Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Драйвер шагового двигателя и двигателя постоянного тока L298N и Arduino

Драйвер шагового двигателя и двигателя постоянного тока L298N и Arduino

Модуль L298N H-bridge можно использовать для двигателей, напряжение питания которых находится в диапазоне от 5 до 35 вольт. Кроме того, на многих подобных платах есть встроенный 5В регулятор, который дает возможность запитывать ваши устройства.

Подключение модуля L298N

Прежде чем перейти к управлению двигателем постоянного тока и шаговым двигателем, разберемся с подключением модуля L298N (даташит, техническая информация от производителя).

Купить такой драйвер можно на Алиєкспресс (доставка 15-35 дней) L298N (Кликабельно) — Цена: US $1.48 / шт.

Ниже приведены разъяснения к рисунку.

  1. Для двигателя постоянного тока 1 “+” или для шагового двигателя A+
  2. Для двигателя постоянного тока 1 “-” или для шагового двигателя A-
  3. Коннектор на 12 вольт. Снимите его, если используете напряжение питания больше 12 вольт.
  4. Питания вашего двигателя обеспечивается с этого выхода. Максимальное напряжение питания постоянным током 35 вольт. Если напряжение больше 12 вольт, разомкните контакты на 3 коннекторе.
  5. GND — земля.
  6. Питание 5 вольт, если коннектор на 12 вольт замкнут. Идеально для питания Arduino и т.п.
  7. Коннектор для двигателя постоянного тока 1. Можно подключить к ШИМ-выходу для управления скоростью двигателя постоянного тока.
  8. IN1.
  9. IN2.
  10. IN3.
  11. IN4.
  12. Коннектор для двигателя постоянного тока 2. В случае использования шагового двигателя, подключать сюда ничего не надо. Можно подключить к ШИМ-выходу для управления скоростью двигателя постоянного тока.
  13. Двигатель постоянного тока 2 “+” или шаговый двигатель B+.
  14. Двигатель постоянного тока 2 “-” или шаговый двигатель B-.

L298N, Arduino и двигатель постоянного тока

Данный модуль дает возможность управлять одним или двумя двигателями постоянного тока. Для начала, подключите двигатели к пинам A и B на контроллере L298N.

Если вы используете в проекте несколько двигателей, убедитесь, что у них выдержана одинаковая полярность при подключении. Иначе, при задании движения, например, по часовой стрелке, один из них будет вращаться в противоположном направлении. Поверьте, с точки зрения программирования Arduino это неудобно.

После этого подключите источник питания. Плюс — к четвертому пину на L298N, минус (GND) — к 5 пину. Если ваш источник питания до 12 вольт, коннектор, отмеченный 3 на рисунке выше, можно оставить. При этом будет возможность использовать 5 вольтовый пин 6 с модуля.

Данный пин можно использовать для питания Arduino. При этом не забудьте подключить пин GND с микроконтроллера к 5 пину на L298N для замыкания цепи. Теперь вам понадобится 6 цифровых пинов на Arduino. Причем некоторые пины должны поддерживать ШИМ-модуляцию.

ШИМ-пины обозначены знаком “

” рядом с порядковым номером. На рисунке ниже приведены ШИМ-пины на плате Arduino Uno.

Теперь подключите цифровые пины Arduino к драйверу. В нашем примере два двигателя постоянного тока, так что цифровые пины D9, D8, D7 и D6 будут подключены к пинам IN1, IN2, IN3 и IN4 соответственно. После этого подключите пин D10 к пину 7 на L298N (предварительно убрав коннектор) и D5 к пину 12 (опять таки, убрав коннектор).

Направление вращения ротора двигателя управляется сигналами HIGH или LOW на каждый привод (или канал). Например, для первого мотора, HIGH на IN1 и LOW на IN2 обеспечит вращение в одном направлении, а LOW и HIGH заставит вращаться в противоположную сторону.

При этом двигатели не будут вращаться, пока не будет сигнала HIGH на пине 7 для первого двигателя или на 12 пине для второго. Остановить их вращение можно подачей сигнала LOW на те же указанные выше пины. Для управления скоростью вращения используется ШИМ-сигнал.

Скетч приведенный ниже, отрабатывает в соответствии со схемой подключения, которую мы рассматривали выше. Двигатели постоянного тока и Arduino питаются от внешнего источника питания.

