Подключение шагового двигателя принтера

Управление Ардуино шаговым двигателем от принтера

В этом уроке вы узнаете, как управлять с помощью Ардуино шаговым двигателем, который был взят от старого принтера.

Шаг 1. Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель состоит из двух основных частей: ротора и статора.

Ротор является частью двигателя, который фактически вращается и обеспечивает работу. Статор представляет собой неподвижную часть двигателя, в котором размещается ротор. В шаговом двигателе ротор представляет собой постоянный магнит. Статор состоит из нескольких катушек, которые действуют как электромагниты, когда через них проходит электрический ток. Электромагнитная катушка заставит ротор выровняться вместе с ним при зарядке. Ротор приводится в движение путем чередования тока на катушках, протекающий через них.

Шаговые двигатели имеют ряд преимуществ. Они дешевы и просты в использовании. Когда ток не поступает в двигатель, ничего не происходит. Шаговые двигатели также могут вращаться без ограничений и изменять направление в зависимости от установленной полярности.

Шаг 2: Список деталей

Необходимые детали для проекта Ардуино шагового двигателя:

  • Шаговый двигатель (этот двигатель был взят от старого принтера)
  • Arduino
  • Изолированный медный провод
  • Проволочные резаки / стрипперы
  • Регулятор тока
  • транзистор
  • драйвер двигателя H-Bridge 1A
  • моторный шилд
  • паяльник
  • припой
  • инструменты
  • безопасные очки

Шаг 3: Присоединяем провода

Большинство шаговых двигателей имеют четыре провода, поэтому вам нужно будет обрезать четыре медных провода (обратите внимание, что цвет не коррелирует с чем-либо конкретным (обычно есть правило, что черный — это земля, но не сейчас). Различные цвета были использованы только для облегчения понимания. Эти выводы будут использоваться для управления, какая катушка в настоящее время активна в двигателе. Для этого проекта Ардуино шаговый двигатель был взят от старого принтера, поэтому пайка проводов была самым простым вариантом для этого проекта. В любом случае, вы можете безопасно установить соединение (пайка, штекер, клипы).

Шаг 4: Эскиз/скетч Arduino

Arduino уже имеет встроенную библиотеку для шаговых двигателей. Просто перейдите в меню:

Файл → Примеры → Шаговые → stepper_oneRevolution
File → Examples → Stepper → stepper_oneRevolution

Затем вам нужно изменить переменную stepsPerRevolution, чтобы она соответствовала вашему конкретному двигателю. После просмотра номера деталей двигателей в Интернете наш конкретный двигатель был рассчитан на 48 шагов для завершения одного оборота.

То, что на самом деле делает библиотека Stepper — чередует сигналы HIGH и LOW для каждой катушки, как показано в анимации выше.

Шаг 5: Что такое мост H-bridge?

H-Bridge — схема, состоящая из 4 переключателей, которые могут безопасно управлять двигателем постоянного тока или шаговым двигателем. Эти переключатели могут быть реле или (чаще всего) транзисторами. Транзистор представляет собой твердотельный переключатель, который можно закрыть, посылая небольшой ток (сигнал) на один из его контактов.

В отличие от одного транзистора, который позволяет вам контролировать скорость двигателя, H-мосты позволяют вам также контролировать направление вращения двигателя. Он делает это, открывая различные переключатели (транзисторы), чтобы ток тек в разных направлениях и, таким образом, изменяя полярность на двигателе.

H-Bridges может помочь вам предотвратить перегорания вашего Arduino моторами, которыми вы пользуетесь. Двигатели являются индукторами, а это означает, что они хранят электрическую энергию в магнитных полях. Когда ток больше не посылается двигателям, магнитная энергия возвращается в электрическую энергию и может повредить компоненты. H-Bridge помогает изолировать ваш Arduino лучше всего. Вы не должны подключать двигатель непосредственно к Arduino.

Хотя H-Bridges можно легко сделать самому многие предпочитают покупать H-Bridge (например, чип L293NE / SN754410) из-за удобства. Это чип, который мы будем использовать в этом уроке. Физические номера контактов и их назначение ниже:

  • Пин 1 (1, 2EN) → Мотор 1 Включен/Выключен (HIGH/LOW)
  • Пин 2 (1A) → Мотор 1 логический выход 1
  • Пин 3 (1Y) → Мотор 1 терминал 1
  • Пин 4 → Земля
  • Пин 5 → Земля
  • Пин 6 (2Y) → Мотор 1 терминал 2
  • Пин 7 (2A) → Мотор 1 логический выход 2
  • Пин 8 (VCC2) → Питание для двигателей
  • Пин 9 → Мотор 2 Включен/Выключен (HIGH/LOW)
  • Пин 10 → Мотор 2 логический выход 1
  • Пин 11 → Мотор 2 терминал 1
  • Пин 12 → Земля
  • Пин 13 → Земля
  • Пин 14 → Мотор 2 терминал 2
  • Пин 15 → Мотор 2 логический выход 2
  • Пин 16 (VCC1) → Питание для H Bridge (5В)

Шаг 6: Схема соединения

Схема соединения нашего проекта Ардуино шагового двигателя ниже.

Для шагового двигателя Ардуино 4 вывода на H-Bridge должны подключаться к 4 выводам двигателя. Затем 4 логических вывода подключаются к Arduino (8, 9, 10 и 11). Как показано на диаграмме выше, для питания двигателей можно подключить внешний источник питания. Чип может обрабатывать внешний источник питания от 4,5 до 36 В (мы выбрали батарею 9В).

Шаг 7: Загрузка кода и тестирование

Загрузите свой код в Ардуино. Если вы запустите свой код и все сработает так, как ожидалось, это потрясающе! Если провода вставлены в неправильные контакты, двигатель просто вибрирует, а не полностью вращается. Играйте со скоростью и направлением двигателя, как сочтете нужным.

На этом всё, теперь у вас должен быть рабочий шаговый двигатель Arduino. То, что вы сделаете дальше, зависит только от вас.

Сборка 3D принтера своими руками. Подключение драйверов, шаговых двигателей, экструдера

Принцип сборки 3D принтера на других платах управления, таких как Creality 4.2.7, MKS Gen L, Lerged и других, аналогичен описанному т.к. основные узлы остаются неизменными. Схема подключения обычно указана в спецификации.

Для окончательной сборки 3D принтера, по мимо подключения всей электроники и заливки прошивки Вам понадобиться собрать корпус имеющий разные конструкции, сейчас продаются уже готовые комплекты нарезанные и подогнанные на заводе, схема сборки указана в инструкции. Корпус в свою очередь имеет основные узлы: рама, стол 3D принтера и направляющие для него, рельсы для экструдера, ремни и шкивы для обеспечения движения экструдера, либо экструдера и стола 3D принтера.

Сборка рамы, электроники и экструдера описана в ролике:

Содержание:

1.1. Необходимые комплектующие

1.2.1 Установка радиаторов на чипы драйвера шагового двигателя

1.2.2 Подключение перемычек в соответствующие места

1.3 Подключение части платы управления

1.3.1 Подключение драйвера шагового двигателя (A4988 ) к Ramp1.4

1.3.2 Подключение двигателей и концевых выключателей

1.3.3 Подключение Ramps1.4 к основной плате

1.4 Подключение двигателей и концевых выключателей

1.4.1 Подключение шаговых двигателей

1.4.2 Подключение экструдера

1.4.3 Подключение концевых выключателей

1.5 Подключите кабели питания

1.1. Необходимые комплектующие для сборки электроники.

  • Плата Ramps 1 .4 х 1 шт.
  • Arduino МЕ GA 2560 (можно использовать китайский аналог) – 1 шт.
  • Драйвер шагового двигателя (А4988 ) — 4 шт.
  • LCD дисплей — 1 шт.
  • шлейфы и адаптера для подключения LCD дисплея
  • радиаторы для драйверов шаговых двигателей — 4 шт.
  • Экструдер в сборе. Список комплектующих можно посмотреть выше.

Arduino МЕ GA 2560 (можно использовать китайский аналог). Главным образом будет эксплуатироваться, как микроконтроллерная плата вашего 3 D -принтера.

R а mps 1.4 – короткий «шилд » для А rduin о mega. У него присутствует открытый исходный код и сам он сконструирован, как шилд 3 D -принтера. Более подробную информацию о нем ищите на R е pRa р W iki

LCD дисплей с ручным управлением. К Ramps 1.4 подключается с помощью специального адаптера.

Более подробная информация на RepRap Wiki

Адаптер для подключения LCD дисплея

Драйвер для шагового двигателя

Радиатор для шагового двигателя

1.2 Подготовка

1.2.1 Устанавливаем радиаторы на чипы драйвера шагового двигателя

  • Отрезаем ленту по размеру, идентичному размеру радиатора
  • Клеим ленту на радиатор
  • Хорошо крепим радиатор на чип А 4988

Подключаем перемычки к своим местам

Подключаем составляющие платы управления

1.3.1 Подключаем драйверы шагового двигателя А4988 к R а mp 1.4

Действие 1. Подключаем модуль драйвера двигателя А4988 на Ram р 1.4, как указано ниже

(ВНИМАНИЕ противоположное действие приведет к короткому замыканию)

Действие 2. Подключаем еще четыре модуля на плату, убедившись, что «пины » вставлены в свои порты.

1.3.2. Подключение двигателей и концевых выключателей

Требуемые детали см. на нижней картинке

Действие 1. Подключаем умный адаптер.

Действие 2. Подключаем другой конец к L С D -модулю.

Действие 3. Подключаем L С D -адаптер к Ram р 1.4

Действие 4. Еще раз проверяем к своим ли портам присоединены модули

1.3.3 Подключение основных модулей к Ram рs1.4

Действие 1. Устанавливаем R а mps 1.4 по верх Arduino Mega 2560 совместимой платы, неспеша, чтобы не поломать «пины » на плате.

Действие 2. Перепроверяем надежность и правильность соединений.

Сборка основной платы завершена. Теперь необходимо произвести присоединение проводов двигателя, концевого выключателя и силовых кабелей.

1.4 Подключение двигателей и концевых выключателей

Кабели двигателей подключаются в определенном порядке: красный, синий, зеленый, черный.

Запомните расположение X, Y, Z двигателей и каждый концевой выключатель. Проявляйте внимательность, чтобы не перепутать ограничитель.

1.4.1 Подключение 4 шаговых двигателей

Действие 1. Подсоединяем Х-двигатель к разъему с маркировкой Х. Убеждаемся в том, что красный кабель находится ближе остальных клеммам на Ramps -плате (очередность проводов слева на право: красный, синий, зеленый, черный).

Действие 2. Подсоединяем двигатель Y на Ramps разъем с маркировкой Y . Убеждаемся в том, что красный кабель находится ближе всего к зеленым винтовым клеткам на R а mps плате (очередность проводов слева направо: красный, синий, зеленый, черный)

Действие 3. Проверяем 2-х рядную область заголовка вокруг Z -драйвера двигателя на Ra mps плате. У него может быть соединения с двумя Z -двигателями.

Действие 4. Соединяем 2 Z -двигателя с разъемами, значащимися в предыдущем действии. Убеждаемся в том, что красный кабель находится ближе всего к зеленым винтовым клеткам на R а mps -плате (очередность проводов слева направо: красный, синий, зеленый, черный).

Читайте также  Покраска авто раптором цвета

1.4.2. Подключение экструдера

Проверяем все компоненты экструдера.

Действие 1. Соединяем двигатель экструдера и разъем с маркировкой Е0. Убеждаемся в том, что красный кабель ближе к зеленым винтовым клеткам на R а mps -плате (очередность проводов слева направо: красный, синий, зеленый, черный).

Действие 2. Красные провода, от трубки нагрева экструдера (их 2) не имеют полюсов. Необходимо присоединить провод к D 10 и убедиться в том, что провод зажат винтом, иначе будет полностью отсутствовать нагревание трубки.

Действие 3. У питающих проводов экструдера тоже отсутствуют полюса.

1.4.3 Подключение концевых выключателей

Примечание: Концевые выключатели должны быть подключены к «пинам » на плате (зона « S » и « -»).

Действие 1.Присоединяем Х Е ndsto р к разъему с маркировкой Х+ (зона « S » и « -» на плате подключать можно в любой очередности).

Действие 2. Присоединяем Y Е ndstop к разъему с маркировкой Y

Действие 3. Присоединяем Z Е ndstop micr о-переключатель к разъему с маркировкой Z -.

Действие 4. С особым вниманием проконтролируйте очередность подсоединения ограничителя Х/У/ Z к Х+/У-/ Z -.

Если очередность соединения будет нарушена, аппарат не сможет остановить движение, возвращаясь к нулевой отметке ( Z Е RO ). Если же такое произойдет, следует проверить правильность подключения.

1.5 Подключаем кабели питания

Перед подключением стоит обратить внимание на положительный и отрицательный полюса.

Действие 1. Подключаем оба провода питания 12 В в нужные разъемы (положительным у нас будет красный провод, а черный – отрицательным).

Действие 2. Вторая группа проводов 12 В подключается, как показано на картинке снизу. Это производиться во избежание выгорания платы, соблюдая строгий порядок в отношении полюсов.

Действие 3. Подключаем вентилятор экструдера в положении, указанном на картинке снизу (положительным у нас будет красный провод, а черный – отрицательным).

Быстрые движения под высоким напряжением, или почти вся правда об управлении шаговым мотором

Доброго вам времени суток, уважаемые гики и сочувствующие!

В этой публикации я хочу поделиться своим опытом управления. Точнее – управления шагами. А уж если быть совсем точным, речь пойдёт об управлении замечательным устройством – шаговым электродвигателем.

Что же такое этот самый шаговый электродвигатель? В принципе, в плане функциональности этот мотор можно представить как обычный электромотор, каждый оборот вала которого разбит на множество одинаковых, точно фиксированных шагов. Перемещением на определённое количество шагов мы можем позиционировать вал шагового мотора с высокой точностью и хорошей повторяемостью. Каждый шаг можно разбить на множество ступенек (так называемый микростеппинг), что увеличивает плавность хода мотора, способствует подавлению резонансов, а также увеличивает угловое разрешение. Различия между полношаговым режимом (слева), 1/2 микростеппингом (в центре) и 1/16 микростеппингом (справа) видны невооружённым глазом:

К сожалению, все вышеупомянутые преимущества достигаются ценой значительной сложности системы управления шаговым мотором (для простоты будем называть эту систему драйвером).
Теперь рассмотрим схему работы типичного шагового мотора:

Из этой картинки видно, что шаговый мотор в электрическом плане представляет собой два или более электромагнита, которые необходимо переключать в определённой последовательности для приведения ротора в движение.
Лирическое отступление: На настоящий момент существуют два основных типа шаговых моторов: униполярный и биполярный. Поскольку униполярные моторы имеют меньший крутящий момент и худшие скоростные характеристики, в данной публикации они рассматриваться не будут.
Итак, вернёмся к управлению биполярным мотором. Как это ни парадоксально звучит, но зачастую проще обсуждать общие принципы на конкретных примерах. В качестве примера мы возьмём шаговый мотор ST4118L1804-A производителя Nanotec. Почему именно этот мотор и производитель? Причина проста: по основным характеристикам это типичный представитель моторов типоразмера NEMA 17, широко применяющихся в радиолюбительской практике, и имеет к тому же довольно подробную техдокументацию (которая начисто отсутствует у китайских noname-моторов).

Основные характеристики данного мотора:
Рабочее напряжение 3,15 В
Рабочий ток 1,8 А
Активное сопротивление обмотки 1,75 Ом
Индуктивность обмотки 3,3 мГн
Момент удержания 0,5 Нм
Угловой размер шага 1,8° (200 шагов на один оборот ротора)

В данном случае самое главное — это правильная интерпретация данных. Применив закон Ома, выясняем, что производитель указал рабочий ток и напряжение для постоянного тока, протекающего через обмотки двигателя, без учёта индуктивности.
Проверка: I = U/R, или 1,8 А = 3,15 В/1,75 Ом. Всё сходится.
Какой же будет мощность рассеяния при питании обмоток постоянным током?
Всё просто: P=I x U, или 1,8 А х 3,15 В = 5,67 Вт. В полушаговом режиме возможна ситуация, когда ток течёт через обе обмотки мотора, соответственно рассеиваемую мощность нужно удвоить: 5,67 Вт х 2 = 11,34 Вт. Это достаточно много, и может привести к перегреву мотора. Эта же величина является минимальной мощностью блока питания для этого мотора. Обыкновенный 3D принтер имеет пять подобных моторов, соответственно для питания драйверов необходим источник питания с минимальной мощностью 11,34 Вт х 5 = 56,7 Вт. К этой цифре необходимо добавить электрическую мощность, превращённую мотором в кинетическую или потенциальную энергию при работе принтера. Точный расчёт этой мощности — дело достаточно сложное, на практике проще всего добавить 75% к рассчитанной тепловой мощности и на том завершить расчёты. Почему именно 75%? Дело в том, что обычный шаговый мотор способен совершить полезную работу на величину примерно 2/3 от максимальной тепловой мощности. В данном случае для создания какого-либо узла или устройства сначала подбирается подходящий мотор (например, по крутящему моменту), а после этого рассчитывается мощность блока питания.
Итоговая мощность блока питания для пяти шаговых моторов: 56,7 Вт х 1,75 = 99,225 Вт.
Конечно, на практике ни в одном любительском устройстве не используются моторы под максимальной нагрузкой, и реальная мощность потребления будет, скорее всего, намного ниже расчётной. Я же, как человек ленивый и скаредный, крайне не люблю делать одно и то же два раза, поэтому беру блок питания всегда с некоторым запасом (то есть, согласно вышеприведённым расчётам).
Теперь пришла пора приступить к определению минимально необходимого напряжения блока питания. К сожалению, этому параметру уделяется незаслуженно маленькое внимание в тематических публикациях. Почему этот параметр так важен? Дело в том, что при вращении ротора шагового мотора через катушки течёт переменный ток, ограниченный не только активным, но также и индуктивным сопротивлением обмоток.
Рассмотрим предоставленный производителем график зависимости крутящего момента нашего мотора от частоты вращения:

На графике присутствуют две линии, показывающие зависимость крутящего момента от частоты вращения для напряжения питания 24 В (красная линия) и 48 В (зелёная линия). Нетрудно заметить, что спад крутящего момента начинается примерно с 300 об/мин для 24 В и примерно с 600-700 об/мин для напряжения 48 В. При этом необходимо упомянуть, что производитель использует недоступные любителям дорогостоящие промышленные драйверы. Почему же так важно напряжение питания драйвера, если оно даже в случае питания от 12 В заведомо выше паспортной величины напряжения питания шагового мотора (3,15 В)? Дело в том, что шаговый мотор управляется током, а не напряжением, и именно источниками тока являются все современные драйверы. В идеальном случае драйвер обеспечивает заданный ток в обмотках двигателя вне зависимости от частоты вращения ротора, нагрузки, изменения температуры и других параметров. Это организовано за счёт работы ШИМ-регулятора, управляемого зачастую довольно сложными алгоритмами. Из технической документации нашего мотора видно, что для полного оборота ротору необходимо совершить 200 шагов, при 300 об/мин это составит 60 000 шагов в минуту, или 1000 шагов в секунду. Это, проще говоря, соответствует переменному току частотой 1 кГц. На этой частоте индуктивное сопротивление обмотки составит (R(L)=2π×F×L): 2π х 1 кГц х 3,3 мГн = 20,73 Ом. Какое же напряжение необходимо для обеспеченияя тока в 1,8 А при этом сопротивлении? Закон Ома не дремлет (U=IR): 1,8 А х 20,73 Ом = 37,31 В. Неудивительно, что выше частоты вращения 300 об/мин наблюдается спад крутящего момента: драйверу банально не хватает напряжения питания. Почему же при таком вопиющем недостатке питания (37 — 24 =13 В) спад не наступает при более низкой частоте вращения? Дело в том, что в современных драйверах используется мостовая схема выходных каскадов, что позволяет «удваивать» напряжение, прикладываемое к обмоткам мотора. То есть, теоретически драйвер способен приложить «виртуальные» 48 В к обмоткам при напряжении питания 24 В, что создаёт теоретический запас по напряжению 48 — 37 = 11 В. На практике же этот запас будет нивелирован потерями в драйвере, сопутствующих цепях и активным сопротивлением обмоток мотора (активное сопротивление обмоток присутствует постоянно, и даже несколько возрастает при нагреве мотора). При увеличении частоты вращения ротора свыше 300 об/мин пропорционально растёт частота импульсов и, соответственно, увеличивается индуктивное сопротивление обмотки. При питании от 24 В драйверу перестаёт хватать напряжения питания для поддержания тока в обмотках, и крутящий момент неуклонно снижается. То же самое происходит при питании драйвера от 48 В, но уже гораздо значительно позже, при частоте вращения 600-700 об/мин.
Итак, с мощностью и величиной напряжения блока питания всё ясно, теперь необходимо переходить к практической реализации универсального драйвера, способного как к филигранной работе при помощи крохотных NEMA 11, так и к сотрясению основ мира в паре с могучими NEMA 23. Какими же основными качествами должен иметь драйвер моей мечты?

Читайте также  Подключение 380 на 220

1. Высокое напряжение питания. Поскольку в техдокументации к моторам крайне редко указано максимальное напряжение питания, лучше будет ограничиться напряжением 48 В.
2. Важнейший параметр: высокий выходной ток. NEMA 23 имеют рабочие токи вплоть до 3,5 А, драйвер должен обеспечивать этот ток с запасом 30%. Путём нехитрых расчётов получаем максимальный рабочий ток около 4,5 А.
3. Простая и оперативная подстройка силы выходного тока.
4. Наличие микростеппинга, как минимум 1/8 шага
5. Наличие защиты от КЗ, перегрева, и т.д.
6. Небольшой размер, возможность крепления произвольного радиатора.
7. Исполнeние в виде интегральной схемы. XXI век на дворе!
8. Простая схема включения с минимальным количеством дискретных компонентов.
9. Низкая цена.

После множества бессонных ночей пятиминутного копания в Google выяснилось, что единственной доступной микросхемой драйвера с подходящими параметрами является TB6600HG. Покупка готового китайского драйвера на eBay показала, что не всё ладно в датском королевстве, далеко не всё. В частности, китайский драйвер отказался напрямую работать с выходами Arduino Due, и «завёлся» только через буферный преобразователь уровней. При работе с трёхамперной нагрузкой драйвер грелся и терял шаги десятками. Вскрытие пациента показало, что в нём не только была установлена микросхема предыдущего поколения (TB6560), а даже и термопаста не смогла найти себе места в списке компонентов. К тому же размерами и весом китайский драйвер наводил меня на мысли о моей молодости… о прошлом веке, если быть совсем точным. Ну нафиг, сказал во мне интеллигент в третьем поколении, мы сделаем свой драйвер, с преферансом и поэтессами. Если бы разработчики KiCAD видели, как я обращаюсь с их детищем, я разорился бы на одних только адвокатах:


С целью минимизации размеров была спроектирована четырёхслойная печатная плата. Этот факт, к сожалению, исключает её изготовление в домашних условиях. Посему на берлинской фирме LeitOn были заказаны 36 таких плат, каждая из которых обошлась в итоге около пяти евро. Часть этих плат были впоследствии выкуплены у меня собратьями по увлечению, и в итоге изготовление плат вышло не слишком накладным предприятием. Микросхемы TBB6600HG были заказаны на Aliexpress по 4 евро за штуку, остальные компоненты были заказаны на eBay, в пересчёте на один драйвер цена дискретных компонентов составила 2 евро. В качестве радиаторов были взяты пятисантиметровые отрезки П-образного алюминиевого профиля, пластиковые каркасы были отпечатаны на 3D принтере. Итого цена одного драйвера составила около 12 евро. Это справедливая цена за драйвер со следующими характеристиками:

Напряжение питания от 8 до 42 Вольт
Максимальный долговременный рабочий ток 4,5 Ампер, устанавливается потенциометром
Микростеппинг вплоть до 1/16 шага
Защита: КЗ, перегрев, низкое напряжение питания
Компактные размеры и низкий вес
Работа с уровнями входных сигналов от 3,3 до 5,5 вольт
Простая установка микростеппинга с помошью микропереключателей — к чёрту перемычки!

Готовые печатные платы:

Собранные и недособранные драйверы.

Видео работы драйвера в моём старом 3D принтере. Здесь трёхамперный NEMA 17 бодро гоняет подогреваемую рабочую площадку принтера размером 45 х 25 см через шестнадцатимиллиметровый шпиндель длиной 60 см:

Финальное фото: самодельные драйвера на своём рабочем месте в моём новом 3D принтере.

Публикуется под лицензией WTFPL

Управление шаговым двигателем

Шаговый двигатель это, как понятно из его названия, двигатель который вращается дискретными перемещениями . Достигается это за счет хитрой формы ротора и двух (реже четырех) обмоток. В результате чего, путем чередования направления напряжения в обмотках можно добиться того, что ротор будет по очереди занимать фиксированные значения.
В среднем, у шагового двигателя на один оборот вала, приходится около ста шагов. Но это сильно зависит от модели двигателя, а также от его конструкции. Кроме того, существуют полушаговый и микрошаговый режим , когда на обмотки двигателя подают ШИМованное напряжение, заставляющее ротор встать между шагами в равновесном состоянии, которое поддерживается разным уровнем напряжения на обмотках. Эти ухищрения резко улучшают точность, скорость и бесшумность работы, но снижается момент и сильно увеличивается сложность управляющей программы — надо ведь расчитывать напряжения для каждого шага.

Один из недостатков шаговиков, по крайней мере для меня, это довольно большой ток. Так как на обмотки напруга подается все время, а такого явления как противоЭДС в нем, в отличии от коллекторных двигателей, не наблюдается, то, по сути дела, мы нагружаемся на активное сопротивление обмоток, а оно невелико. Так что будь готов к тому, что придется городить мощный драйвер на MOSFET транзисторах или затариваться спец микросхемами.

  • Биполярный — имеет четыре выхода, содержит в себе две обмотки.
  • Униполярный — имеет шесть выходов. Содержит в себе две обмотки, но каждая обмотка имеет отвод из середины.
  • Четырехобмоточный — имеет четыре независимые обмотки. По сути дела представляет собой тот же униполярник, только обмотки его разделены. Вживую не встречал, только в книжках.

Где взять шаговый двигатель.
Вообще шаговики встречаются много где. Самое хлебное место — пятидюймовые дисководы и старые матричные принтеры . Еще ими можно поживиться в древних винчестерах на 40Мб, если, конечно, рука поднимется покалечить такой антиквариат.
А вот в трехдюймовых флопарях нас ждет облом — дело в том, что там шаговик весьма ущербной конструкции — у него только один задний подшипник, а передним концом вал упирается в подшипник закрепленный на раме дисковода. Так что юзать его можно только в родном креплении. Либо городить высокоточную крепежную конструкцию. Впрочем, тебе может повезет и ты найдешь нетипичный флопарь с полноценным движком.

Схема управления шаговым двигателем
Я разжился контроллерами шаговиков L297 и мощным сдвоенным мостом L298N.

  • На вход CW/CCW подаем направление вращения — 0 в одну сторону, 1 — в другую.
  • на вход CLOCK — импульсы. Один импульс — один шаг.
  • вход HALF/FULL задает режим работы — полный шаг/полушаг
  • RESET сбрасывает драйвер в дефолтное состояние ABCD=0101.
  • CONTROL определяет каким образом задается ШИМ, если он в нуле, то ШИМ образуется посредством выходов разрешения INH1 и INH2 , а если 1 то через выходы на драйвер ABCD. Это может пригодится, если вместо L298 у которой есть куда подключать входы разрешения INH1/INH2 будет либо самодельный мост на транзисторах, либо какая-либо другая микросхема.
  • На вход Vref надо подать напряжение с потенциометра, которое будет определять максимальную перегрузочную способность. Подашь 5 вольт — будер работать на пределе, а в случае перегрузки сгорит L298 , подашь меньше — при предельном токе просто заглохнет. Я вначале тупо загнал туда питание, но потом передумал и поставил подстроечный резистор — защита все же полезная вещь, плохо будет если драйвер L298 сгорит.
    Если же на защиту пофигу, то можешь заодно и резисторы, висящие на выходе sense выкинуть нафиг. Это токовые шунты, с них L297 узнает какой ток течет через драйвер L298 и решает сдохнет он и пора отрубать или еще протянет. Там нужны резисторы помощней, учитывая что ток через драйвер может достигать 4А, то при рекомендуемом сопротивлении в 0.5 Ом, будет падение напряжения порядка 2 вольт, а значит выделяемая моща будет около 4*2=8 Вт — для резистора огого! Я поставил двухваттные, но у меня и шаговик был мелкий, не способный схавать 4 ампера.

  • Управляющий контроллер L297
  • Силовой мост L298N
  • Силовой мост L293
  • Управляющий контроллер с интегрированным силовым мостом L6208
  • Сводная таблица микросхем управления шаговыми двигателями

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

201 thoughts on “Управление шаговым двигателем”

А можешь посоветовать шаговик из тех, которые сейчас можно купить?
Я не знаю как у всех, но я д аже двухдюймовые флопики повыкидывал лет пять назад, а 5-ти дюймовых и в помине не было.

По продаваемым не в курсе. В нашей деревне их в продаже нету, а что там в Московии я даже не знаю.

Оппа, теперь самое время разбираться, что за шаговики у меня имеются по результатам годового потрошения CD-DVD ROM’ов. :)

А в сидюках/дивдюках вроде бы стоят обычные коллекторники+синхронный на шпиндель. Хотя могут быть и шаговики, но я не встречал ни разу.

Шаговики во многих CD/DVD приводах стоят — для таскания каретки с лазером (у меня минимум 3 таких экземпляра валяются). Но конструкция двигателя — как в трехдюймовых дисководах, для практического применения неудачная.

ну когда я расотрошил сиди ром там был безколлекторник + еще какойто на шпиндель
для безколлекторника я думаю применение в моделизме
http://forum.rcdesign.ru/index.php?showtopic=12183&st=560
может пригодится кому

http://forum.rcdesign.ru/index.php?showtopic=12183&st=560
может чем пригодится там модельный регултор хода
может управлять сдромным безколлекторником

работал с шаговыми движками на своей фирме.
ещё с нашими совеццкими и руссийскими.

сколько раз коротыш верещал на источниках — не счесть ) единственное оправдание — я про них ещё тогда ничего не знал и доков не имел. работал методом тыка…

всё хорошо, но нету обратной связи.

зы! от постоянных замыканий избавлялись частыми переключениями обмоток, когда надо было застопорить двигло.

. в смысле от постоянных замыкани? Как ты умудрялся его коротнуть? Одновременным замыканием ключей верхнего и нижнего плеча? Так там Dead Time надо ставить!

юзал четырёхконтактный.
помню, что если подавать на обмотки долгое время неизменный сигнал, то будет такое.
хотя потом, когда пришёл паспорт на движок, то там было сказано, что можно так стопорить его.

Долгая подача напруги на обмотки это его нормальный рабочий режим. Главное чтобы напряжение было номинальным.

Полезно, спасибо. Мне в свое время довелось раскурочить 8″ дисковод. Два шаговика лежат дожидаются своего часа. Так, что информация может пригодиться.

У меня этих дисководов полтора десятка штук!

Есть интересная статья по использованию шаговых двигателей
Журнал Современная электроника Октябрь 2004 г. стр. 46-47
Автор: Олег Пушкарев, Омск, конструкция на базе PIC16F84 и
драйвера — ULN2003A. (WWW.SOEL.RU)
Журнал очень рульный, советую почитать, статьи высылают
по почте, по запросу или подписка (в том числе бесплатная).

Еще одна задача — управление двигателем
постоянного тока на 24 в (12В), реверс,
управление скоростью. Есть буржуйская схема,
но без регулятора, могу тиснуть, схема из
стриммера, реверс-технология схемы.

кто знаком с драйвером шины ULN2804a b ULN2004a , какая разници между ними.

Кажется, один для КМОП, другой — для ТТЛ. Схема отличается только номиналом сопротивления от входного штырька до базы транзистора. В одном случае — 10ком (для КМОП), в другом — кажется, 1,5 ком, точно не помню. Ну, и входные уровни соответственно разные. В остальном — одинаково. Я сам года три назад выбирал, какие брать. А использую все же чаще ULN2003 (привычка, чтоли)…

У меня есть движок от древнего лазерного принтера. Двигатель фирмы CANON PM60-H418Z21B можно ли запустить таку вещь? Торчат из него по 3 провода с каждой обмотки. P.S. С шаговиками я делов не имел пока, но очень интересно.

Думаю без проблем. Судя по признакам это униполярный двигатель. Так что определяй где у него середина обмотки и дальше как я описал. Тока замерь сопротивление, чтобы узнать максимальный ток.

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:

Как запустить шаговый двигатель без электроники

Как запустить шаговый двигатель без электроники

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:

Как запустить шаговый двигатель без электроники

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.

Как запустить шаговый двигатель без электроники

Середину проводов нужно скрутить и спаять.

Как запустить шаговый двигатель без электроники

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

Как запустить шаговый двигатель без электроники

Как запустить шаговый двигатель без электроники

Подаем питание и двигатель начинает крутиться.

Как запустить шаговый двигатель без электроники

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

Как запустить шаговый двигатель без электроники

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

Собираем ЧПУ станок из принтера своими руками

Подробное изготовление ЧПУ из принтера, который сделать легко и недорого. Такой агрегат сможет выполнять различные функции. Об этом в нашем материале.

  • Приступаем к изготовлению
  • Создание самодельного станка
  • Электронные компоненты будущих станков

Здравствуйте, дорогие друзья! Сегодня мы расскажем Вам про то, как создать ЧПУ из принтера. Основной причиной того, что сейчас так часто в интернете предлагают переделать из принтера или сканеров самодельные устройства, является то, что многие современные периферийные устройства для ПК настолько сложны с функциональной точки зрения, что в переделанном виде позволяют создавать станки, способные выполнять удивительные задачи.

Приступаем к изготовлению

Чтобы начать изготавливать станок ЧПУ из старого принтера, вам потребуются некоторые запчасти, которые входят в струйные принтеры:

  • Приводы, шпильки, направляющие от принтера (желательно использовать несколько старых принтеров; принтеры необязательно должны печатать);
  • Привод от дисковода.
  • Материал для создания корпуса – фанера, ДСП и т.п.
  • Драйверы и контроллеры;
  • Материалы для крепежей.

Полученные станки с числовым программным управлением смогут выполнять различные функции. Всё, в конечном итоге, зависит от устройства, которое будет располагаться на выходе станке. Чаще всего из струйных принтеров делают фрезерный станок с ЧПУ, выжигатель (при помощи установки выжигателя на выходе устройства) и сверлильные машины для создания печатных плат.

Основой является деревянный ящик из ДСП. Иногда используют готовые, но не составит труда сделать го самостоятельно. Необходимо учесть, что внутри ящика будут располагаться электронные компоненты, контроллеры. Собирать всю конструкцию лучше всего при помощи саморезов. Не забывайте, что детали нужно располагать друг относительно друга под углом 90 градусов и крепить максимально прочно друг к другу.

Создание самодельного станка

Прежде, чем переделать принтеры или сканеры в мини станки, которые смогут выполнять фрезерные работы, следует максимально точно собрать раму конструкции и ее основные составляющие.

корпус станка чпу из принтера

На верхнюю крышку устройства требуется установить главные оси, которые являются важными компонентами среди всех профессиональных станков. Осей должно быть всего три, начало работы необходимо производить с крепления оси у. Для того чтобы создать направляющую используют мебельный полоз.

Отдельно отметим создание ЧПУ из сканера. Переделка этого устройства такая же, как и, если бы, под рукой был старый струйный принтер. В любом сканере, есть шаговые двигатели и шпильки, благодаря, которым и производится процесс сканирования. В станке нам пригодятся эти двигатели и шпильки, вместо сканирования и печати будет производится фрезерование, а вместо головки, которая перемещается в принтере, будет использоваться движение фрезерного устройства.

Для вертикальной оси, в самодельном ЧПУ нам пригодятся детали из дисковода (направляющая по которой перемещался лазер).

В принтерах есть так называемые штоки, именно они играют роль ходовых винтов.

Вал мотора должен быть соединен со шпилькой при помощи муфты гибкого типа. Все оси необходимо прикреплять к основаниям, выполненным из ДСП. В конструкциях такого типа фрезер перемещается исключительно в вертикальной плоскости, при этом сдвиг самой детали происходит по горизонтали.

Электронные компоненты будущих станков

Это является одним из самых важных этапов конструирования. Электроника самодельных машин является ключевым элементом управления всеми двигателями и самим процессом.

Работы, которые будут выполняться будущим станком и процессы, возникающие во фрезерном и сверлильном механизмах – очень разнообразны и точны, поэтому нам понадобиться надежный контроллер и драйвер.

Самодельная машина может функционировать на отечественных К155ТМ7, их нам понадобиться 3 штуки.

схема и внешний вид К155ТМ7

К каждому драйверу идут проводки от своей микросхемы (контроллеры независимы).

Шаговые двигатели в самодельном аппарате должны быть рассчитаны на напряжение, не превышающее 30-35 В. Часто случалось так, что при повышенной мощности, советские микросхемы-контроллеры перегорали.

Блок питания идеально подходит от сканера. Его нужно подсоединить к блоку к кнопке включения, контроллером и сами устройством (фрезер, дрель, выжигатель и так далее).

самодельный станок из 3-х струйного принтера

Главная плата управления (материнская плата для станка ЧПУ своими руками) должна быть подключена к персональному компьютеру или ноутбуку. Именно при помощи компьютера станок сможет получать четкие задания и превращать их в трехосевые движения, создавая конечные продукты. Идеальным будет программа Math3, которая позволяет создавать эскизы. Также отлично подойдут профессиональные программы для векторной графики.

Конечно, все зависит от вашей фантазии и прочности (грузоподъемности) корпуса и рамы. Однако, чаще всего ваш аппарат сможет разрезать фанеру толщиной менее 1,5 см, трехмиллиметровый текстолит или пластик.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: