Выбор шагового двигателя

Вам уже приходилось делать выбор между разными шаговыми двигателями для реализации своих амбициозных проектов? Зачастую у новичков существует миф, что NEMA 17 слабые и ни на что не годные шаговики, а для 3D-принтера обязательно нужен как минимум NEMA 23, а то и дороже. Давайте попробуем разобраться какие критерии всё-таки должны учитываться при правильном выборе шагового двигателя. Если на них не обращать внимание, а просто надеяться на свой инстинкт потребителя, то в результате можно сильно разочароваться. К примеру можно купить как бы обычный двигатель NEMA 17 и стандартный драйвер рекомендуемый под него, но получить постоянно перегревающуюся микросхему драйвера и невозможность нормальной работы проекта.

Посмотрим для начала какой выбор нам предоставляют самые доступные поставщики шаговых двигателей.


Двигатели NEMA 16 представлены такими моделями

МодельУгол шагаКоличество проводовНоминальный
ток фазы, А
Сопротивление фазы, ОмИндуктивность
фазы, мГн
Инерция
ротора,
г·см2
Удерживающий
момент, Н·см
Крутящий
момент,
Н·см
Длина мотора,
мм
39HS200441,840,4218121280,520
39HS260641,840,691014140,826
39HS340641,8
40,612131918134
39HS341241,8
41,23,231916134
39HS340461,8
60,430141912134
39HS400641,8
40,6122024241,240
39HS401241,8
41,23,86,524241,240
39HS400461,8
60,4302224181,240

Диаметр вала у NEMA 16 - 5 мм

В формфакторе NEMA 17 нам доступны такие двигатели

МодельУгол
шага
Длина
мотора,
мм
Номинальный
ток, А
Сопротивление
фазы, Ом
Индуктивность
фазы, мГн
Удерживающий
момент, Н·см
Крутящий
момент,
Н·см
Инерция
ротора,
г·см2
Количество
проводов,
шт.
Вес
мотора,
г
17HS2408
1,8280,6810121,6344150
17HS3401
1,8341,32,42,8281,6344220
17HS3410
1,8
341,71,21,8281,6344220
17HS3430
1,8
340,43035281,6344220
17HS3630
1,8
340,43018211,6346220
17HS3616
1,8
340,167540141,6346220
17HS4401
1,8
401,71,52,8402,2544280
17HS4402
1,8
401,32,55402,2544280
17HS4602
1,8
401,23,22,8282,2546280
17HS4630
1,8
400,43028282,2546280
17HS8401
1,8
481,81,83,2522,6684400
17HS8402
1,8
481,33,25,5522,6684400
17HS8403
1,8
482,31,21,6462,6684400
17HS8630
1,8
480,43038342,6686400

 Точность шага без нагрузки ±5 %

Диаметр вала 5 мм


Следующий формфактор NEMA 23 представлен такими моделями

МодельУгол
шага
Длина
мотора,
мм
Диаметр
вала,
мм
Длина
вала,
мм
Номинальный
ток, А
Сопротивление
фазы, Ом
Индуктивность
фазы, мГн
Удерживающий
момент, Н·м
Крутящий
момент,
Н·см
Инерция
ротора,
г·см2
Количество
проводов,
шт.
Вес
мотора,
кг
57HS4128A41,8416,35212,80,71,40,552,515040,55
57HS5128A41,8516,35212,80,832,21,12,819040,6
57HS5128B41,8
516,35212,80,832,21,12,819040,65
57HS5630A41,8
566,352130,92,41,23,528040,72
57HS5630A4D81,8
5682130,92,41,23,528040,72
57HS5630B41,8
566,352130,92,41,23,528040,72
57HS5630B4D81,8
5682130,92,41,23,528040,72
57HS7630A41,8
766,352131,13,61,89644041,2
57HS7630A4D8
1,8
7682131,13,61,89644041,2
57HS7630B41,8
766,352131,13,61,89644041,2
57HS7630B4D81,8
7682131,13,61,89644041,2
57HS8430A41,8
846,352131,242,2662041,4
57HS8430A4D81,8
8482131,242,2662041,4
57HS8430B41,8
846,352131,242,2662041,4
57HS8430B4D8
1,8
8482131,242,2662041,4
57HS11230A4
1,8
11282131,66,831280041,8
57HS11230B4
1,8
11282131,66,831280041,8
57HS11242A4
1,8
1128214,21,41,831280041,8

У NEMA 23 диаметр вала составляет 6,35 мм или 8 мм

Варианты подключения двухфазных шаговых двигателей

Теперь разберёмся зачем шаговому двигателю нужно больше чем четыре вывода. Для этого рассмотрим различные варианты подключения двухфазных шаговиков

1) Тут мы видим самый простой вариант с 4-проводным шаговым двигателем. Здесь главное правильно соединить выводы А+ двигателя с А+ драйвера, А- двигателя с А- драйвера и так далее.


2) Дальше идёт 8 - проводный двигатель. Для него характерны два варианта подключения.

Это параллельное подключение обмоток шаговика. При таком подключении уменьшается суммарная индуктивность обмоток, что позволяет увеличить максимальную скорость вращения вала. Величина индуктивности обмоток влияет на частотные характеристики двигателя, особенно на высоких частотах управляющих сигналов. К такому подключению стоит стремиться, если вам действительно важна высокая скорость работы шаговика и критична точность и КПД на высоких оборотах.

 

А это последовательное соединение. При таком соединении двигатель будет вести себя как обычный 4-проводный.


3) Теперь, когда мы уже не так боимся множества выводов на шаговиках, посмотрим, как подключать 6-выводный двигатель.

Представленное подключение позволяет уменьшить индуктивность и этим повысить качество работы двигателя на высоких частотах (оборотах). Но при этом понижается КПД двигателя и его сила, повышается ток управления. Я бы советовал такой вариант включения только для временных скоростных операций, не требующих частого торможения и разгона, например во время возврата каретки 3D-принтера. При этом необходим механизм автоматического переключения режимов работы двигателя с полнообмоточного на полуобмоточный.


И второй вариант включения 6-проводного шагового двигателя следующий

Средние выводы каждой обмотки просто не задействуются и шаговик работает в точности как 4-проводный работяга.


Рассчетное определение необходимого момента шагового двигателя

Такой параметр как "момент" у двигателя характеризует его силу вращения. Он показывает, какой максимальной силе противодействия, приложенной на определённом расстоянии от своей оси двигатель способен противостоять.

Момент определяется по формуле M=F·R,


где М- момент силы в Н
·м; F - сила противодействия в Ньютонах; R - расстояние точки приложения силы от центра оси двигателя, в метрах.

Что такое ньютон? Это величина, характеризующая взаимодействие физических тел и полей между собой. Например, чтобы приложить к подвешенной верёвке силу, равную 1 Ньютон, в земных условиях необходимо повесить на неё гирю весом 1/9,81 =  0,102 кг.

А при диаметре вала двигателя 5 мм и крутящем моменте двигателя в 1Н·м, этот двигатель будет способен накрутить на свой вал нитку с подвешенным к ней грузом не превышающим 20,4 кг и минимальным ускорением:

·м = 0,102 кг · 1м = 20,4 кг · 5 мм

 

Использование динамометра для определения момента, требуемого от двигателя.

Теория и рассчёты это всё очень полезно, но зачастую легче и быстрее будет отбросить теорию в сторону и взять и замерять действующие силы при помощи измерительного прибора. Динамометр как раз способен экспериментально показать нам практическую силу, противодействующую нашему двигателю в прямых плоскостях (момент силы вращения он не покажет). Я в продаже не встречал динамометров дешевле  500$, поэтому буду рассматривать использование только самодельного устройства. Это устройство состоит из шкалы и, зафиксированной с одной стороны шкалы, пружины.


Градуировка и использование самодельного динамометра.

Градуировка - это нанесение делений на шкалу измерения динамометра. Для разных диапазонов измерения силы, будут необходимы разные по силе пружины и их длины, а так же длины планочки под шкалу. Допустим мы хотим своим динамометром измерять силу в пределах 1 ... 10 Н. Для его градуировки необходимо как на рисунке а) подвесить к динамометру груз в 100 г и отметить на шкале риску с цифрой 1 Н, а затем подвесить груз в 1 кг и наметить риску в 10 Н. Теперь всю шкалу между этими двумя рисками нужно поделить на 9 равных отрезков и расставить цифры от 2 до 9 Н.  

Похожие статьи

Контроль исполнения программы Arduino

Контроль исполнения программы Arduino

Данная статья посвящена описанию структур, используемых для управления циклом выполнения программы (логика управления). Управление логикой Arduino такое же как у языка C. И мы остановимся на процедурах, характерных только среде Arduino.

Настройка Arduino IDE для программирования WiFi модуля ESP8266

Настройка Arduino IDE для программирования WiFi модуля ESP8266

ESP8266 это дешевые широко распространенные модули Wi-Fi. Они состоят из самодостаточного микроконтроллера с GPIO (дискретными входами-выходами), аналоговым входом, портами параллельной связи, I2C, SPI, и самое главное с блоком Wi-Fi связи. Изначально продвигаемые как дешовые модули Wi-Fi для плат Arduino и Raspberry Pi, они так же могут быть запрограммированы как отдельные платы разработчика при помощи Arduino IDE. Для этого необходимо сначала установить библиотеки и инструментарий  ESP8266 в Arduino IDE.

Arduino UNO как осциллограф

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.

Солнечный трекер на ардуино и сервоприводе (+код для DIY)

Солнечный трекер на ардуино и сервоприводе (+код для DIY)

Сегодня мы рассмотрим схему и код для создания солнечного трекера 

  • Любая плата Arduino (Uno на данном примере)
  • Конструкция поворотного трекера
  • 2 x 4.7K подтягивающие резисторы 
  • 2 x фоторезисторы 
  • Сервопривод SG -90 

Как работают шаговые двигатели

Как работают шаговые двигатели

Использование шаговых двигателей является одним из самых простых, дешевых и легких решений для реализации систем точного позиционирования. Эти двигатели очень часто используются в различных станках ЧПУ и роботах. Сегодня я расскажу о том, как устроены шаговые двигатели и как они работают.

Подключение к ардуино датчика вращения енкодер KY-040

Подключение к ардуино датчика вращения енкодер KY-040

Енкодер вращения KY-040 - это поворотный датчик, который индицирует степень поворота оси и в каком направлении она вращается.

Это отличный прибор для контроля шаговых и серво - двигателей. Из него получится крутой орган управления менюшкой настроек контроллера. Вы также можете использовать его в качестве цифрового потенциометра.

Обзор плат ардуино \ Arduino

Обзор плат ардуино \ Arduino

Оригинальный Arduino был разработан для одной специфической задачи, и справился с этой задачей в совершенстве. С успехом первой оригинальной платы Arduino, компания решила создать больше проектов, некоторые из них для очень специфических задач. Кроме того, поскольку оригинальный дизайн Arduino был под открытой лицензией, несколько компаний и частных лиц разработали свои собственные Arduino совместимые платы расширений, или следуя принципам открытого исходного кода, предложили свои изменения в Arduino. Arduino начал программу сертификации для обеспечения совместимости с бордами, которые используют различные процессоры, и Intel Galileo был первым, кто получил подобный сертификат. Любой может сделать свой собственный Arduino-совместимый прибор, но наименование и логотип Arduino зарезервирован как торговая марка. Таким образом, вы найдете множество плат с именами, заканчивающимися на "uino", подразумевающие совместимость.

Arduino сделал дизайн платы с открытым исходным кодом, но они по-прежнему производят платы самостоятельно. Эти платы известны как официальные. Другие компании также делают Arduino совместимые платы.

Полный Arduino RFID KIT с Aliexpress Обзор набора

Полный Arduino RFID KIT с Aliexpress Обзор набора

Не дорогой, очень объемный набор для изучения чуда, под названием Arduino.

Что такое Arduino? Ох ребята ,вы еще не знаете ???

Лучше 1 раз увидеть ,чем 100 раз прочитать )

Теги: Выбор шагового двигателя