// подключите пины контроллера к цифровым пинам Arduino
// первый двигатель
int enA = 10;
int in1 = 9;
int in2 = 8;
// второй двигатель
int enB = 5;
int in3 = 7;
int in4 = 6;
void setup()
<
// инициализируем все пины для управления двигателями как outputs
pinMode(enA, OUTPUT);
pinMode(enB, OUTPUT);
pinMode(in1, OUTPUT);
pinMode(in2, OUTPUT);
pinMode(in3, OUTPUT);
pinMode(in4, OUTPUT);
>
void demoOne()
<
// эта функция обеспечит вращение двигателей в двух направлениях на установленной скорости
// запуск двигателя A
digitalWrite(in1, HIGH);
digitalWrite(in2, LOW);
// устанавливаем скорость 200 из доступного диапазона 0

255
analogWrite(enA, 200);
// запуск двигателя B
digitalWrite(in3, HIGH);
digitalWrite(in4, LOW);
// устанавливаем скорость 200 из доступного диапазона 0

255
analogWrite(enB, 200);
delay(2000);
// меняем направление вращения двигателей
digitalWrite(in1, LOW);
digitalWrite(in2, HIGH);
digitalWrite(in3, LOW);
digitalWrite(in4, HIGH);
delay(2000);
// выключаем двигатели
digitalWrite(in1, LOW);
digitalWrite(in2, LOW);
digitalWrite(in3, LOW);
digitalWrite(in4, LOW);
>
void demoTwo()
<
// эта функция обеспечивает работу двигателей во всем диапазоне возможных скоростей
// обратите внимание, что максимальная скорость определяется самим двигателем и напряжением питания
// ШИМ-значения генерируются функцией analogWrite()
// и зависят от вашей платы управления
// запускают двигатели
digitalWrite(in1, LOW);
digitalWrite(in2, HIGH);
digitalWrite(in3, LOW);
digitalWrite(in4, HIGH);
// ускорение от нуля до максимального значения
for (int i = 0; i = 0; —i)
<
analogWrite(enA, i);
analogWrite(enB, i);
delay(20);
>
// теперь отключаем моторы
digitalWrite(in1, LOW);
digitalWrite(in2, LOW);
digitalWrite(in3, LOW);
digitalWrite(in4, LOW);
>
void loop()
<
demoOne();
delay(1000);
demoTwo();
delay(1000);
>

Пояснения к скетчу для управления двигателями постоянного тока

Итак, что у нас происходит в программе? В теле функции demoOne() мы включаем двигатели и начинаем с ними работать при ШИМ- значении 200.

Через некоторое время двигатели начинают вращаться в противоположном направлении (благодаря смене HIGH и LOW в теле функции digitalWrite()). Для демонстрации возможностей изменения скорости вращения, используем доступный ШИМ-диапазон в теле функции demoTwo(). Сигнал на пине меняется от нуля до 255 и вновь до нуля.

В результате все это может крутиться примерно так:

L298N, Arduino и шаговый двигатель

Для нашего примера мы используем шаговый двигатель Nema 17, у которого четыре кабеля для подключения.

Купить такой двигатель дешево можно на Алиэкспресс (доставка 15-30 дней ) Nema 17 с проводами для подключения

Этот двигатель имеет 200 шагов на оборот и может работать с частотой вращения 60 об/мин. Если вы используете другой шаговый двигатель, уточните шаг его шаг и максимальную частоту вращения. Эти параметры понадобятся вам при программировании Arduino.

Еще один важный момент — определить какие именно кабели соответствуют A+, A-, B+ и B-. В нашем примере соответствующие цвета кабелей: красный, зеленый, желтый и голубой. Переходим к подключению.

Кабели A+, A-, B+ и B- от шагового двигателя подключаем к пинам 1, 2, 13 и 14 соответственно. Контакты на коннекторах 7 и 12 на контроллере L298N оставьте замкнутыми. После этого подключите источник питания к пину 4 (плюс) и 5 (минус) на контроллере.

Опять таки, если источник питания меньше 12 вольт, контакт, отмеченный 3 на рисунке модуля, можно оставить замкнутым. После этого, подключите пины модуля L298N IN1, IN2, IN3 и IN4 к соответствующим цифровым пинам D8, D9, D10 и D11 на Arduino.

Теперь подключаем GND пин с Arduino к пину 5 на контроллере, а 5V к 6 пину на модуле. С управлением шагового двигателя проблем быть не должно благодаря встроенной в Arduino IDE библиотеке Stepper Library.

Для проверки работоспособности просто загрузите скетч stepper_oneRevolution, который входит в состав библиотеки. Данный пример находится в меню

File > Examples > Stepper в Arduino IDE.

Пояснения к скетчу для управления шаговым двигателем

const int stepsPerRevolution = 200;

в скетче и измените значение 200 на ваше количество шагов за один поворот двигателя вала и скорость вращения в строке

Теперь можете сохранить и загрузить скетч, который реализует вращение один оборот вала, а затем в противоположную сторону. Это реализуется с помощью функции

myStepper.step(stepsPerRevolution); // вращение по часовой стрелке

myStepper.step(-stepsPerRevolution); // вращение против часовой стрелки

Похожие статьи

Arduino UNO как осциллограф

Контроллеры Arduino можно использовать как простейший осциллограф, для наблюдения за быстро изменяющимися электрическими сигналами.

Скачиваем программу Processing , после чего её устанавливать не нужно — она запускается с EXE-файла.

Arduino основы программирования

Здесь мы научимся писать элементарную программу способную сделать что-либо интересное для новичка. Здесь вы узнаете, как написать простейший скетч для Arduino используя стандартый IDE. Мы пока пропустим использование входов-выходов, но обратим внимание на связь через USB. Синтаксис языка Arduino точно повторяет язык C, поэтому на нем мы останавливаться не будем. Мы сконцентрируемся на конкретных аспектах Arduino языка, в котором вы можете использовать все принципы, которые присущи языку C: переменные, операторы, состояния, типы, константы и т.д.

Читать еще:  Электроподогреватели двигателя камаз установка принцип работы

Обзор плат ардуино часть 2

LilyPad Arduino

LilyPad Arduino — довольно интересное устройство. Оно выпадает из привычных стереотипов об обычном Arduino, потому что имеет не прямоугольную, а круглую форму. Во-вторых, оно не поддерживает механические соединения с шилдами. Оно предназначено для, небольших автономных устройство. Круглая форма продиктовала то, что разъемы равномерно распределены по окружности, и его небольшой размер (2 дюйма в диаметре) делает его идеальным для переносных устройств. Это устройство легко спрятать, и несколько производителей разработали устройства, специально для LilyPad: экраны, датчики света, даже коробки для батарей питания, которые могут быть зашиты в ткань. Для того, чтобы сделать LilyPad как можно меньше и как можно легче, на сколько возможно, были принесены некоторые жертвы. У LilyPad нет регулятора напряжения на борту, так что ему для питания будет необходимо обеспечить по крайней мере 2,7 вольт, и не более 5,5 вольт; в противном случае, будет пшик.

Работа с ардуино и IR приёмник — один из способов дистанционного управления Arduino

Итак, начнём изучать способы дистанционного управления Arduino, а конктретно ИК сигналы. Инфракрасный(ИК) спектр не виден человеческому глазу, но отлично воспринимается цифровыми камерами и ИК приёмниками(с ними и будем работать). Данный способ управления удобен для управления техникой в прямой видимости (телевизор, кондиционер, аудио и видео аппаратура). Но об этом мы поговорим во втором уроке. Для начала научимся считывать IR сигнал с любого пульта.

Полный обзор лазерного гравировального мини станка NEJE c лазером в 1 ВТ (дешево и сердито )

В этом видео вы узрите полный обзор гравировального станка + видео урок по работе c программой Laser Carver . А так же примеры работ на бумаге и дереве.

Шаговый двигатель как двигатель постоянного тока

Применение шаговых двигателей и сравнение двигателей.
В работе фрезеров используются два типа двигателя: шаговый – электромеханическое устройство, преобразующее сигналы в угловое перемещение ротора с фиксацией в заданном положении. И серводвигатели – имеющие обратную связь, и которыми можно управлять через цепь контроллера путём увеличения и уменьшения тока. Шаговые имеют меньшую мощность и скорость, и значительно дешевле серводвигателей.

Как правило, шаговый электродвигатель – это электромеханическое устройство, которое преобразует сигналы управления в угловое перемещение его ротора с качественной фиксацией в заданном положении. Сегодня современные шаговые двигатели (ШД), по сути, являются синхронными двигателями, не имеющими пусковую обмотку на роторе, что соответственно объясняется частотным пуском самого ШД. Последовательная активация обмоток двигателя порождает дискретные угловые перемещения (т. е. – шаги) ротора. Отличительная особенность этих двигателей – это возможность без датчика обратной связи осуществлять позиционирование по положению.
Шаговый двигатель относится к классу так называемых «бесколлекторных» двигателей постоянного тока. Такие двигатели как непосредственно и любые другие бесколлекторные электрические машины, имеют достаточно высокую надежность и весьма внушительный срок службы, что в свою очередь позволяет применять их в самых разных индустриальных сферах. Если сравнивать обычные электродвигатели постоянного тока с шаговыми двигателями, то последние требуют более сложных схем управления, выполняющие абсолютно все коммутации обмоток.

Сегодня существуют три основных типа/вида шаговых двигателей

  • Гибридные двигатели – наиболее часто используемые во фрезерных станках с числовым программным управлением.
  • Двигатели с постоянными магнитами.
  • Двигатели, имеющие переменное магнитное сопротивление.

Серводвигатели

Серводвигатель – это непосредственно двигатель с обратной связью, которой можно управлять, чтобы или достичь требуемой скорости (следовательно, крутящего момента) или же получить необходимый угол поворота. Именно для этой цели устройство обратной связи посылает определенные сигналы в цепь контроллера серводвигателя, сообщая о скорости и соответственно угловом положении. Если в результате наиболее высоких нагрузок скорость окажется гораздо, ниже требуемой величины, то ток будет увеличиваться покуда скорость не достигнет потребной величины. Когда сигнал скорости показывает, что она больше, чем необходимо, то ток соответственно, уменьшается. Если же по положению применена обратная связь, то сигнал о нем используется, чтобы остановить двигатель в тот момент, когда непосредственно ротор приблизится к необходимому угловому положению.
Для этого могут использоваться разные типы/виды датчиков, включая кодирующие устройства, например, такие как: потенциометры, тахометры и резольверы. Если применяется датчик положения типа кодирующего устройства или потенциометра, его сигнал вполне может быть дифференцирован для того, чтобы выработать определенный сигнал о скорости.
На сегодняшний день сервоприводы используются в высокопроизводительном оборудовании, к примеру, в таких производственных отраслях как: изготовление различных стройматериалов, напитков, упаковки, в полиграфии и подъемно-транспортной технике. Также в последнее время наблюдается тенденция к умножению доли сервоприводов в пищевой промышленности и деревообработке.
Решающим фактором использования сервоприводов является не только высокая их динамика, но и возможность получить высокостабильное или точное управление, широкий диапазон регулирования скорости, малые габариты и вес, а также помехоустойчивость.

Для сервоприводов характерны показатели

  • управление по моменту, по скорости или по позиции;
  • статическая точность поддержания скорости непосредственно по валу двигателя не более чем 0,01%;
  • диапазон регулирования скорости более чем в 1:1000;
  • точность поддержания позиции по валу двигателя менее ± 10;
  • компактные размеры и низкий вес;
  • отсутствие и бесконтактность узлов, требующих обслуживания;
  • достаточно высокое быстродействие;
  • значительная перегрузочная способность по моменту (т. е. кратность предельного момента кратковременно может превысить 3);
  • практически неограниченный диапазон (1:10 000 и более) для регулирования частоты вращения;
  • показатели кпд вентильных двигателей, как правило, превышают 90%, при изменении мощности нагрузки двигателя, при колебаниях напряжения питающей электросети меняются очень несущественно, в отличие от асинхронных;
  • электродвигателей, где максимальный кпд не превышает и 86%, а также, напрямую зависит от изменений нагрузки;
  • достаточно низкий перегрев вентильного электродвигателя, потому как на роторе двигателя отсутствует обмотка, что существенно увеличивает его срок службы, работающего в режиме учащенных перегрузок;
  • довольно-таки большая плотность момента на одну единицу массы электродвигателя.

Сравнение работы простого cерво и iагового двигателей

Для понимания различия между обычным шаговым и серво двигателем давайте рассмотрим работу системы именно с шаговым мотором, на котором непосредственно стоит энкодер (шаговый серводвигатель).
Контроллер выдал команду на какое-то количество шагов – повернуть вал. В обычном шаговом двигателе контроллер не в курсе, насколько конкретно шагов повернулся вал (т. к. у него отсутствует обратная связь). Просто он «считает», что вал повернулся правильно. А ведь бывает, что двигатель не смог повернуть вал или силы не хватило или по другой какой-либо причине. Хотя при этом контроллер четко отсчитал импульсы. Это и есть так называемый пропуск шагов в шаговом двигателе.
В серводвигателе же подобная проблема полностью отсутствует. Контроллер дал команду вал повернуть настолько-то импульсов и ожидает покуда с энкодера придет сигнал, который подтвердит, что вал повернулся на необходимое число импульсов. При этом если с энкодера поступил, хотя бы на 1 импульс меньше, контроллер все равно будет продолжать подавать команду, пока с энкодера не поступит последний импульс, который выровняет соотношение истинного и заданного количества импульсов. Либо же по истечении заданного периода времени, контроллер выдаст специальный сигнал «Ошибка перемещения».
В сервоприводе удержание осуществляется исключительно за счет тока, протекающего непосредственно через обмотку двигателя. При этом в момент удержания половины периода ток поступает в одном направлении, а вторую половину оставшегося времени в ином направлении. Именно за счет этого происходит удержание якоря. В это время по импульсам с энкодера подходит проверка, якорь на месте (на выходе нет ни одного импульса) или же сдвинулся (на выходе энкодера, как правило, появится импульс, вернее код).

Преимущества шагового двигателя

  • Шаговые двигатели существенно дешевле, нежели серводвигатели.
  • Простота конструкции, а значит и простота ремонта.
  • Простота системы управления (подходят практически все программы написанные для CNC станков).

Преимущества серводвигатель

  • Бесшумность и плавность работы в некоторых случаях делают сервоприводы единственным возможным вариантом для работы.
  • Надежность и безотказность: возможность применения в ответственных устройствах.
  • Высокая точность и скорость перемещений доступны также и на низких скоростях.- Способность двигателя может выбираться пользователем непосредственно от того какую конкретно задачу необходимо выполнить.

Выводы

Ограничением в использовании шаговых двигателей являются мощность и соответственно скорость, однако по практике, их применение целиком оправданно в недорогих станках имеющих систему ЧПУ, предназначенных для обработки дерева, ДСП, МДФ, пластиков, легких металлов и прочих материалов средней скорости, необходимости производителей станков с ЧПУ по точности и по скорости. Если по каким-либо причинам такие параметры не устраивают, то, как правило, используют сервоприводы. Но стоит заметить, что при этом резко и, причем значительно поднимается стоимость конструкции в целом.
Если смотреть с другой стороны, то достичь реальной экономии времени обработки и даже при скоростных сервоприводах, можно за счет экономии на переходах и соответственно оптимизации путей обработки. В остальное же время, скорость весьма ограничена – режимами резки. Между деталью и приводом есть еще и фреза о чем часто забывают.
Достоинства сервопривода таковы, что использовать их можно было бы постоянно, когда только возможно, конечно если бы не два существенных недостатка: цена самого комплекта (т. е. блок управления + сервомотор) и сложность настройки, которая временами делает применение сервопривода совершенно – необоснованным.

Читать еще:  Что поставить для подогрева двигателя зимой

Оценка маломощных бесколлекторных, коллекторных и шаговых двигателей и их драйверов

20 сентября 2018

Какой тип маломощного двигателя постоянного тока выбрать из трех существующих? Это определяется поставленной задачей, но, вне зависимости от выбора, у STMicroelectronics найдется микросхема драйвера для любого из них.

Диапазон применений маломощных двигателей постоянного тока (DC) расширился в результате многих факторов. Во-первых, двигатели стали более эффективными и мощными благодаря новым магнитным материалам. Во-вторых, в связи с использованием интеллектуальных микросхем с интегрированными полевыми транзисторами (FET) управление двигателями стало более легким. В-третьих, несмотря на то, что в большинстве приложений интернета вещей (IoT) лишь регистрируются те или иные состояния, а потребности в движении не возникает, рост разнообразия приложений IoT привел к необходимости малогабаритных двигателей.

Что такое маломощный двигатель постоянного тока? Официального определения или стандарта нет, но универсальное понимание в индустрии таково: двигатель со среднеквадратичным (RMS) значением тока привода до 1 А и пиковым значением тока 2 А считается маломощным устройством. Эти цифры могут показаться достаточно большими по сравнению с потреблением соответствующей электроникой миллиамперных токов. Однако многие из вышеуказанных двигателей используются в приложениях с малым коэффициентом заполнения, чьи совокупные потребности в энергии довольно скромны, даже если собственные требования приложений к максимальной мощности намного больше, чем необходимо их электронной составляющей.

Области применения маломощных двигателей разнообразны: от электроники для развлечений – до стандартной продукции и изделий для ответственного применения. Вот несколько сфер, где они используются:

  • беспроводные системы Smart HVAC;
  • регулировка и тонкая настройка производственных процессов;
  • научное приборостроение;
  • игры и развлечения;
  • роботизированные приводы;
  • медицинское оборудование, например — для позиционирования зондов, для контроля потока жидкости и для лабораторной диагностики.

Три основные топологии двигателя

Три часто используемые конфигурации маломощных DC-двигателей – коллекторные, бесколлекторные (BLDC) и шаговые. Каждый из них работает благодаря взаимодействию между токами в катушках (или обмотках) и постоянными магнитами (в большинстве конструкций), что приводит к притяжению/отталкиванию магнитного поля, вызывающему вращение. Все три вида двигателей имеют некоторые сходства, но отличаются методом управления переключением тока, протекающего через обмотки ротора и статора.

Они также отличаются возможностью выполнения определенных задач, качеством этого выполнения и гибкостью управления.

  • Исторически первым был двигатель коллекторного типа. По мере вращения ротора контактные щетки, представляющие собой сплошные контакты, состоящие, как правило, из графита, касаются соответствующих областей на роторе (рисунок 1). По мере вращения ротора изменение точек контакта щетки вызывает изменение направления потока тока и, следовательно, магнитного поля. Затем взаимодействие магнитного поля между ротором и статором меняется на противоположное, что вынуждает ротор продолжать движение.

Рис. 1. Коллекторный двигатель постоянного тока

Данная механическая схема концептуально проста. Однако ее недостаток в том, что щетки изнашиваются и нуждаются в замене, реализация интеллектуального управления сложна, потому что переключить данный двигатель довольно трудно, к тому же, щетки создают электромагнитные помехи (EMI), также известные как радиочастотные помехи (RFI).

В простейшем варианте коллекторный двигатель не нуждается в электронном управлении – он просто работает в зависимости от токовой и механической нагрузок. В других вариантах силовая шина двигателя включается и выключается при помощи транзисторной схемы, что является простейшим вариантом управления. Также возможно использование микросхемы-драйвера для повышения производительности и обеспечения контроля над скоростью и вращательным моментом.

  • В двигателе BLDC механическая коммутация заменена электрической с использованием транзисторов. Чаще всего используются МОП-транзисторы (MOSFET), которые управляются драйвером затвора (в некоторых конструкциях используются биполярные транзисторы с изолированным затвором – IGBT). Отдельный контроллер управляет точным переключением катушки в момент, необходимый для поддержания вращения двигателя на желаемой скорости (рисунок 2).

Рис. 2. Бесколлекторный двигатель постоянного тока

Примечание: двигатели BLDC иногда называют электронно-коммутируемыми (EC) двигателями, что является более точным определением.

В BLDC магнитное поле ротора присутствует всегда, оно генерируется постоянными магнитами. Когда ток направляется от одной фазы двигателя к другой, магнитные поля объединяются, генерируя изменяющееся поле статора.

Управление двигателем производится не только при помощи электроники. Вместо этого переключение может быть сформировано в драйвере затвора с контролируемым временем нарастания и спада для уменьшения EMI/RFI. Основная проблема заключается в том, что более мягкое переключение приводит к потере мощности и снижению КПД двигателя, и в этой ситуации разработчику необходимо найти максимально компромиссное решение. Некоторые новые драйверы затвора используют множество сложных и тонких трюков, чтобы облегчить эту задачу.

  • Шаговый двигатель использует концепцию двигателя BLDC, включая в себя большое количество катушек (или полюсов), расположенных по периферии двигателя (рисунок 3). Путем поочередного включения и выключения этих полюсов индуцируется шаг и вращение ротора в прямом или обратном направлении.

Рис. 3. Шаговый двигатель

Полюсов может быть и 16, и 128 (или более), в зависимости от требуемой точности вращения, прямо пропорциональной их количеству. Шаговые двигатели доступны в однополярных двухфазных и биполярных двух-, трех- и пятифазных конфигурациях. Самый распространенный из них – биполярный двухфазный двигатель.

В шаговом двигателе магнитное поле ротора генерируется постоянным магнитом, а магнитное поле статора – током, протекающим в определенной фазе. В результате ротор будет выравниваться в соответствии с магнитным полем статора, чтобы достичь заданного положения.

Шаговый двигатель хорошо подходит для задач, где необходимы быстрые остановка/запуск, позиционирование или движение назад/вперед, однако он не подойдет для долговременной непрерывной работы. Он часто используется в принтерах и приборах с поэтапным позиционированием (это только два из его многочисленных применений). Несмотря на то, что точность позиционирования зависит от числа полюсов, использование усовершенствованного метода, в котором смежные полюсы включаются частично (так называемый «микрошаг»), позволяет более точно управлять переключением и позиционированием.

Для управления двигателем необходима как мощность, так и стратегия

Полная система управления двигателем состоит из нескольких функциональных блоков (рисунок 4):

Рис. 4. Путь сигнала управления двигателем

  • Контроллер. Контроллер решает, что мотор должен делать для выполнения текущей задачи в данный момент времени, и определяет, какая мощность в какой момент необходима для полюсов. Он может представлять собой отдельную интегральную схему с фиксированной функцией или быть частью прошивки более крупной системы.

Если к двигателю подключают контур обратной связи, как сейчас делают многие производители, добавляя датчик положения на вал ротора, то контроллер также оценивает положение и скорость двигателя и определяет соответствующие изменения, необходимые для управления мощностью.

  • Выходной сигнал контроллера подается на драйвер управления затвором, который преобразует низковольтные и слаботоковые команды включения/выключения в более высокие токи (и часто более высокие напряжения), необходимые МОП-транзистору (или IGBT). Довольно часто драйвер гальванически изолирован.
  • МОП-транзисторы (или IGBT) являются фактическими ключами питания, которые управляют подачей тока на катушки двигателя.
  • Катушки двигателя. Ток, протекающий через обмотки катушки двигателя, создает электромагнитное поле, которое взаимодействует со стационарными магнитами в двигателе, заставляя его начать вращение.

Сходства и различия интегральных схем для управления двигателем

Преимущество маломощных двигателей, помимо их скромных потребностей в токе и напряжении, заключается в том, что драйверы затвора MOSFET могут быть интегрированы с контроллерами и оптимизированы для конкретных потребностей. Рассмотрим трио соответствующих предложений от STMicroelectronics. Эти три микросхемы от ST имеют множество базовых характеристик, которые позволяют применять их совместно с различными типами двигателей. Помимо этого, они облегчают моделирование и просты в изучении.

Вот несколько преимуществ, которыми обладают эти изделия:

  • максимальная интеграция с использованием интерфейса микроконтроллера (MCU), логики управления, драйвера и моста МОП-транзистора (требуется только несколько пассивных компонентов и нет необходимости во внешних активных компонентах);
  • малое рабочее напряжение 1,8…10 В, которое хорошо подходит для низковольтных двигателей, в особенности – для работающих от небольших аккумуляторных батарей;
  • высокий выходной ток до 1,3 A (RMS) и 2 A (пиковое значение) для каждого выхода;
  • энергопотребление в режиме ожидания до 80 нA;
  • повышенная надежность благодаря блокировке при падении напряжения (UVLO), тепловой защите и защите от перегрузки по току;
  • небольшой QFN-корпус размером 3×3 мм.
Читать еще:  Шевроле орландо горит чек неисправность двигателя

Рассмотрим сходства и различия трех данных микросхем для управления двигателем. STSPIN220, предназначенная для шаговых двигателей, объединяет в себе логику управления, высокую эффективность и малое сопротивление «сток-исток» открытого канала RDS(ON) (рисунок 5). Контроллер реализует управление токовым режимом с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM) с программируемым временем выключения. STSPIN220 поддерживает разрешение 256 микрошагов на один полный шаг, что позволяет сделать движение максимально плавным.

Рис. 5. Микросхема STSPIN220 для управления шаговым двигателем

Микросхемы, аналогичные модели STSPIN220:

  • STSPIN230 – монолитный драйвер для трехфазных двигателей BLDC;
  • STSPIN240 – монолитный драйвер для двух независимых двигателей постоянного тока;
  • STSPIN250 – монолитный драйвер для одного двигателя постоянного тока.

Примечание: драйвер STSPIN250 предназначен для одного двигателя в отличие от двухмоторного драйвера STSPIN240. STSPIN250 может обеспечивать более высокий ток 2,6 А (среднеквадратичное значение) и 4 А (пиковое значение).

Все эти интегральные схемы имеют максимально схожий внешний интерфейс и оперативные команды, функционально отличаются лишь их интерфейсы со стороны двигателя.

Делаем выбор

Решение о выборе типа двигателя является простым и сложным одновременно. Даже при существовании основных принципов выбора могут возникнуть ситуации, которые будут исключением из правил. Каждый тип двигателя отличается характеристиками скорости, угла поворота против крутящего момента, остановки. При выборе необходимо сопоставить желаемые функции и ограничения готового устройства с параметрами двигателя.

В большинстве случаев коллекторный и бесколлекторный двигатели не подходят для решений, в которых необходим шаговый вариант. Он лучше подходит для постоянного чередования запуска/остановки/позиционирования, в то время как первые два более пригодны для непрерывной работы. При выборе между коллекторным и бесколлекторным двигателями рассмотрите следующие аспекты:

  • коллекторные двигатели имеют меньший срок службы, чем двигатели BLDC; в первом случае срок службы зависит от износа подшипников и щеточного механизма, во втором срок ограничен только износом подшипников. Кроме того, щетки, быстро собирающие проводящую пыль, могут загрязнять другие поверхности;
  • высококачественные коллекторные двигатели могут достигать скорости 10 000 об/мин, в то время как конструкции двигателей BLDC позволяют увеличить эту скорость в 5 или даже в 10 раз;
  • коллекторные двигатели могут работать непосредственно от источника питания и, следовательно, нуждаются только в двух проводах, в то время как двигатели BLDC нуждаются в электронной коммутации, и в этом случае необходимо не менее трех проводов плюс провода датчика;
  • КПД обоих типов примерно одинаков, а вот источники потерь в них различаются. Для коллекторных двигателей большая их часть возникает в обмотках и при трении, связанном со щеточным механизмом, в то время как двигатели BLDC испытывают те же потери в обмотках, плюс дополнительные потери от вихревых токов, которые растут с увеличением скорости;
  • схема управления для шаговых двигателей изначально является гораздо более сложной, чем для коллекторных, но новые интегральные схемы, например, разработки STMicroelectronics, практически устраняют эти различия;
  • маломощный коллекторный двигатель, например, для недорогой игрушки, может быть наиболее экономичным решением в плане электропроводки и электроники управления (если она есть), но при этом он может обеспечить весьма ограниченную производительность.

Заключение

Бессчетное количество информационных справок о двигателях охватывает академическую теорию, возможные реализации, варианты использования, механические, электрические и термические проблемы, функции привода и элементы управления от простейших до продвинутых. Одним из полезных источников является «An Introduction to Electric Motors» от ST. Для более глубокого ознакомления с шаговыми двигателями и микрошагами, которые не так интуитивно понятны, как коллекторные и бесколлекторные двигатели, смотрите «Application Note AN4923 STSPIN220: Step-Mode Selection and On-the-Fly Switching to Full-Step».

Разница между шаговым двигателем и двигателем постоянного тока

Шаговый двигатель против двигателя постоянного тока Принцип, используемый в двигателях, является одним из аспектов принципа индукции. Закон гласит, что если заряд движется в магнитном поле, на него д

Содержание:

Шаговый двигатель против двигателя постоянного тока

Принцип, используемый в двигателях, является одним из аспектов принципа индукции. Закон гласит, что если заряд движется в магнитном поле, на него действует сила в направлении, перпендикулярном как скорости заряда, так и магнитному полю. Тот же принцип применяется к потоку заряда, тогда это ток и проводник, по которому течет ток. Направление этой силы задается правилом правой руки Флеминга. Простой результат этого явления состоит в том, что если ток течет по проводнику в магнитном поле, проводник перемещается. Все моторы работают по этому принципу.

Подробнее о двигателе постоянного тока

Двигатель постоянного тока питается от источников питания постоянного тока, и используются два типа двигателей постоянного тока. Это щеточный электродвигатель постоянного тока и бесщеточный электродвигатель постоянного тока.

В щеточных двигателях щетки используются для поддержания электрического соединения с обмоткой ротора, а внутренняя коммутация изменяет полярность электромагнита, чтобы поддерживать вращательное движение. В двигателях постоянного тока в качестве статоров используются постоянные или электромагниты. Все катушки ротора соединены последовательно, и каждый переход соединен с стержнем коммутатора, и каждая катушка под полюсами способствует созданию крутящего момента.

В небольших двигателях постоянного тока количество обмоток невелико, а в качестве статора используются два постоянных магнита. Когда требуется более высокий крутящий момент, количество обмоток и сила магнита увеличиваются.

Второй тип — это бесщеточные двигатели, которые имеют постоянные магниты, поскольку ротор и электромагниты расположены в роторе. Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC) имеет много преимуществ по сравнению с щеточным двигателем постоянного тока, такие как лучшая надежность, более длительный срок службы (отсутствие эрозии щеток и коллектора), больший крутящий момент на ватт (повышенная эффективность) и больший крутящий момент на вес, общее снижение электромагнитных помех (EMI) , а также снижение шума и устранение ионизирующих искр от коллектора. Транзистор высокой мощности заряжается и приводит в движение электромагниты. Эти типы двигателей обычно используются в охлаждающих вентиляторах компьютеров.

Подробнее о шаговом двигателе

Шаговый двигатель (или шаговый двигатель) — это бесщеточный электродвигатель постоянного тока, в котором полное вращение ротора разделено на ряд равных шагов. Затем положение двигателя можно контролировать, удерживая ротор на одном из этих этапов. Без какого-либо датчика обратной связи (контроллер с разомкнутым контуром) он не имеет обратной связи как серводвигатель.

Шаговые двигатели имеют несколько выступающих электромагнитов, расположенных вокруг куска железа в форме центральной шестерни. Электромагниты получают питание от внешней цепи управления, например микроконтроллера. Чтобы заставить вал двигателя вращаться, сначала на один из электромагнитов подается мощность, которая заставляет зубья шестерни магнитно притягиваться к зубцам электромагнита и вращается в это положение. Когда зубья шестерни совмещены с первым электромагнитом, зубья смещены относительно следующего электромагнита на небольшой угол.

Для перемещения ротора включается следующий электромагнит, выключая остальные. Этот процесс повторяется для непрерывного вращения. Каждый из этих небольших поворотов называется «шагом». Целое число из нескольких шагов завершает цикл. Используя эти шаги для поворота двигателя, можно управлять двигателем для получения точного угла. Есть четыре основных типа шаговых двигателей; Шаговый двигатель с постоянным магнитом, гибридный синхронный шаговый двигатель, шаговый двигатель с переменным сопротивлением и шаговый двигатель типа Лаве

Шаговые двигатели используются в системах позиционирования с контролем движения.

Двигатель постоянного тока против шагового двигателя

• Двигатели постоянного тока используют источники питания постоянного тока и делятся на два основных класса; щеточный и бесщеточный двигатель постоянного тока, тогда как шаговый двигатель — это бесщеточный двигатель постоянного тока с особыми характеристиками.

• Обычный двигатель постоянного тока (за исключением подключенных к сервомеханизмам) не может управлять положением ротора, в то время как шаговый двигатель может управлять положением ротора.

• Шагами шагового двигателя необходимо управлять с помощью устройства управления, такого как микроконтроллер, в то время как обычные двигатели постоянного тока не требуют таких внешних входов для работы.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector