Закрыть ... [X]

Цель настоящей статьи – помочь конструктору выбрать мотор по каталогу, корректно подключить, подобрать схему управления и, следовательно, добиться необходимых технических характеристик без неоправданного завышения стоимости привода. Общие вопросы работы шаговых моторов достаточно хорошо освещены в соответствующих источниках, поэтому на  них останавливаться не будем.

Рассмотрим лишь те аспекты применения, которые необходимы инженеру для проектирования надежно работающей системы, оптимально удовлетворяющей поставленной задаче. При этом акцент будем делать на применении общеизвестных законов физики.

Шаговый привод – это единственный метод управления движением, способный работать в разомкнутом контуре, то есть без обратной связи по положению. Малые габариты, стоимость  и простота – явное преимущество шаговых систем относительно серводвигателей. Простота незамкнутого контура – второе преимущество. В отличие от серводвигателей, комбинация привод-двигатель в шаговых системах не требует настройки. Для ввода в эксплуатацию шаговых систем не требуется специальных знаний по настройке промышленных регуляторов.

По принципу действия шаговый двигатель относится к синхронным электрическим машинам: ротор может вращаться только синхронно с полем статора. По числу фаз моторы могут иметь две, три, четыре или пять фаз. Все нижесказанное относится к наиболее распространенным 2-х фазным моторам.

В соответствии с классификацией Американской национальной ассоциации производителей электрооборудования (American National Electrical Manufacture Association) шаговые моторы Американских и Европейских производителей принято обозначать по размеру торцевого фланца в десятых долях дюйма.

Одни производители используют NEMA классификацию, другие пользуются  метрическим обозначением. Их соответствие приведено в таблице.

NEMA классификация

(размер фланца в десятых долях дюйма)

NEMA 8 NEMA 11 NEMA 17 NEMA 23 NEMA 34 NEMA 43
Альтернативная классификация

(размер фланца в мм)

20 28 42 57 86 110

Последовательность проектирования шагового привода

1. Определение требуемого максимального рабочего момента Мраб

2. Выбор мотора по моменту и индуктивности, определение схемы включения обмоток

3. Расчет требуемого напряжения питания мотора

4. Определение типа и мощности источника питания

5. Определение необходимости микрошагового режима

6. Оценка точности позиционирования конечной системы

7. Выбор драйвера и контроллера

8. Тестирование готовой системы с подтверждением, что рабочие параметры привода не доходят до предельных значений с требуемым запасом

1. Определение требуемого максимального рабочего момента Мраб

Задачей данного выбора является определение  требуемого момента в системе, обеспечивающего перемещение груза заданной массы с необходимым ускорением.

1.1 Расчет кинематики рассмотрим для случая перемещения от шагового мотора  линейной нагрузки посредством пары винт-гайка.

Основное соотношение между рабочим моментом  и необходимым угловым ускорением определяется вторым законом Ньютона

Mраб = Jε

где Mраб – искомый рабочий момент на валу мотора, [Нм]; J – приведенный к валу мотора эквивалентный момент инерции, [кгм2]; ε – требуемое угловое ускорение ротора мотора, [рад/сек2].

Эквивалентный момент инерции  определяется по формуле

J=Jнагр + Jхв+Jрот, где

Jнагр – момент инерции нагрузки, приведенный к валу мотора;

Jхв – момент инерции ходового винта;

Jрот – момент инерции ротора шагового мотора.

Связь линейно перемещаемой массы с приведенным к валу мотора эквивалентным моментом инерции определяется соотношением

Jнагр = m (s/2π)2, где момент инерции выражен в [кгм2]; масса в [кг] и шаг ходового винта в [м].

Угловое ускорение связано с линейным по формуле:

ε = a 2π /s, где

a- линейное ускорение в нагрузке [м/с2];

s – шаг ходового винта [м]

Связь линейно действующих сил и эквивалентного момента  на валу мотора определяется соотношением

M=F (s/2 π), где момент выражен в [Нм]; линейная сила в [Н]; шаг ходового винта в [м].

Расчетный пример дан в конце настоящей статьи.

2. Выбор мотора по моменту и индуктивности, определение схемы включения обмоток

2.1 Подбор шагового мотора по моменту

Выбор серии (габарита) мотора определяется требуемым рабочим моментом для обеспечения необходимой динамики привода.

Момент, который указывается в каталоге  – это максимальный статический синхронизирующий момент. Он равен моменту, который возникнет при отклонении ротора на половину полного шага от устойчивого равновесного положения при оговоренном значении тока фаз.

Обычно в каталогах синхронизирующий момент шагового мотора  дается или в Нм или в кГсм. Перевод в систему Си делается чрезвычайно просто: M [Нм] = M [кГсм] /10.

Шаговый мотор – объект колебательный по самой своей природе, поэтому наиболее трудные условия работы для него это режим идеального холостого хода, когда внешнее демпфирование (рассеивание энергии внешним трением) минимально. Это приводит к тому, что динамический момент (компенсирующий силу сопротивления и  идущий на ускорение/замедление) на практике будет всегда меньше синхронизирующего момента.

При расчетах шаговых приводов без обратной связи за расчетное значение момента следует брать величину 30-70 % приведенного на графике значения,  в зависимости от степени задемпфированности системы (например, значение 30% можно принять для управления легкой заслонкой-флажком, а 70% для работы мотора на пару винт-гайка);

Нижняя граница рабочего момента, как 30%  от приведенного значения, является проектированием «на худший случай» и именно это значение указывается как рекомендуемое для расчетов в разомкнутой системе ряда известных зарубежных производителей.

При выборе двигателя по моменту необходимо также учитывать тот факт, что значения синхронизирующего момента по каталогу даны из условия работы в шаговом режиме при одновременном включении обоих фаз. Это единственный режим, когда может быть получено увеличение момента в 1.4 раза  по сравнению со всеми другими режимами.  В режиме микрошагового дробления для обеспечения равномерной тяги  результирующий вектор тяги должен иметь постоянное значение. Это возможно только в случае, если амплитудный рабочий ток одной фазы будет равен току шагового режима. В этом случае, в микрошаговом режиме максимальный момент будет в 1.4 раза меньше по сравнению с приводимыми значениями в каталоге.

2.2. Динамика- ток , индуктивность и напряжение

Второй критерий для выбора мотора – это индуктивность фазы.

Обмотка шагового  мотора это активно-индуктивная нагрузка с противоЭДС. Ограничивающим фактором для получения тока требуемой амплитуды на требуемой частоте будет остаточное напряжение, прикладываемое к индуктивности фазы. Это напряжение получается после векторного вычитания напряжения активных потерь и противоЭДС из входного напряжения.

Эффект ограничения скорости нарастания тока и вырождение синусоидального тока в треугольный при увеличении частоты вращения ротора хорошо виден на нижеприведенных осциллограммах.

>

Поэтому, для высокоскоростных приложений, необходимо подбирать моторы с минимально возможной индуктивностью и использовать схемы включения обмоток, не увеличивающие индуктивность фаз.

Обычно в одном габарите (а именно объем меди определяет ампервитки и выходную мощность электрической машины) по каталогу всегда можно подобрать мотор с требуемым значением тока и индуктивности обмотки. Это возможно за счет использования в том же объеме обмотки  провода большего сечения и, соответственно, меньшего числа витков. В результате ампервитки остаются прежними (а следовательно, не изменяется и момент), но индуктивность обмотки снижается. Платой за это служит уменьшение активного сопротивления обмотки  и увеличение рабочего тока.

Номинальные токи, приводимые в каталоге, необходимо обязательно корректировать при изменении схем включения обмоток, иначе  будет либо недоиспользование мотора по моменту, либо ухудшение его точности вследствие насыщения магнитной цепи, либо его перегрев и выход из строя.

2.4. Схема соединения обмоток исходя из условия получаемых моментов, нагрева и требуемой динамики

В каталогах можно встретить три различных варианта обмоток шаговых моторов  (2 обмотки/4 вывода, 2 обмотки/6 выводов, 4 обмотки/8 выводов).  В зависимости от способа включения обмоток, получается либо максимальная динамика на высоких скоростях (схемы с небольшой результирующей индуктивностью фазы), либо максимально возможный момент на низких скоростях (максимальное использование ампервитков мотора).

Значения токов в различных схемах корректируются, исходя из двух условий: не превышения режима максимально допустимой рассеиваемой мощности , на которую рассчитан данный мотор, и исключения насыщения магнитной цепи мотора.

Схема подключения униполярная 8 выв: биполярная последовательная 8 выв: биполярная параллельная 4 выв: биполярная 6 выв: биполярная последовательная 6 выв:

биполярная половинная

Рисунок
Ток фазы 1 0.7 1.4 как по каталогу 0.7 1
Сопротивление фазы 1 2 0.5 как по каталогу 2 1
Индуктивность фазы 1 4 1 как по каталогу 4 1
Момент 1 1.4 1.4 как по каталогу 1.4 1

Внимание! В таблице указаны амплитудные значения токов в фазах.

Рассмотрим различные варианты подключения обмоток шаговых моторов.

  • Подключение 4-х выводного мотора (возможно только биполярное подключение)

Это наименее гибкая схема подключения, но и самая простая. Момент и индуктивность просто определяются значениями обмоток. Ток и момент в соответствии с данными каталога. Вариантов подключения просто нет.

  • Подключение 6-ти выводного мотора (универсальное биполярное/униполярное подключение)

Шести выводные моторы имеют два варианта подключения в биполярном режиме, в зависимости от того, что необходимо – высокая скорость или высокий момент:

- для использования в высокоскоростных приложениях используют подключение только половины обмотки. Это обеспечивает малое значение индуктивности, но платить приходится снижением момента из-за подключения только половины обмоток. Амплитудное значение тока в микрошаговом режиме аналогично униполярному режиму.

- для использования в приложениях, где важен момент, используют подключение полной обмотки. Амплитудное значение тока драйвера должно быть 0.7 от униполярного режима.

  • Подключение 8 выводного мотора

Восьми выводные моторы дают наибольшую гибкость для разработчика, так как могут соединяться как последовательно для увеличения момента, так и параллельно для минимизации индуктивности при работе в высокоскоростных приложениях:

- при параллельном соединении обмоток общая индуктивность остается  без изменений ввиду того, что обе части обмотки намотаны на одном магнитопроводе. Амплитудное значение тока драйвера должно быть в 1.4 раза больше значения униполярного режима.

- при последовательном соединении обмоток, можно получить тот же момент при меньшем значении тока, но платить за это придется увеличением общей индуктивности в 4 раза и соответствующим снижением скорости нарастания тока в обмотке и ростом противоЭДС. Амплитудное значение тока микрошагового драйвера выбирается на уровне 0.7 от униполярного режима.

Данные рекомендации носят обобщенный характер. При использовании шаговых моторов конкретных производителей всегда необходимо внимательно изучать исходную документацию производителя.

3 Расчет требуемого напряжения питания мотора

Напряжение питания является чрезвычайно важным параметром шагового привода, так как от него зависят моментные характеристики мотора в области повышенных частот вращения. Изменение питающего напряженияне сказывается на фазных токах в статике, так как практически всегда обмотки включены от источников тока.

Основное уравнение, определяющее соотношение токов и напряжений в обмотке:

di

U = iR+L ——- + E, где

dt

U – приложенное к обмотке напряжение

i – мгновенное значение тока фазы

L – индуктивность  фазы

E – противоЭДС

Чем меньше нагрузка мотора, тем больше сказывается отрицательное действие противоЭДС. Это определяется тем, что фаза противоЭДС определяется положением ротора мотора, а положение ротора отстает от вектора поля на величину угла нагрузки и на холостом ходу противоЭДС в максимальной степени уменьшает приложенное к индуктивности напряжение.

Все шаговые моторы с увеличенной длиной (несколько секций обмоток, включенных последовательно) имеют повышенное значение индуктивности и противоЭДС и предназначены для относительно тихоходных приложений.

Из базового уравнения токов и напряжений можно получить формулу для оценки требуемого напряжения питания с достаточной для инженерных задач точностью:

U = 1.2 n (k + 200 L Imax π/2), где

U – рекомендуемое напряжение питания мотора, [В];

1.2 – поправочный коэффициент, учитывающий погрешности алгебраического, а не векторного суммирования и потери на активном сопротивлении обмотки;

n – частота вращения ротора [об/сек];

k – коэффициент противоЭДС, [В/1 оборот в секунду];

200 – число полных шагов на оборот (для мотора с шагом 0.9о , что соответствует 400 полным шагам на оборот, этот коэффициент будет равен 400);

L – индуктивность фазы [Гн];

Imax – амплитудное значение тока фазы [А];

π/2 – поправочный коэффициент, учитывающий увеличенную скорость нарастания в синусоиде, по сравнению с треугольником.

Формула определяет требуемое напряжение, исходя из условия сохранения синусоидальной формы фазного тока мотора.

В эту формулу входит одна переменная, которая указывается в каталогах далеко не всеми производителями. Это k – коэффициентпротивоЭДС. Для некоторых отдельных моторов эта величина приведена ниже, для других необходимо либо экстраполировать значения либо определять экспериментально.

Практически измерить противоЭДС также не сложно – при вращении  мотора от внешней силы в режиме генератора сигнал с обмотки подается на осциллограф и фиксируются значения как напряжения, так и периода сигнала. Желательно подобрать такую скорость вращения, чтобы в течении 3-4 периодов синусоида противоЭДС имела ориентировочно одинаковую амплитуду.

4 Определение типа и мощности источника питания

Выбор источника питания будет отличаться в случае использования ШИМ драйвера и линейного усилителя. В связи с тем, что приоритетное применение в настоящее время находят именно импульсные ШИМ усилители, дальнейшие выкладки относятся именно к такому случаю.

Шаговый мотор, вращающийся на холостом ходу, потребляет достаточно незначительный  ток от источника питания, причем, с ростом напряжения питания, средний потребляемый от источника ток уменьшается.

Этот парадокс становится понятным, если учесть что ШИМ преобразование работает как преобразователь мощности.

При приложении внешней нагрузки, ротор начинает отставать на определенный угол в пределах шага нарезки (этот угол называют углом нагрузки) и мотор начинает создавать дополнительный момент для преодоления внешних сил.  Именно для создания этого дополнительного момента и требуется взять из источника питания дополнительную мощность.

Для выбора источника питания нам необходимо определить его мощность, средний и пиковый потребляемые токи (напряжение источника питания уже выбрано ранее, исходя из требований к динамике привода).

4.1 Расчет средней мощности потребления

Pип = Pмех + Pпотерь,

где  Pип – средняя мощность, отбираемая от источника питания;

Pмех – механическая мощность, отбираемая в нагрузку;

Pмех = М n 2 π ,

где М – динамический момент, [Нм];

n – частота вращения ротора, [об/сек]

Pпотерь – мощность потерь, определяемых как сумма всех потерь в электронике и в моторе

Pпотерь = Pмотор_активн +Pмотор_динамич + Pэл.

Pмотор_активн – мощность активных потерь в обмотках, определяемая падением напряжения на активном сопротивлении обмоток.

Pмотор_активн = I2 Rобм 2,

где I – действующее значение тока в обмотке [А];

Rобм – активное сопротивление обмотки  [Ом]

Pмотор_динамич – мощность потерь переменного тока, идущих в нагрев железа мотора за счет потерь на вихревые токи и потерь на гистерезис.

Pэл – мощность потерь в выходных ключах силового драйвера.

4.2 Расчет среднего и пикового тока источника питания

Средний ток от источника питания определяется I ср = Pип/Uип  [А]

Пиковый ток потребления определяется мгновенными значениями обоих включенных фаз и достигает максимума, когда токи в фазах равны и составляют 0,7 от максимального значения. Iпик _макс = Iфазы 0,7 2, где Iфазы – амплитудное значение тока одной фазы.

4.3 Выбор источника питания

При использовании классического трансформаторного нестабилизированного источника питания, трансформатор должен быть рассчитан на среднюю мощность, а выпрямитель – на пиковый ток потребления.

Ряд компаний, выпускающие силовые драйверы, предлагают так называемые импульсные нестабилизированные источники, где вопрос повышенного пикового тока решается схемотехнически.

При использовании импульсного стабилизированного  источника питания, придется взять источник большей мощности, чтобы обеспечить пиковое значение выходного тока. По средней мощности источник питания в этом случае будет существенно недоиспользован.

Кроме того, при использовании импульсного источника необходимо предусмотреть дополнительное согласующее устройство. Дело в том, что при работе на высоких скоростях и сбросе механической энергии в режиме быстрого спада в источник питания, возвращаемая энергия идет на увеличение напряжения выходного конденсатора импульсного источника питания. Такое превышение напряжения сверх напряжения стабилизации часто выводит импульсный источник питания из строя. Для предотвращения такого явления достаточно между выходом импульсного источника и входом питания ШИМ драйвера установить согласующее устройство из последовательно включенного диода и параллельно включенного конденсатора. В этом случае при повышении напряжения на конденсаторе дополнительный  диод закроется, отсекая выход источника питания, и все перенапряжение возьмет на себя дополнительный  конденсатор.

4.4. Выбор источника питания проиллюстрируем на конкретном примере

Первым делом хотелось бы привести некоторые экспериментальные данные, которые проиллюстрируют вышеприведенные положения.

1)  Например, рост потерь на высоких частотах вращения ротора . Мотор FL57STH41-2804A (2.8А/фаза), работающий в микрошаговом режиме от источника питания 50В, на скорости  в 20 об/сек потребляет дополнительно16Вт, а мотор FL86STH80-4208A (4.2А/фаза) на частоте 5 об/сек, работающий в микрошаговом режиме от источника питания 52В, и все 20Вт.

Необходимо помнить, что это именно та мощность, которая должна была бы пойти на формирование тягового усилия, но по законам физики уходит просто в нагрев, не только создавая проблемы с охлаждением мотора, но и существенно снижая реальный момент мотора.

2) Для приведенных выше расчетов напряжения питания необходимо знать коэффициент противоЭДС. Для некоторых моторов есть экспериментальные данные.

Мотор FL86STH80-4208A FL57STH41-2804A FL42STH47-1204A
Коэффициент противоЭДС k,

В/1 оборот в секунду

4 0.86 1.66

Пример расчета источника питания проиллюстрируем на примере. Пусть в приводе используется шаговый мотор типа FL57STH41-2804A (2.8А/фаза). Шаговый мотор приводит в движение нагрузку, вращаясь со скоростью 20 оборотов/сек (это достаточно большая частота вращения, характерная для низкоиндуктивного мотора, большинство моторов не рассчитано на работу на частотах более 10 об/ сек без заметного снижения моментной характеристики). Мотор выбран исходя из его использования в условиях разгона с рабочим динамическим моментом 0,2 Нм.

1) Определение напряжения питания

U = 1.2 n (k + 200 L Imax π/2) =

=1.220(0.86+2001.410-32.81.57) = 50 [В]

Без существенного ухудшения параметров привода можно взять источник питания на ближайшее стандартное меньшее напряжение– 48В (или ближайшее большее)

2)  Определение средней мощности источника питания

- Pмех = М n 2 π = 0.2 20 6.28= 25.12 [Вт]

- Pмотор_активн (с учетом двух фаз) = I2 Rобм 2 = (2.80.7)2 0.72 =  =  5.36 [Вт].

- Pмотор_динамич – примем эту величину по приведенным выше экспериментальным данным, как 16 [Вт]

Pэл – примем ориентировочно это значение на уровне 5 [Вт].

Тогда Pпотерь = 5.36 +16+5 = 26.36 [Вт]

Pип = 51.48 [Вт] Примем требуемую среднюю мощность источника на уровне 52[Вт].

3)  Расчет среднего и пикового тока источника питания

I ср = Pип/Uип = 52/48 = 1.08 [А]

Iпик _макс = Iфазы 1.4= 2.81.4 = 3.92 [А]

При выборе трансформаторного нестабилизированного источника питания трансформатор необходимо подобрать на Pср=52 [Вт], а выпрямитель необходимо рассчитать на пиковый ток 3.92 [А].  При использовании импульсного стабилизированного источника питания, придется взять источник большей мощности, чтобы обеспечить то же пиковое значение выходного тока. Например, 48В 200 Вт.

5. Определение необходимости микрошагового режима

Если дискретность отработки основного шага не удовлетворяет требованиям задания, либо требуется хорошая плавность движения мотора, можно каждый шаг разделить еще на дополнительное число микрошагов. Такая возможность основана на фиксации ротора в промежуточных положениях, в зависимости от соотношения токов в фазах.

Микрошаговый режим позволяет существенно уменьшить один дискрет перемещения шагового мотора и может показаться, что вопрос точного позиционирования решен раз и навсегда. Однако, это далеко не так. Дело в том, что в любой реальной системе присутствует сила трения и сопротивления. Даже для шагового мотора на холостом ходу это будет момент трения в подшипниках и фиксирующий момент от зубцового эффекта. Фиксирующий момент может достигать 5-10% от максимального синхронизирующего момента. В итоге, при остановке ротор попадает в зону неопределенности, определяемую двойной шириной зоны нечувствительности от внешних сил сопртиления. Аналогично, при отработке единичных микрошагов ротор не сдвинется с места, если момент от микрошага (или микрошагов) меньше приведенного значения момента сил трения.

Значение момента от одного микрошага можно оценить по формуле:

Mмкш = Mсинхр   x sin (90/Nµstep)

Результаты  расчета для различной глубины дробления представлены в таблице.

Число микрошагов на основной шаг 1 2 4 8 16 32 64 128 256
Момент, приходящийся на один микрошаг,

% от синхр. момента

100 70.71 38.27 19.51 9.8 4.91 2.45 1.23 0.61

Из таблицы видно, что даже на холостом ходу, шаговый мотор с небольшим фиксирующим моментом (5%) не сможет точно отрабатывать микрошаги с дроблением 32 на основной шаг или мельче.

Ряд производителей предлагают шаговые моторы, специально предназначенные для микрошагового дробления – их отличительная особенность это еще более низкое значение остаточного зубцового момента, что позволяет в реальной системе использовать более глубокое дробление.

Из приведенных выше выкладок видно, что микрошаговый режим при глубоком дроблении точность не обеспечивает, однако, достигаемая при этом хорошая плавность, существенно улучшает работу привода:

- снижаются механические шумы;

- механика приводится в движение плавно (и, следовательно, служит более долго);

- снижаются резонансные проявления (микрошаговое дробление уменьшает колебательность привода за счет ограничения вводимой энергии от одного шага).

6 Оценка точности позиционирования конечной системы

Определение точности отработки перемещений в прецизионной системе требует учета достаточно большого числа составляющих погрешностей и в общем случае оказывается не самой простой инженерной задачей.

Например, погрешность позиционирования в линейной координатной системе с шариковинтовой парой, приводимой в движение от шагового мотора без датчиков обратной связи по положению будет определяться следующими составляющими:

1) δшага – погрешность нарезки зубьев шагового мотора (3-5% от учетверенного основного шага); обычно, производители предлагают шаговые моторы стандартной точности (5%), но по отдельным заказам можно оговаривать покупку с повышенной точностью (3%);

2) δмикрошага – погрешность микрошагового дробления от сил внешнего трения (оценивается, как показано выше);

3) δгистер – погрешность от перемагничивания сердечника шагового мотора, проявляющаяся в некоторой разнице положения при подходе к заданной точке с одной и с другой стороны (обычно производителем не регламентируется и может быть оценена достаточно условно);

4) δхв_период – погрешность изготовления одного периода ходового винта (определяется по каталожным данным производителя);

5) δхв_накопл – накопленная погрешность ходового винта на заданной длине (определяется по каталожным данным производителя);

6) δлюфт_хв – погрешность от люфта ходового винта (отсутствует в безлюфтовых парах);

7) δтемпер – температурные погрешности линейного расширения ходового винта и каретки в диапазоне рабочих температур эксплуатации.

8 ) δкаретки (рысканье, галопирование, погрешности Аббе) – погрешность каретки от непрямолинейности направляющих, а также разнесения в пространстве линейного датчика и целевого объекта перемещения. (инженерный расчет на основе реальной конструкции привода и каталожных данных по направляющим).

При этом:

- составляющие 1-3 будут отсутствовать при наличии датчика обратной связи на валу мотора;

- составляющие 1-7 могут быть компенсированы при наличии линейного датчика перемещения на каретке;

- составляющая 8 все равно остается даже при наличии сервопривода с линейным датчиком обратной связи и требует внимания в высокоточных координатных системах.

Дальнейший детальный анализ погрешностей и путей их снижения не входит в задачу настоящей статьи.

7 Выбор драйвера и контроллера

7.1 Выбор драйвера

Силовой драйвер выбирается в соответствии с требуемым напряжением питания и током, а также требуемым коэффициентом дробления основного шага. Из соображений надежности, желательно чтобы рабочие параметры не превышали 80% от предельно допустимых значений тока и напряжения,

Для большинства применений предпочтительней импульсные ШИМ усилители. Это обеспечивает хорошую импульсную форсировку нарастания и спада токов в фазах, снижение потребления среднего тока в статике, но, одновременно, и повышенный уровень помех, что может быть неприемлемо для измерительных систем.

На что стоит обратить внимание.

1) Для ШИМ драйверов, как правило, регламентировано минимально допустимое напряжение питания – это определяется необходимостью исключить выход транзисторов в линейный режим, их перегрев и выход из строя; рабочее напряжение должно быть всегда выше этого значения;

1) Есть ли дроссели в выходных каскадах драйвера – это обеспечит гарантию своевременного срабатывания встроенной схемы защиты от короткого замыкания на выходе; многие производители, хотя и декларируют защиту их драйверов от короткого замыкания на выходе, но реально лукавят; пытаясь съэкономить на выходных дросселях, при возникновении короткого замыкания прямо на выходе драйвера, скорость нарастания силового фазного тока превышает скорость срабатывания защиты и выходной транзистор выгорает;

2) Какова величина ШИМ – пульсаций фазного тока. При использовании только режима быстрого спада тока, среднее значение тока, по которому и определяется момент и, следовательно, положение ротора, будет корректным, но большие пульсации дадут заметное среднеквадратическое значение пульсации тока и послужат дополнительным паразитным нагревом мотора;

3) Не поленитесь посмотреть форму тока драйвера после его покупки и установки в систему датчиком Холла – необходимо знать, что от него можно ожидать при работе: следует обратить внимание на форму синусоидального сигнала при переходе через ноль, что может сказаться при глубоком микрошаговом дроблении  и форму ниспадающей ветви синусоиды при работе на больших скоростях – не должно быть затяжек спада тока.

7.2 Выбор контроллера

Выбор контроллера определяется, в основном, особенностями построения Вашей общей системы управления и теми задачами по управлению движением, которые необходимо решать. Если у Вас сосредоточенная система управления – Вам подойдет контроллер на PCI шине, если распределенная – автономное решение c управлением по RS232/RS485 или USB (хотя USB и не самое лучшее решение для промышленности). Если Вам не требуются связанные траекторные перемещения, свобода выбора у вас намного больше и решение будет более бюджетное.

8 Взаимозаменяемость моторов различных производителей

Как правило, шаговые моторы имеют 50 зубцов, что дает 200 полных шагов на оборот при величине шага 1,8о. Большинство производителей предлагают также моторы с шагом 0,9 градусов. Кроме уменьшения величины полного шага на что это еще влияет?

- больше потери на высокой скорости (в 2 раза больше частота фазного тока при той же частоте вращения ротора), что приводит к необходимости увеличивать напряжение питания для обеспечения тех же динамических параметров;

- лучше точность при микрошаговом дроблении (в два раза жестче /круче/ моментная характеристика, а от этого пропорционально зависит зона нечувствительности от сил трения).

Кроме значений ток, индуктивность, момент необходимо обращать внимание на схемы подключения обмоток, диаметр вала (6 мм,6,35,8), ориентация на микрошаговое дробление.


Поделись с друзьями



Рекомендуем посмотреть ещё:



Расчет мощности шаговых двигателей для фрезерного ЧПУ - Чипгуру Выкройка брючного комбинезона женского летнего

Усилие шагового двигателя Механика самодельного станка ЧПУ
Усилие шагового двигателя Расчет мощности шагового двигателя - RC Форум
Усилие шагового двигателя Расчет мощности шагового двигателя
Усилие шагового двигателя Выбор шаговых двигателей для самодельного станка чпу
Усилие шагового двигателя ШАГОВЫЙ МОТОР : ОБОСНОВАННЫЙ ВЫБОР -ПРЕДСКАЗУЕМЫЙ
Усилие шагового двигателя Шаговые двигатели или серводвигатели? Purelogic
Усилие шагового двигателя Cached
Усилие шагового двигателя Irish lace Уроки вязания крючком ирландского кружева. - Pinterest
Усилие шагового двигателя Knits for Barbie - Вяжем спицами для Барби - Kimberly Club


ШОКИРУЮЩИЕ НОВОСТИ