.
  • Дребезг на контактах управляющих сигналов STEP/DIR
  • Проблемы с генерацией сигналов STEP/DIR. Это целое отдельное семейство проблем, которое достойно отдельного обсуждения.
  • Иногда за пропуск шагов принимают проскальзывание шестерни на валу или муфты, соединяющей вал двигателя с винтом передачи
Читать еще:  Чем заменить двигатель крота
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector