+7(980)249-22-27
Кузовной ремонт автомобиля
Покраска в камере, полировка
Автозапчасти на заказКак запустить шаговый двигатель от принтера
Шаговый двигатель от старого принтера как генератор
Разобрав старый принтер мне достался вот такой красавец:
Что это? Шаговый двигатель, двигателей такого типа полно в принтерах и CD/DVD’ромах и в старых флоппиках.
Для чего он может пригодится спросите Вы? Из них выходят отличные генераторы переменного тока (спасибо Тесле), и без проблем переменный ток можно преобразовать в постоянный. А что самое интересное — переменний ток при выпрямлении можно умножать при помощи умножителя напряжения, о них расскажет ChipiDip:
Собрал по классической схеме удвоитель напряжения и подключил его к одной фазе двигателя:
Конденсаторов на 10 000 мкФ и лихвой хватит для роботы с моим шаговиком.
Диоды Шоттки имеют немного высший КПД нежели обычные кремниевые, потому я остановился на них. Мои диоды рассчитанные на ток 5 Ампер, так что спалить их не боюсь.
Крутнул несколько раз от руки и…
Попробуем сделать искру:
Накопившейся энергии в конденсаторах хватило даже на две.
Напряжение ушло выше 20-ти вольт, но не следует думать что выше 20 вольт это уже много, как видим энергия накопившаяся в конденсаторах несильно раскрутила компьютерный кулер. Как учили в школе, мощность (измеряется в Ваттах) это напряжение умножено на ток, ток же, небольшой, что можно будет увидеть на видео ниже:
Может от руки полученная мощность и небольшая но кулер крутится немного быстрей ежели через обычный мостовой выпрямитель, да и можно же собрать ещё один удвоитель и подключить его к второй свободной фазе и подсоединяя последовательно или параллельно можно удваивать ток или же напряжение.
С уважением HWman.
Мой канал на ютюбе, подписывайтесь, дальше будет интересней.
ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ!
About HWman
Что такое шаговый двигатель и как он работает
От простого DVD-плеера или принтера в вашем доме до сложнейшего станка с ЧПУ или роботизированного манипулятора шаговые двигатели можно найти практически везде. Его способность совершать точные движения с электронным управлением позволила этим двигателям найти применение во многих сферах, таких как камеры наблюдения, жесткий диск, станки с ЧПУ, 3D-принтеры, робототехника, сборочные роботы, лазерные резаки и многое другое. В этой статье мы узнаем, что делает эти моторы особенными, и теорию, стоящую за ними.Мы узнаем, как использовать один для вашего приложения.
Введение в шаговые двигатели
Как и все двигатели, шаговые двигатели также имеют статор и ротор , но в отличие от обычного двигателя постоянного тока, статор состоит из отдельных наборов катушек. Количество катушек будет отличаться в зависимости от типа шагового двигателя , но пока просто поймите, что в шаговом двигателе ротор состоит из металлических полюсов, и каждый полюс будет притягиваться набором катушек в статоре.На приведенной ниже схеме показан шаговый двигатель с 8 полюсами статора и 6 полюсами ротора.
Если вы посмотрите на катушки на статоре, они расположены в виде пар катушек, как A и A 'образуют пару B, а B' образуют пару и так далее. Таким образом, каждая из этой пары катушек образует электромагнит, и они могут быть запитаны индивидуально с помощью схемы драйвера. Когда на катушку подается напряжение, она действует как магнит, и полюс ротора выравнивается по отношению к ней, а когда ротор вращается, чтобы приспособиться к статору, он называется одним шагом .Точно так же путем последовательного включения катушек мы можем вращать двигатель небольшими шагами, чтобы совершить полный оборот.
Типы шаговых двигателей
Существуют в основном три типа шаговых двигателей в зависимости от конструкции:
- Шаговый двигатель с переменным сопротивлением: Они имеют ротор с железным сердечником, который притягивается к полюсам статора и обеспечивает движение при минимальном сопротивлении между статором и ротором.
- Шаговый двигатель с постоянными магнитами: Они имеют ротор с постоянными магнитами и отталкиваются или притягиваются к статору в соответствии с приложенными импульсами.
- Гибридный синхронный шаговый двигатель: Они представляют собой комбинацию переменного реактивного сопротивления и шагового двигателя с постоянными магнитами.
Помимо этого, мы также можем классифицировать шаговые двигатели как Униполярные и Биполярные в зависимости от типа обмотки статора.
- Биполярный шаговый двигатель: Катушки статора на этом типе двигателя не имеют общего провода. Управление этим типом шагового двигателя отличается и является сложным, и также невозможно легко разработать схему управления без микроконтроллера.
- Униполярный шаговый двигатель: В этом типе шагового двигателя мы можем взять центральное ответвление обеих фазных обмоток для общего заземления или для общей мощности, как показано ниже. Это облегчает управление двигателями, в униполярном шаговом двигателе также много типов
Режимы работы в шаговом двигателе
Поскольку статор ступенчатой моды состоит из разных пар катушек, каждая пара катушек может возбуждаться разными способами, что позволяет модам работать во многих разных режимах.Ниже приведены широкие классификации
Full Step Mode
В режиме полного шага возбуждения мы можем добиться полного вращения на 360 ° с минимальным количеством оборотов (шагов). Но это приводит к меньшей инерции, а также вращение не будет плавным. Есть еще две классификации в режиме полного пошагового возбуждения: , однофазное пошаговое включение и два фазовых режима, .
1. Один пошаговый пошаговый или волновой пошаговый: В этом режиме только одна клемма (фаза) двигателя будет включена в любой момент времени.Это имеет меньшее количество шагов и, следовательно, может обеспечить полный поворот на 360 °. Поскольку число шагов меньше, ток, потребляемый этим методом, также очень низок. В следующей таблице приведена последовательность шаговых волн для 4-фазного шагового двигателя
| Step | Фаза 1 | Фаза 2 | Фаза 3 | Фаза 4 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 0 |
| 4 | 0 | 0 | 0 | 1 |
2.Двухэтапное пошаговое включение: Как следует из названия в этом методе, две фазы будут одной. Он имеет то же количество шагов, что и волновой шаг, но поскольку две катушки находятся под напряжением одновременно, он может обеспечить лучший крутящий момент и скорость по сравнению с предыдущим методом. Хотя одним из недостатков является то, что этот метод также потребляет больше энергии.
| Step | Фаза 1 | Фаза 2 | Фаза 3 | Фаза 4 |
| 1 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 2 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 4 | 1 | 0 | 0 | 1 |
полушаговый режим
Режим полушагового режима представляет собой комбинацию однофазного и двухфазного режимов.Эта комбинация поможет нам преодолеть вышеупомянутый недостаток обоих режимов.
Как вы уже догадались, так как мы объединяем оба метода, нам нужно выполнить 8-шаговых в этом методе, чтобы получить полный оборот. Последовательность переключения для 4-фазного шагового двигателя показана ниже
| Шаг | Фаза 1 | Фаза 2 | Фаза 3 | Фаза 4 |
| 1 | 1 | 0 | 0 | 0 |
| 2 | 1 | 1 | 0 | 0 |
| 3 | 0 | 1 | 0 | 0 |
| 4 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 5 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 6 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| 7 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 8 | 1 | 0 | 0 | 0 |
Micro Step Mode
Микрошаговый режим является комплексным из всех, но он предлагает очень хорошую точность наряду с хорошим крутящим моментом и плавной работой.В этом методе катушка будет возбуждена двумя синусоидальными волнами, которые находятся на расстоянии 90 °. Таким образом, мы можем контролировать как направление, так и амплитуду тока, протекающего через катушку, что помогает нам увеличить количество шагов, которые двигатель должен сделать за один полный оборот. Микропереступление может занять до 256 шагов, чтобы сделать один полный оборот, что делает двигатель вращаться быстрее и плавнее.
Как использовать шаговый двигатель
Достаточно скучной теории, давайте предположим, что кто-то дает вам шаговый двигатель, например, знаменитый 28-BYJ48, и вам действительно интересно, как он работает.К этому времени вы бы поняли, что невозможно заставить эти двигатели вращаться, просто запитав их от источника питания, так как бы вы это сделали?
Давайте посмотрим на этот 28-BYJ48 шаговый двигатель .
Итак, в отличие от обычного двигателя постоянного тока, у него пять проводов всех причудливых цветов, и почему это так? Чтобы понять это, мы должны сначала узнать, как работает степпер, о котором мы уже говорили. Прежде всего, шаговые двигатели не вращают , они ступенчатые, поэтому их также называют шаговыми двигателями .Это означает, что они будут двигаться только один шаг за раз. Эти двигатели имеют последовательность катушек, присутствующих в них, и эти катушки должны быть включены определенным образом, чтобы двигатель вращался. Когда каждая катушка находится под напряжением, двигатель делает шаг, и последовательность активирования заставит двигатель делать непрерывные шаги, заставляя его вращаться. Давайте посмотрим на катушки внутри двигателя, чтобы точно знать, откуда эти провода.
Как вы можете видеть, двигатель имеет однополюсных 5-выводных катушек .Есть четыре катушки, которые должны быть включены в определенной последовательности. На красные провода подается напряжение +5 В, а остальные четыре провода будут заземлены для запуска соответствующей катушки. Мы используем любой микроконтроллер для подачи питания на эти катушки в определенной последовательности и заставить двигатель выполнять необходимое количество шагов. Опять же, есть много последовательностей, которые вы можете использовать, обычно используется , 4-ступенчатый , а для более точного управления также можно использовать 8-ступенчатый, , . Таблица последовательности для 4-ступенчатого управления показана ниже.
| Шаг | Катушка под напряжением |
| Шаг 1 | А и В |
| Шаг 2 | B и C |
| Шаг 3 | C и D |
| Шаг 4 | D и A |
Итак, почему этот двигатель называется 28-BYJ48 ? Шутки в сторону!!! Я не знаю.Для этого мотора нет никаких технических оснований называться так; может быть, мы не должны углубляться в это. Давайте посмотрим на некоторые важные технические данные, полученные из таблицы данных этого двигателя на рисунке ниже.
Это голова, полная информации, но нам нужно взглянуть на несколько важных, чтобы знать, какой тип степпера мы используем, чтобы мы могли эффективно его программировать. Сначала мы знаем, что это шаговый двигатель 5В, так как мы подаем на красный провод напряжение 5В.Кроме того, мы также знаем, что это четырехфазный шаговый двигатель, поскольку в нем было четыре катушки. Теперь передаточное число составляет 1:64. Это означает, что вал, который вы видите снаружи, совершит один полный оборот, только если двигатель внутри будет вращаться 64 раза. Это происходит из-за зубчатых колес, которые соединены между двигателем и выходным валом, эти зубчатые колеса помогают увеличить крутящий момент.
Другие важные данные, на которые следует обратить внимание, это угол шага : 5,625 ° / 64. Это означает, что двигатель при работе в 8-ступенчатой последовательности будет двигаться 5.625 градусов для каждого шага, и для выполнения одного полного поворота потребуется 64 шага (5,625 * 64 = 360).
Расчет шагов за оборот для шагового двигателя
Важно знать, как рассчитать число шагов на оборот для вашего шагового двигателя, потому что только тогда вы сможете эффективно его программировать / управлять.
Предположим, что мы будем работать с двигателем в 4-х ступенчатой последовательности, поэтому угол шага будет 11,25 °, поскольку он составляет 5,625 ° (приведено в таблице) для 8-ступенчатой последовательности, это будет 11.25 ° (5,625 * 2 = 11,25).
шагов на оборот = 360 / угол шага Здесь 360 / 11,25 = 32 шага за оборот.
Зачем нам нужны модули драйверов для шаговых двигателей?
Большинство шаговых двигателей будут работать только с помощью модуля привода. Это связано с тем, что модуль контроллера (микроконтроллер / цифровая схема) не сможет обеспечить достаточный ток от своих выводов ввода / вывода для работы двигателя. Поэтому мы будем использовать внешний модуль, такой как ULN2003, модуль , в качестве драйвера шагового двигателя .Существует много типов модулей драйвера, и номинальная мощность одного из них будет изменяться в зависимости от типа используемого двигателя. Основным принципом для всех модулей привода будет источник / приемник достаточного тока для работы двигателя. Кроме того, существуют также модули драйверов, в которых заранее запрограммирована логика, но мы не будем обсуждать это здесь.
Если вам интересно узнать, как вращать шаговый двигатель с помощью микроконтроллера и ИС драйвера, то мы рассмотрели много статей о его работе с различными микроконтроллерами:
Теперь я считаю, что у вас достаточно информации для управления любым шаговым двигателем, который вам необходим для вашего проекта.Давайте посмотрим на преимущества и недостатки шаговых двигателей.
Преимущества шаговых двигателей
Одним из основных преимуществ шагового двигателя является то, что он имеет превосходный контроль положения и, следовательно, может использоваться для точного управления. Кроме того, он обладает очень хорошим удерживающим моментом, что делает его идеальным выбором для робототехники. Считается, что шаговые двигатели имеют более длительный срок службы, чем обычный двигатель постоянного тока или серводвигатель.
Недостатки шаговых двигателей
Как и все двигатели, шаговые двигатели также имеют свои недостатки, так как они вращаются, делая маленькие шаги, и не могут достичь высоких скоростей.Кроме того, он потребляет энергию для удержания крутящего момента, даже когда он идеален, что увеличивает потребление энергии.
,Motors и правильный выбор
Введение
В любой момент вы находитесь рядом, по крайней мере, с одним или двумя типами двигателей. От вибромотора в вашем мобильном телефоне до вентиляторов и привода компакт-дисков в вашей любимой игровой системе - все вокруг нас. Моторы позволяют нашим устройствам взаимодействовать с нами и окружающей средой. С множеством приложений для двигателей, конструкция и работа их могут варьироваться.
Что вы выучите
В этом уроке мы рассмотрим некоторые из этих основных типов двигателей и их использование:
- DC Brush Motors
- Бесщеточный Моторс
- Stepper Motors
- Линейные Моторы
Рекомендуемое чтение
Что заставляет мотор двигаться?
Самый расплывчатый и простой ответ - магнетизм! Хорошо, теперь давайте возьмем эту простую силу и превратим ее в суперкар!
Для простоты нам необходимо взглянуть на некоторые концепции через призму мысленного эксперимента.Некоторые свободы будут взяты, но если вы хотите разобраться в деталях, вы можете проконсультироваться с доктором Гриффитсом. Для нашего мысленного эксперимента мы собираемся заявить, что магнитное поле создается движущимся электроном , то есть током . Хотя это создает для нас классическую модель, вещи выходят из строя, когда мы достигаем атомарного уровня. Чтобы понять атомный уровень магнетизма больше, Гриффитс объясняет это в другой книге ...
Электромагнетизм
Чтобы создать магнит или магнитное поле, нам нужно посмотреть, как они генерируются.Отношения между током и магнитным полем ведут себя по правилу правой руки. Когда ток проходит через провод, вокруг провода формируется магнитное поле в направлении ваших пальцев, когда они оборачиваются вокруг него. Это упрощение закона силы Ампера, поскольку он действует на проводе с током. Теперь, если вы поместите этот же провод в уже существующее магнитное поле, вы можете создать силу. Эта сила называется силой Лоренца.
Правило правой руки показывает направление магнитного поля относительно пути тока.
Если ток увеличивается, сила магнитного поля усиливается. Хотя, чтобы сделать что-то полезное с полем, потребовалось бы невероятное количество тока. Кроме того, провод, доставляющий ток, будет иметь ту же магнитную силу, создавая, таким образом, неконтролируемые поля. Изгибая проволоку в петлю, можно создать направленное и концентрированное поле.
Поле не изменилось. Сгибая провод в петлю, направления поля просто выровнены.
Электромагниты
Путем зацикливания провода и пропускания тока создается электромагнит. Если одна петля провода может сконцентрировать поле, что вы можете сделать с большим количеством? Как насчет нескольких сто больше! Чем больше петель вы добавляете в схему, тем сильнее становится поле для данного тока. Если это так, то почему мы не видим тысяч **, если не ** миллионов обмоток в двигателях и электромагнитах? Что ж, чем длиннее провод, тем выше сопротивление.Закон Ома (V = I * R) гласит, что для поддержания того же тока, что и сопротивление, напряжение должно увеличиваться. В некоторых случаях имеет смысл использовать более высокие напряжения; в других случаях некоторые используют больший провод с меньшим сопротивлением. Использование провода большего размера более затратно и, как правило, с ним труднее работать. Это факторы, которые необходимо учитывать при проектировании двигателя.
Электромагнит под напряжением, создающий магнитное поле.
Время эксперимента
Чтобы создать свой собственный электромагнит, просто найдите болт (или другой круглый стальной объект), какой-нибудь магнитный провод (калибр 30-22 работает нормально) и аккумулятор.
Примечание: для этого эксперимента рекомендуется использовать литиевые батареи , а не .
Оберните между сталью 75-100 витков проволоки. Использование стального центра дополнительно концентрирует магнитное поле, увеличивая его эффективную силу. Мы рассмотрим, почему это происходит в следующем разделе.
Небольшая термоусадка или лента могут помочь удерживать катушки в центре стали.
Теперь, используя наждачную бумагу, удалите изоляцию с концов проводов и подключите каждый провод к каждой клемме батареи.Поздравляем! Вы построили первый компонент двигателя! Чтобы проверить прочность вашего электромагнита, попробуйте подобрать скрепки или другие мелкие стальные предметы.
Это не волшебство, это НАУКА !!!
Ферромагнетизм
Оглядываясь назад на начало нашего мыслительного эксперимента, магнитные поля могут создаваться только током. Принимая определение тока как потока электронов, электроны, вращающиеся вокруг атома, должны создавать ток и, следовательно, магнитное поле! Если у каждого атома есть электроны, все ли магнитно? ДА! Вся материя, включая лягушек, может проявлять магнитные свойства при достаточном количестве энергии.Но не весь магнетизм создан одинаково. Причина, по которой я могу подобрать винты с магнитом для повторного охлаждения, а не с лягушкой, заключается в разнице между ферромагнетизмом и парамагнетизмом. Способ дифференцировать эти два (и еще несколько типов) через изучение квантовой механики.
Ферромагнетизм будет в центре нашего внимания, так как это самое сильное явление, с которым у нас больше всего опыта. Кроме того, чтобы избавить нас от необходимости понимать это на квантовом уровне, мы примем, что атомы ферромагнитных материалов стремятся выровнять свои магнитные поля со своими соседями.Хотя они имеют тенденцию выравниваться, несоответствия в материале и других факторах, таких как кристаллическая структура, создают магнитные домены.
Когда магнитные домены выровнены в случайном порядке, соседние поля компенсируют друг друга, что приводит к образованию намагниченного материала. Оказавшись в сильном внешнем поле, можно перестроить эти домены. При выравнивании этих доменов общее поле усиливается, создавая магнит!
Это повторное выравнивание может быть постоянным в зависимости от напряженности поля.Это здорово, потому что они нам понадобятся в следующем разделе.
постоянных магнитов
Постоянные магниты ведут себя так же, как электромагниты. Разница лишь в том, что они постоянны.
На всех чертежах стрелки будут указывать в направлении от северного полюса к южному полюсу. Другое соглашение состоит в том, чтобы использовать красный цвет для представления севера и синий для представления юга. Чтобы определить полярность магнитов, вы можете использовать компас. Поскольку противоположности притягиваются, стрелка будет указывать на север к южному полюсу магнита.
Вы можете выполнить тот же эксперимент с электромагнитом, чтобы определить полярность.
Если вы измените направление тока, вы увидите, как электромагнит может повернуть свои полюса.
Это ключевой принцип построения двигателей! Теперь давайте посмотрим на некоторые разные двигатели и как они используют магниты и электромагниты.
DC Brush Motors - Классический
Щеточный двигатель постоянного тока является одним из самых простых двигателей, используемых в настоящее время.Вы можете найти эти моторы где угодно. Они в бытовой технике, игрушках и автомобилях. Эти моторы просты в конструировании и управлении, и они являются идеальным решением для профессионалов и любителей.
Анатомия кисти двигателя
Чтобы лучше понять, как это работает, давайте начнем с того, что сломаем простой хобби-мотор. Как видите, они просты по конструкции, состоят из нескольких ключевых компонентов.
- Щетки
- - Подает питание от контактов к якорю через коммутатор Контакты
- - Подает питание от контроллера к щеткам Коммутатор
- - Подает питание на соответствующий набор обмоток при вращении якоря Обмотки
- - преобразует электричество в магнитное поле, которое приводит в движение ось Ось
- - передает механическую мощность двигателя пользовательскому приложению
- Магниты - обеспечивают магнитное поле для обмоток, чтобы притягивать и отталкивать Втулка
- - минимизирует трение на ось
- Can - Обеспечивает механический кожух для двигателя
Теория работы
Когда обмотки находятся под напряжением, они притягиваются к магнитам, расположенным вокруг двигателя.Это вращает двигатель, пока щетки не соприкоснутся с новым набором контактов коммутатора. Этот новый контакт возбуждает новый набор обмоток и снова запускает процесс. Чтобы изменить направление вращения двигателя, просто измените полярность контактов двигателя. Искры внутри мотора щетки возникают при переходе щетки к следующему контакту. Каждый провод катушки соединен с двумя ближайшими контактами коммутатора.
Нечетное количество обмоток всегда используется для предотвращения блокировки двигателя в устойчивом состоянии.Более крупные двигатели также используют больше наборов обмоток, чтобы помочь устранить «зубцы», обеспечивая, таким образом, плавное управление при низких оборотах в минуту (об / мин). Зубчатость может быть продемонстрирована вращением оси двигателя вручную. Вы почувствуете «удары» в движении, когда магниты находятся ближе всего к обнаженному статору. Зубчатость может быть устранена с помощью нескольких хитростей в дизайне, но наиболее распространенным является удаление статора все вместе. Эти типы двигателей называют двигателями без железа или без сердечника.
Плюсы
- Прост в управлении
- Превосходный крутящий момент на низких оборотах
- Недорого и массово произведено
Минусы
- Щетки могут изнашиваться со временем
- Кисти дуги могут генерировать электромагнитный шум
- Обычно ограничен по скорости из-за нагрева щетки
Бесщеточные двигатели - БОЛЬШЕ МОЩНОСТИ!
Бесщеточные двигатели вступают во владение! Хорошо, возможно это было преувеличением.Тем не менее, бесколлекторные двигатели начали доминировать на рынках хобби между самолетами и наземными транспортными средствами. Управление этими двигателями было препятствием, пока микроконтроллеры не стали дешевыми и достаточно мощными, чтобы справиться с этой задачей. Продолжается работа по разработке более быстрых и эффективных контроллеров, чтобы раскрыть их удивительный потенциал. Без щеток, которые выходят из строя, эти двигатели обеспечивают большую мощность и могут работать тихо. Большинство высококачественных приборов и транспортных средств переходят на бесщеточные системы. Один известный пример - Tesla Model S.
Анатомия бесщеточного мотора
Чтобы лучше понять, как это работает, давайте начнем с того, что сломаем простой бесщеточный мотор. Они обычно встречаются на самолетах и вертолетах с дистанционным управлением.
- Обмотки
- - преобразует электричество в магнитное поле, которое приводит в движение ротор
- Контакты - Подает питание от контроллера к обмоткам
- Подшипники - минимизирует трение для оси
- Магниты - обеспечивают магнитное поле для обмоток, чтобы притягивать и отталкивать Ось
- - передает механическую мощность двигателя пользовательскому приложению
Теория работы
Механика бесщеточного мотора невероятно проста.Единственная движущаяся часть - это ротор, который содержит магниты. Там, где все усложняется, является организация последовательности возбуждающих обмоток. Полярность каждой обмотки контролируется направлением тока. Анимация демонстрирует простой шаблон, которому будут следовать контроллеры. Переменный ток меняет полярность, придавая каждой обмотке эффект «двухтактный». Хитрость заключается в том, чтобы синхронизировать этот шаблон со скоростью вращения ротора. Есть два (широко используемых) способа, которыми это может быть достигнуто.Большинство контроллеров для хобби измеряют напряжение, создаваемое (обратная электромагнитная помеха) на обесточенной обмотке. Этот метод очень надежен при работе на высокой скорости. Поскольку двигатель вращается медленнее, создаваемое напряжение становится все труднее измерить, и возникает больше ошибок. Новые контроллеры для хобби и многие промышленные контроллеры используют датчики Холла для непосредственного измерения положения магнитов. Это основной метод управления компьютерными вентиляторами.
Плюсы
- Надежный
- Высокая скорость
- Эффективный
- массового производства и легко найти
Минусы
- Сложно контролировать без специализированного контроллера
- Требуются низкие пусковые нагрузки
- Обычно требуются специальные редукторы для привода.
Stepper Motors - просто точный
Шаговые двигатели - отличные двигатели для контроля положения.Они могут быть найдены в настольных принтерах, плоттерах, 3D-принтерах, фрезерных станках с ЧПУ и во всем, что требует точного контроля положения. Степперы - это особый сегмент бесщеточных моторов. Они специально созданы для удержания крутящего момента. Этот высокий удерживающий момент дает пользователю возможность постепенно «шагать» к следующей позиции. Это приводит к простой системе позиционирования, которая не требует кодера. Это делает контроллер шагового двигателя очень простым в сборке и использовании.
Анатомия шагового двигателя
Чтобы лучше понять, как это работает, давайте начнем с того, что сломаем простой шаговый двигатель.Как вы можете видеть, эти двигатели предназначены для прямых нагрузок, содержащих несколько ключевых компонентов.
- Ось
- - передает механическую мощность двигателя пользовательскому приложению
- Подшипники - минимизирует трение для оси
- Магниты - обеспечивают магнитное поле для обмоток, чтобы притягивать и отталкивать
- Poles - увеличивает разрешение шага расстояния путем фокусировки магнитного поля Обмотки
- - преобразует электричество в магнитное поле, которое приводит в движение ось
- Контакты - Подает питание от контроллера к обмоткам
Теория работы
Шаговые двигатели ведут себя точно так же, как и бесщеточные, только размер шага намного меньше.Единственная движущаяся часть - это ротор, который содержит магниты. Там, где все усложняется, является организация последовательности возбуждающих обмоток. Полярность каждой обмотки контролируется направлением тока. Анимация демонстрирует простой шаблон, которому будут следовать контроллеры. Переменный ток меняет полярность, придавая каждой обмотке эффект «двухтактный». Заметным отличием является то, что магнитная структура степпера отличается. Трудно заставить множество магнитов вести себя хорошо в небольших масштабах.Это также очень дорого. Чтобы обойти это, большинство шаговых двигателей используют метод с накоплением пластин для направления магнитных полюсов в «зубья».
В бесщеточном двигателе для измерения скорости используется обратная ЭДС. Степпер опирается на короткий ход каждой обмотки, чтобы «гарантировать», что он достигает желаемого момента времени. В высокоскоростном движении это может привести к остановке, когда ротор не успевает за ходом. Есть способы обойти это, но они полагаются на более глубокое понимание взаимосвязи между обмотками двигателя и индуктивностью.
Плюсы
- Отличная точность позиционирования
- Высокий удерживающий момент
- Высокая надежность
- Большинство степперов выпускаются в стандартных размерах
Минусы
- Максимальная дистанция шага ограничивает максимальную скорость
- Возможно «пропускать» ступени при высоких нагрузках
- постоянно потребляет максимальный ток
Линейный Моторс - Будущее !!!
Будущее линейно! В высокоскоростных машинах для захвата и размещения скорость - это все.С быстротой возникает трение, с трением приходит обслуживание, с обслуживанием приходит время простоя, с простоями идет потеря производительности. Благодаря удалению компонентов, необходимых для перевода вращательного движения в линейное, система становится намного легче и эффективнее. Линейные двигатели просты в обслуживании и, имея только одну движущуюся деталь, невероятно надежны. Я упоминал, что они невероятно быстрые ?! Это та машина, которую мы используем в производстве, и она невероятно быстрая! Эта машина также обладает таким ударом, на ней есть предупреждение для кардиостимуляторов.Существует целый ряд мощных редкоземельных магнитов.
Анатомия линейного двигателя
Чтобы лучше понять, как это работает, давайте заглянем внутрь нашего ковша и расположим машину внизу.
- Motion Module - содержит электромагниты и контроллер.
- Магниты - обеспечивают магнитное поле для катушек, чтобы притягивать и отталкивать
- Линейный подшипник - держит двигатель на одной оси с магнитами и является единственной движущейся частью.
Теория Операции
Механика линейного двигателя практически идентична бесщеточному двигателю.Разница лишь в том, что если бы вы взяли бесщеточный мотор и развернули его по прямой линии, у вас был бы линейный мотор. Модуль движения является единственной движущейся частью. Там, где все становится сложным, является организация последовательности подпитки катушек. Полярность каждой катушки регулируется направлением тока. Анимация демонстрирует простой шаблон, которому будут следовать контроллеры. Переменный ток меняет полярность, давая каждой катушке эффект «толкай / толкай». В линейном двигателе обычно имеется кодер или какая-то продвинутая система позиционирования для отслеживания местоположения модуля движения.Для достижения высокой точности позиционирования контроллеры намного сложнее, чем все, что встречается в обычной системе. Микрошаг является методом «дросселирования» магнитов для обеспечения плавного и точного движения. Для достижения этого линейные двигатели требуют узкоспециализированного контроллера, настроенного для каждого двигателя. По мере совершенствования технологии контроллеров мы, вероятно, увидим, что эти двигатели будут дешеветь. Может быть, когда-нибудь наши 3D-принтеры будут печатать в считанные секунды, а не часы!
Плюсы
- Надежный
- Высокая скорость
- Эффективный
- Ротари в линейное преобразование не требуется
Минусы
- Дорого
- Требуются нестандартные контроллеры
- Назначение построено для каждой системы
- я упоминал дорогой?
Ресурсы и дальнейшее развитие
Итак, мы рассмотрели несколько различных типов двигателей и их использование.Выбор двигателя потребует от вас сначала определить требования к применению. С этими требованиями вы можете посмотреть на сильные и слабые стороны каждого типа двигателя. Но что еще более важно, ищите оценки на каждом двигателе. Каждый двигатель будет иметь значения для входной мощности и выходной мощности. Вы можете рассчитать требования к нагрузке системы, но иногда достаточно просто попробовать! Чтобы дать вам уверенность в интеграции двигателей, взгляните на некоторые из этих страниц:
И, наконец, это отличное место для изучения всего, что связано с физикой.
,Руководство по использованию шаговых драйверов для материнских плат 3D-принтеров
Драйверы шаговых двигателей, а не обычный двигатель? Шаговые драйверыявляются важной частью любого 3D-принтера. Мы немного рассказали о том, как работает ваш принтер. Вы передаете инструкции на языке GCode, который в основном гласит: «Вверх по оси Z, Увеличить по оси Y, Уменьшить по оси X, Выдавливать на 1 мм». Однако есть небольшая проблема: откуда мы знаем, что принтер движется на миллиметр?
Подумайте о типичном двигателе, таком как двигатель в оконном вентиляторе или в вашем блендере.В основном это два состояния: включено и выключено. Вы можете изменить скорость, с которой он идет, но нет точной обратной связи, чтобы точно сказать, насколько он двигался. Двигатель просто получает больше или меньше тока, что заставляет его двигаться быстрее или медленнее. Обороты могут варьироваться на сотни оборотов от момента к моменту. Это здорово для фаната, но если вы хотите переместить ровно 1 кубический фут воздуха, у вас не будет контроля, недостаточно точности или обратной связи.
Решение?
Вот тут и вступает шаговый двигатель.Двигатель вашего вентилятора, стиральной машины, блендера и большинства других бытовых приборов имеет, возможно, четыре обмотки. Это электромагниты, которые притягивают и отталкивают якорь, металлический вал, проходящий через двигатель. С четырьмя обмотками нет большой точности. При нормальной работе они быстро включаются и выключаются, чтобы заставить якорь вращаться мимо них. Если мы оставим один включенным, якорь будет указывать на него. Включите другой, он движется туда. Может быть, надеть два сразу, бок о бок, и мы могли бы вставить арматуру между ними.Это не связано с этим, но это о том, что произойдет. По этому принципу работает шаговый двигатель, мы включаем обмотки, которые нам нужны, чтобы точно контролировать, где находится арматура.
В шаговом двигателе якорь имеет зубцы, которые притягиваются к обмоткам. Каждое движение зуба к обмотке - это шаг. На арматуре обычно тридцать с лишним зубов. Тридцать шагов до полного оборота. Объедините это с некоторыми зацеплениями, такими как длинные нити 3D-принтера или выемки приводного ремня, и мы сможем получить точность до миллиметра.На шаг впереди вы получаете более непосредственный контроль над обмотками и можете делать то, что называется Microstepping , где вы контролируете положение между шагами.
О тех шаговых драйверах
Шаговые двигатели сложнее, чем ваш обычный электродвигатель. Мы не можем просто включать и выключать питание. Нам нужно управлять каждой из обмоток внутри шагового двигателя. Более того, нам нужно контролировать, сколько энергии мы вкладываем. Для этого потребуется не менее четырех проводов.Потребуется вычислительная мощность для управления потоком электроэнергии от обмотки к обмотке контролируемым образом. Представьте себе, что в вашем 3D-принтере задействовано как минимум четыре мотора, и, возможно, они задействованы в большей степени, и вам придется много манипулировать.
У вас есть по крайней мере один для X, другой для Y и, возможно, два на оси Z для поднятия / опускания печатающей головки или основания принтера, и у вас есть по крайней мере один для экструдера. Есть также аксессуары, такие как вентилятор и кровать с подогревом для печати, чтобы не отставать.На материнской плате вашего 3d-принтера есть только так много возможностей ввода-вывода, и этот маленький микроконтроллер может сделать столько всего за один раз.
Это - то, где входят Драйверы Stepper. Ваш микроконтроллер пошлет основные инструкции водителю, «поверните + четыре шага», и водитель будет управлять остальными. Драйвер будет управлять током на шаговый двигатель, он будет управлять тем, какие обмотки под напряжением, и он может сделать намного больше. Существует целый мир специализированных функций, которые может выполнять ваш водитель. Драйвер представляет собой выделенный мозг и коммутационное оборудование (обычно MOSFETS).В этом маленьком мозгу может быть реализован широкий спектр алгоритмов, чтобы обеспечить микрошагов для повышения точности, обнаружения останова двигателя при перегрузке, работы с низким уровнем шума и даже работы с более высоким напряжением.
Давайте загрузим некоторые драйверы
(шучу ...)
Мы рассмотрим драйверы от двух основных поставщиков: Trinamic и Pololu . Обе эти компании предлагают множество функций по широкому спектру цен. У них есть что-то, что удовлетворит ваши потребности, ищите ли вы что-то более дешевое, чтобы побаловаться или работаете над 3D-печатью ячейки.
Trinamic 2100 Шаговые драйверы
$ 5 Entry Item
Это хороший базовый драйвер для экспериментов. Он доступен для заказов на одну единицу, и если вам удастся случайно подать 24 вольт, потому что вы неправильно прочитали эту заметку о центрально-отрицательном напряжении в вашем блоке питания ... Его можно сломать.
Функции, предлагаемые по этой цене, довольно скромны. Trinamic требует до 256 микрошагов за шаг , бесшумную работу и пиковую мощность 2.5 ампер и 46 вольт постоянного тока. 2100 также имеет функцию снижения тока, когда двигатель неподвижен, так как для удержания положения требуется меньший крутящий момент. Бортовое оборудование обнаруживает и предотвращает перегрев и некоторые закорачивания.
Мы считаем, что это идеальный драйвер для новичка. Вы можете быстро создать прототип на нем, и нет ничего сложного или продвинутого, чтобы обернуть голову вокруг. Вы подключаетесь и сразу начинаете шагать. Он не предлагает много необычных функций, но это не обязательно. Это просто для работы.
Тринамик 2130
Другой вариант 5 $
Старший брат 2100, и это почти тот же чип. Дополнительные несколько центов, которые вы платите, поддерживаются для поддержки управления скоростью, зависящей от нагрузки, предотвращения останова, работы при более низкой температуре с помощью опции fullStep, измерения тока, пассивного торможения и свободного хода, и в остальном, всех этих функций 2100. Любопытно, что это почти стоит столько же, правда? (Подробнее об этом позже).
Переход на 2130 означает использование его дополнительных функций, что не всегда является плюсом.Легко отвлечься от всех этих дополнительных опций, так как возможность более точно управлять скоростью водителя или контролировать нагрузку двигателя - это приятная вещь. Эти приятные функции также имеют свою цену: ваше время. Переход на более продвинутый драйвер может не сильно повлиять на стоимость для домашнего любителя или даже небольшого специалиста, но использование этих функций потребует времени для изучения, написания кода и реализации.
Если вы только изучаете шаговые двигатели, это не идеальная ситуация для запуска.Наличие этих функций заманчиво, и вы можете добавить их в свой код и зацикливаться, когда что-то работает не так, как вы ожидали. Это может помешать вам изучить основы. Мы рекомендуем этот драйвер промежуточным пользователям, которые уже разбираются в работе шагового контроллера и модификациях прошивки.
Тринамик 2208
Фактические Barebones, Бюджетный вариант, за 2
$Можно ожидать, что 2200 будет иметь больше функций, чем 2100. Intel 8700, как правило, лучше, чем Intel 6700.Эта модель не имеет место здесь. 2208 является более голым вариантом. Его основными характеристиками являются бесшумная работа, интерполяция, пассивное торможение, свободное движение и чувствительный резистор. Из трех рассмотренных нами Trinamic этот даже имеет самое низкое рабочее напряжение, всего 36 В постоянного тока и максимальную мощность 1,4 А.
Однако есть одно большое различие: интерфейс управления. 2100 и 2130 используют SPI. Реализация UART здесь предназначена для однопроводной работы.SPI - более быстрый интерфейс, но для его запуска требуется больше проводов. Подобные конфигурации идеально подходят для оптимизации стоимости вашего оборудования. Если вы хотите сократить стоимость продукта, а ваше оборудование имеет неиспользуемые функции, вы их отключите.
Мы не рекомендуем этот драйвер среднестатистическому DIY. Это то, что предназначено для массового производства. Если вы производите партию из 100 3D-принтеров, сделанных на заказ, или какую-либо другую массовую продукцию, это то, что вам нужно. Это недорогой вариант, когда для реализации точной идеи необходимы более низкие функции.
Pololu A4988
прямые шаговые драйверы
Нам нравится бренд Pololu и документация для их водителей. Все, что мы могли хотеть, прямо перед нами. Их A4988 представляет собой простой, простой в развертывании драйвер, он может обрабатывать до 8-проводного шагового двигателя, обеспечивает 16 микростадий на шаг (но может быть настроен на меньшее количество), позволяет пользователям увеличивать выходное напряжение для увеличения скорости шагового двигателя. (на свой страх и риск), и поставляется с вашей стандартной токовой, короткой и тепловой защитой.
Это еще один сильный соперник для любителя, только начинающего заниматься степпером. Мы считаем, что водитель достаточно прост в эксплуатации, документация исчерпана, и за 6 долларов нам было бы легко бросить на него деньги, чтобы погрузиться в поле.
Pololu DRV8825
Месть Особенности
Если A4988 - простые шаговые драйверы, то DVR8825 - это универсальная версия. Он предлагает 32 микрошагов на шаг , работа до 45 вольт и при достаточном охлаждении подтолкнет 2.2 ампера на катушку. Это замена A4988 с почти идентичной разводкой, поэтому он идеально подходит для обновления на месте. И самое главное, на наш взгляд, это то, что он может работать от 3,3 и 5 вольт систем. Встроенное регулирование на плате позволяет немного больше гибкости.
Вы, возможно, не думаете, что поддержка нескольких напряжений - это большое дело, но это может быть. Когда вы разрабатываете электронику, у всего есть свои требования к напряжению. Вы можете использовать 5-вольтовое малиновое пи, у вас может быть реле на 3.3 вольт, у вас может быть микроконтроллер меньшей мощности на 3,3 вольт, может быть экран, работающий на 9 вольт. Управление питанием становится проблемой. Эта плата будет работать лучше, чем ее более дешевый аналог, она все еще проста в эксплуатации и более щадящая в отношении рабочих напряжений.
Это драйвер за 9 долларов, поэтому он не такой дешевый, как у конкурентов, но его прочная конструкция делает его простым выбором для модернизации по сравнению с другими платами Pololu, и мы думаем, что это может быть даже хорошая стартовая плата.Он не ограничивается чрезмерно сложными функциями, он просто работает и дает пользователям немного дополнительной производительности и совместимости.
A Примечание о цене шаговых драйверов
Вы могли бы кое-что заметить о деталях Trinamic: их посредники предлагают оптовые цены, и во многих случаях по умолчанию порядка 2000 единиц. Это рынок, на котором сосредоточено Trinamic. На этом уровне разница в ценах между 2100 и 2130 является более серьезной. Для потребителя вы бы с радостью сбросили дополнительный доллар за добавленные функции.Для производителя камеры или другого крупномасштабного производства математика другая: получите 2000 единиц без дополнительной функции или получите 1400 с дополнительной функцией. Вы должны оправдать эти затраты, используя дополнительные функции, или перейти на более дешевую единицу. Это не стоит много в индивидуальном масштабе, но эти копейки складываются.
Тринамик
Trinamic стремится к большей рыбе в пруду, которую они хотят продать компаниям, которые ничего не думают о заказе из шести цифр. Преимущество здесь в том, что вы знаете, что их оборудование будет поддерживаться годами.Вы не можете продать пятьдесят тысяч единиц продукции крупному производителю, а затем сказать: «О, извините, мы больше этого не сделаем. Купите пятьдесят тысяч наших новых продуктов, чтобы получить поддержку ». Есть несколько преимуществ при покупке на профессиональном производственном рынке.
Пололу
Pololu, с другой стороны, кажется гораздо более сфокусированным на пространстве для любителей и создателей. Их веб-сайт предлагает цены до 100 единиц для массового заказа, что достаточно для небольшого, индивидуального производства, производимого в производственном пространстве. Их документация богата, с фотографиями и деталями, чтобы рассказать вам больше о своих продуктах.По общему признанию с Trinamic, они дают вам свои фирменные названия для функций, и вы ничего не будете знать, пока не получите таблицу данных.
Имея это в виду, мы бы придавали Pololu большой вес, если вы пытаетесь узнать о степперах и драйверах степперов. Коммуникация является мощным компонентом в использовании чего-либо в пространстве производителя и дизайна.
Нужна помощь в настройке прошивки Marlin?
