6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое драйвер шаговых двигателей

Выбираем драйвер шагового двигателя

Шаговый двигатель — двигатель со сложной схемой управления, которому требуется специальное электронное устройство — драйвер.

Драйвер шагового двигателя получает на входе логические сигналы STEP/DIR, которые, как правило, представлены высоким и низким уровнем опорного напряжения 5 В, и в соответствии с полученными сигналами изменяет ток в обмотках двигателя, заставляя вал поворачиваться в соответствующем направлении на заданный угол. Сигналы STEP/DIR генерируются ЧПУ-контроллером или персональным компьютером, на котором работает программа управления типа Mach3, LinuxCNC или PureMotion.

Задача драйвера — изменять ток в обмотках как можно более эффективно. Поскольку индуктивность обмоток и ротор гибридного шагового двигателя постоянно вмешиваются в этот процесс, то драйверы весьма отличаются друг от друга своими характеристиками и качеством получаемого движения. Ток, протекающий в обмотках, определяет движение ротора: величина тока задает крутящий момент, его динамика влияет на равномерность и т. п.

Драйверы делятся по способу закачки тока в обмотки на несколько видов:

1. Драйверы постоянного напряжения. Эти драйверы подают постоянный уровень напряжения поочередно на обмотки. Результирующий ток зависит от сопротивления обмотки, а на высоких скоростях — и от индуктивности. Эти драйверы крайне неэффективны и могут быть использованы только на очень малых скоростях.

2. Двухуровневые драйверы. В драйверах этого типа ток в обмотке сперва поднимается до нужного уровня с помощью высокого напряжения, затем источник высокого напряжения отключается, и нужная сила тока поддерживается источником малого напряжения. Такие драйверы достаточно эффективны. Помимо прочего, они снижают нагрев двигателей. Их все еще можно иногда встретить в высококлассном оборудовании. Однако такие драйверы поддерживают только режим шага и полушага.

3. Драйверы с ШИМ. На текущий момент ШИМ-драйверы шаговых двигателей наиболее популярны. Практически все представленные сейчас на рынке драйверы как раз этого типа. Эти драйверы подают на обмотку шагового мотора ШИМ-сигнал очень высокого напряжения, которое отсекается по достижении током необходимого уровня. Величина силы тока, по которой происходит отсечка, задается либо потенциометром, либо DIP-переключателем. Иногда эта величина программируется с помощью специального ПО. Эти драйверы достаточно интеллектуальны и снабжены множеством дополнительных функций, поддерживают разные деления шага, что позволяет увеличить дискретность позиционирования и плавность хода. Однако ШИМ-драйверы также весьма сильно отличаются друг от друга. Помимо таких характеристик, как питающее напряжение и максимальный ток обмотки, у них отличается частота ШИМ.

Лучше, если частота драйвера будет более 20 кГц. И вообще, чем она больше, тем лучше. Частота ниже 20 кГц ухудшает ходовые характеристики двигателей и попадает в слышимый диапазон, в результате шаговые моторы начинают издавать неприятный писк.

Драйверы шаговых двигателей вслед за самими двигателями делятся на униполярные и биполярные.

Начинающим станкостроителям настоятельно рекомендуем не экспериментировать с приводами, а выбрать те, по которым можно получить максимальный объем технической поддержки, информации и для которых продукты на рынке представлены наиболее широко. Такими являются драйверы биполярных гибридных шаговых двигателей. Ниже будут описаны только практические рекомендации по выбору ШИМ-драйвера биполярного шагового двигателя. При этом предполагается, что Вы уже определились с моделью двигателя, его характеристиками и т. п.

↑ Привод

Нужно двигать собственно фрезер в 3-х направлениях — XYZ, значит нужно 3 привода — 3 мотора с передачей вращения вала двигателя в линейное перемещение.
О передаче…
Для фрезерного станка, где есть боковые усилия резания материала, желательно не применять ременные передачи, очень популярные в 3D принтерах. Буду применять передачу «винт-гайка». Самая бюджетная передача — обычный стальной винт и безлюфтовая, желательно бронзовая, гайка. Более правильная — винт с трапециевидной резьбой и гайка из капролона. Самая хорошая (и, увы, самая дорогая) шарико-винтовая пара, или ШВП. Об этом подробнее я еще расскажу далее…
У каждой передачи есть свой коэффициент, свой шаг — то есть насколько линейно по оси переместится фрезер за один оборот двигателя, например, на 4 мм.

Обзор драйвера шагового двигателя A4988

Автор: Сергей · Опубликовано 11.04.2019 · Обновлено 13.04.2020

Сегодня расскажу о драйвере A4988, данный драйвер подойдет тем, кто планирует создать свой собственный 3D-принтер или станок ЧПУ с управлением шаговым двигателям.

Читать еще:  Чем лучше троешный двигатель

Технические параметры

► Напряжения питания: от 8 до 35 В
► Установка шага: 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16
► Напряжение логики: 3 В или 5.5 В
► Защита от перегрева: Есть
► Максимальный ток на фазу: 1 А без радиатора, 2 А с радиатором.
► Габариты модуля: 20 мм х 15 мм х 10 мм
► Габариты радиатора: 9 мм х 5 мм х 9 мм

Общие сведения о драйвере A4988

Основная микросхема модуля это драйвер от Allegro — A4988, которая имеет небольшие размеры (всего 8 мм х 6 мм), хоть микросхема и маленькая, но она может работать с выходным напряжение до 35 В с током до 1 А на катушку без радиатора и до 2 А с радиатором (дополнительным охлаждением). Для управления шаговым двигателем, необходимо всего два управляющих контакта (по сравнению с L298N необходимо четыре), один используется для управления шагами, второй для управления вращения двигателем.
Драйвер позволяет использовать пять вариантов шага, полный шаг, полшага, четверть шага, восьмой шаг и шестнадцатый шаг.

Распиновка драйвера A4988:
На драйвере A4988 расположено 16 контактов, назначение каждого можно посмотреть ниже:

EN — включение и выключение модуля (0 — включен, 5 В — выключен).
MS1, MS2 и MS3 — выбор режима микро шаг (смотрите таблицу ниже).
RST — сброс драйвера.
SLP — вывод включения спящего режима, если подтянуть его к низкому состоянию драйвер перейдет в спящий режим.
STEP — управляющий вывод, при каждом положительном импульсе, двигатель делает шаг (в зависимости от настройки микро шага), чем быстрее импульсы, тем быстрее вращаться двигатель.
DIR — управляющий вывод, если подать +5 В двигатель будет вращается по часовой стрелке, а если подать 0 В против часовой стрелки.
VMOT & GND — питание шагового двигателя двигателя от 8 до 35 В (обязательное наличие конденсатора на 100 мкФ ).
2B, 2A, 1B, и 1A — подключение обмоток двигателя.
VDD & GND — питание внутренней логики от 3 В до 5,5 В.

Если не планируете использовать вывод RST необходимо подключить его к выводу SLP, чтобы подтянуть его к питанию, тем самым включить драйвер.

Настройка микрошага
Драйвер A4988 может работать микрошаговом режиме, то есть может подавать питание на катушки с промежуточным уровням. Например, если взять двигатель NEMA17 с шагом 1.8 или 200 оборотов, в режиме 1/4, двигатель будет выдавать 800 шагов за оборот
Дня настройки микрошагов, драйвер A4988 имеет три выхода, а именно MS1, MS2 и MS3. Установив соответствующие логические уровни для этих выводов, можно выбрать режим микрошага.

Вывода MS1, MS2 и MS3 в микросхеме A4988 подтянуты резистором к земле, поэтому, если не подключать их, двигатель будет работать в режиме полного шага.

Система охлаждения A4988
При интенсивной работе микросхемы A4988 начинает сильно греется и если температура превысит придельные значение, может сгореть. По документации A4988 может работать с током до 2 А на катушку, но на практике микросхема не греется если ток не превышает 1 А на катушку. Поэтому если ток выше 1 А необходимо устанавливать радиатор охлаждения, который идет в комплекте.

Настройка тока A4988
Перед использованием мотора нужно сделать небольшую настройку, необходимо ограничить максимальную величину тока, протекающего через катушки шагового двигателя и ограничить его превышение номинального тока двигателя, регулировка осуществляется с помощью небольшого потенциометра.
Существует два способа настройки:
1. Замерить ток, для этого возьмем амперметр и подключим его в разрыв любой из обмоток (двигатель должен работать в полношаговом режиме), так же, при настройки ток должен составлять 70% от номинального тока двигателя.
2. Расчет значение напряжения Vref, согласно документации на A4988, есть формула I_TripMax = Vref / (8 × Rs), из которой мы можем получить формулу.

Vref = I_TripMax x 8 x Rs

где,
I_TripMax — номинальный ток двигателя
Rs — сопротивление на резисторе.

В моем случаи на драйвере A4988 установлены резисторы Rs = 0,100 Ом (R100), а номинальный ток двигателя 17HS4401 равняется 1,7 А.

Читать еще:  Датчики температуры для фольксваген двигатель rp

Vref = 1,7 х 8 х 0,100 = 1,36 В

Мы рассчитали максимальное значение для двигателя 17HS4401, но при таком напряжение двигатель будет греться в режиме ожидания, необходимо уменьшить это значение на 70%, то есть:

Vref х 0,7 = 0,952 В

Осталось только настроить, берем отвертку и вольтметр, плюсовой шуп вольтметра устанавливаем на потенциометр, а шуп заземления на вывод GND и выставляем нужное значение.

Подключение драйвера шагового двигателя A4988 к Arduino UNO

Необходимые детали:
Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Драйвер шагового двигателя A4988 x 1 шт.
► Шаговый двигатель 17HS4401 x 1 шт.
► Комплект проводов DuPont 2.54 мм, 20 см x 1 шт.

Подключение:
Теперь, можно приступить к сборке схемы. Первым делом, подключаем VDD и GND к 5 В и GND на Arduino. Контакты DIR и STEP подключим к цифровым контактам 2 и 3 на Arduino. Подключение шагового двигатель к контактам 2B, 2A, 1A и 1B.

Предупреждение: Подключение или отключение шагового двигателя при включенном приводе может привести к его повреждению.

Затем необходимо подключить контакт RST к соседнему контакту SLEEP, чтобы включить драйвер. Так-же контакты выбора микрошага необходимо оставить не подключенными, чтобы работал режим полный микрошаг. Теперь осталось подключить питание двигателя к контактам VMOT и GND, главное не забудьте подключить электролитический конденсатор на 100 мкФ, в противном случаи при скачке напряжение, модуль может выйти из строя.

Программа:
Теперь можно приступки к программной части и начать управлять шаговым двигателем с помощью драйвера A4988, загружайте данный скетч в Arduino.

Драйверы шаговых двигателей

Драйвер (контроллер) шагового двигателя представляет собой устройство-набор микросхем, которое обеспечивает его правильную работу и заставляет двигатель четко выполнять сигналы управления. В сфере управления ШД существуют определенные стандарты – это сигналы STEP, DIR и ENABLE. Сигнал STEP отвечает за шаг двигателя, DIR – за направление вращения, а ENABLE является сигналом включения самого драйвера. Говоря научным языком, контроллеры шаговых двигателей – это силовые электронные устройства, управляющие высоковольтными/сильноточными обмотками шагового двигателя на основе цифровых сигналов управления. С их помощью двигатель выполняет свою непосредственную функцию – делает шаги (то есть, вращается).

Как известно, шаговые двигатели имеют более сложную структуру и систему управления, по сравнению с теми же обычными коллекторными двигателями. Чтобы эффективно управлять ими, нужно переключать уровень напряжения в обмотках в определенной последовательности и одновременно поддерживать контроль тока. Поэтому, чтобы упростить обслуживание данных механизмов, были внедрены вспомогательные устройства управления – драйверы шаговых двигателей. Они позволяют контролировать вращения ротора двигателя, в зависимости от сигналов управления и в после этого делить физический шаг шагового двигателя на мелкие дискреты с помощью электроники.

Для того, чтобы обеспечить полноценную работу устройства, к контроллерам шагового двигателя подключаются сигналы управления, сам ШД через обмотки, а также источник питания. Стандартные сигналы управления для такого оборудования – это сигналы STEPDIR (или же CWCCW), а также сигнал ENABLE.

Протокол STEPDIR

Сигнал STEP – основной сигнал шага, тактирующий. Один его импульс поворачивает ротор двигателя на один шаг. Важно, что здесь имеется в виду не физический шаг шагового двигателя, а специальный шаг, параметры которого определяются драйвером (например, 1:1, 1:8, 1:16). Как правило, драйверы шаговых двигателей отрабатывают этот шаг по заднему или же переднему фронту импульса.

Сигнал DIR – сигнал направления, потенциальный сигнал. В режиме логической единице шаговый двигатель вращается по часовой стрелке, а в режиме нуля – против нее. Также можно выставить значения этих параметров в обратной последовательности. Есть возможность инвертировать сигнал DIR из программы управления или же изменить последовательность подключения фаз двигателя с помощью драйвера (в разъеме его подключения).

Протокол CW/CWW

Сигнал CW – сигнал шага, тактирующий сигнал. Его импульс также поворачивает ротор. Один сигнал – один шаг ротора, коэффициенты которого устанавливаются драйвером (1:1, 1:16, 1:8 итд). Шаг отрабатывается драйвером по переднему или заднему фронту импульса.

Сигнал ENABLE – сигнал включения/выключения драйвера, потенциальный сигнал. При логической единице (5В на вход) драйвер выключается, и обмотки шагового двигателя обесточиваются. При нуле (0В на вход) драйвер включен и обмотки запитаны.

Читать еще:  Что такое двухобъемный двигатель

Электроника для ЧПУ станков, в которой можно использовать драйвер шагового двигателя A4988.

Драйвер шагового двигателя A4988 можно подключить к микроконтроллеру, например к Arduino, напрямую.

Скетч вращения шагового двигателя NEMA 17, драйвер A4988.

Программа для вращения шагового двигателя NEMA 17, драйвер A4988. Сначала мотор совершает полный оборот в одну сторону, потом в другую.

Подробнее о подключении шаговых двигателей к Ardiono смотрите на сайте Ардуино технологии.

Для более простого подключения шагового двигателя к Arduino или другому микроконтроллеру существуют модули. Модули бывают разные, на фото ниже приведен пример двух различных модулей.

Распиновку и как подключать модуль драйвера A4988 будем рассматривать в следующей статье.

Использование драйвера A4988 с CNC shield v3 и CNC shield v4.

Драйвер A4988 можно установить на CNC shield v3 и CNC shield v4. CNC shield используются для управления ЧПУ станками и облегчают сборку электроники.

Данный набор позволяет без пайки собрать электронику для двух осевых, трех осевых, четырех осевых ЧПУ станков, а также для самостоятельной сборки 3D принтеров. При реализации ЧПУ станков данные шилды используются достаточно часто благодаря своей низкой цене и простоте сборки.

Более подробно CNC shield v3 и CNC shield v4 будем рассматривать в следующих статьях.

Мы еще не рассмотрели использование данных драйверов для создания 3D принтеров на основе Ramps. Но это совсем другая история.

Вывод можно сделать следующий. Не смотря на свою небольшую стоимость и небольшой размер, драйвера отлично подходят для реализации большого количества проектов. От самодельных станков, до роботов манипуляторов.

Понравился Драйвер шагового двигателя A4988? Не забудь поделиться с друзьями в соц. сетях.

А также подписаться на наш канал на YouTube, вступить в группу Вконтакте, в группу на Facebook.

Спасибо за внимание!

Технологии начинаются с простого!

Драйверы шаговых двигателей GeckoDrive

Основной модельный ряд драйверов GeckoDrive представлен четырьмя драйверами: G201X, G210X, G203V и G213V. Все данные драйверы предназначены для управления биполярными шаговыми двигателями с максимальным рабочим током фазы до 7 Ампер при напряжении питания до 80 Вольт.

Драйвер G210X работает в режимах целого шага, а также в режимах 1/2, 1/5 и 1/10 шага. Драйвер G201X работает только в режиме микрошага 1/10. (Часто этого вполне достаточно).

Также есть два драйвера с большим количеством встроенных защит — G203V и G213V (защита от короткого замыкания, от случайного изменения полярности напряжения питания, от превышения напряжения питания, от перегрева и т.д.)

Схема проекта

Схема управления шаговым двигателем NEMA 17 с помощью Arduino и драйвера A4988 представлена на следующем рисунке.

Поскольку модуль драйвера A4988 имеет встроенный транслятор (преобразователь), поэтому к плате Arduino достаточно подсоединить только его контакты Step и Direction. Контакт Step используется для управления шагами двигателями, а контакт Direction – для управления направлением его вращения. Шаговый двигатель запитывается от источника питания 12V, а модуль A4988 – от платы Arduino. Потенциометр используется для управления направлением вращения двигателя.

Если вы будете поворачивать потенциометр по часовой стрелке, то и шаговый двигатель будет вращаться по часовой стрелке. Если вы будете поворачивать потенциометр против часовой стрелки, то и шаговый двигатель будет вращаться против часовой стрелки. Конденсатор 47 мкФ используется для защиты платы Arduino от выбросов напряжения. Контакты MS1, MS2 и MS3 остаются неподключенными, что означает что драйвер будет функционировать в режиме полного шага.

Внешний вид собранной конструкции проекта показан на следующем рисунке.

Таблица соединений платы Arduino, шагового двигателя Nema 17 и модуля драйвера двигателя A4988 выглядит следующим образом.

Контакт A4988Соединение
VMOT+ve Of Battery
GND-ve of Battery
VDD5V of Arduino
GNDGND of Arduino
STPPin 3 of Arduino
DIRPin 2 of Arduino
1A, 1B, 2A, 2Bшаговый двигатель

Соблюдайте полярность источника питания.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector