Вибір крокового двигуна

Вам вже доводилося робити вибір між різними кроковими двигунами для реалізації своїх амбіційних проектів? Зазвичай у новачків існує міф, що NEMA 17 слабкі і ні на що не годні кроковики, а для 3D-принтера обов'язково потрібен як мінімум NEMA 23, а то і дорожче. Давайте спробуємо розібратися які критерії все-таки повинні враховуватись при правильному виборі крокового двигуна. Якщо на них не звертати увагу, а просто сподіватися на свій інстинкт користувача, то в результаті можна сильно розчаруватися. Наприклад, можна купити ніби звичайний двигун NEMA 17 і стандартний драйвер, що рекомендується під нього, але отримати мікросхему драйвера, що постійно перегрівається, і неможливість нормальної роботи проекта.

Подивимось спочатку який вибір нам надають найдоступніші постачальники крокових двигунів.

Двигуни NEMA 16 представлені такими моделями

Модель	Кут кроку	Кількість проводів	Номінальний ток фази, А	Опір фази, Ом	Індуктивність фази, мГн	Інерція ротора, г·см2	Утримуючий момент, Н·см	Крутильний момент, Н·см	Довжина мотора, мм
39HS20044	1,8	4	0,42	18	12	12	8	0,5	20
39HS26064	1,8	4	0,6	9	10	14	14	0,8	26
39HS34064	1,8	4	0,6	12	13	19	18	1	34
39HS34124	1,8	4	1,2	3,2	3	19	16	1	34
39HS34046	1,8	6	0,4	30	14	19	12	1	34
39HS40064	1,8	4	0,6	12	20	24	24	1,2	40
39HS40124	1,8	4	1,2	3,8	6,5	24	24	1,2	40
39HS40046	1,8	6	0,4	30	22	24	18	1,2	40

Діаметр валу у NEMA 16 - 5 мм

В формфакторі NEMA 17 нам доступні такі двигуни

Модель	Кут шага	Довжина мотора, мм	Номінальний ток, А	Опір фазы, Ом	Індуктивність фази, мГн	Утримуючий момент, Н·см	Крутильний момент, Н·см	Інерция ротора, г·см2	Кількість проводів, шт.	Вага мотора, г
17HS2408	1,8	28	0,6	8	10	12	1,6	34	4	150
17HS3401	1,8	34	1,3	2,4	2,8	28	1,6	34	4	220
17HS3410	1,8	34	1,7	1,2	1,8	28	1,6	34	4	220
17HS3430	1,8	34	0,4	30	35	28	1,6	34	4	220
17HS3630	1,8	34	0,4	30	18	21	1,6	34	6	220
17HS3616	1,8	34	0,16	75	40	14	1,6	34	6	220
17HS4401	1,8	40	1,7	1,5	2,8	40	2,2	54	4	280
17HS4402	1,8	40	1,3	2,5	5	40	2,2	54	4	280
17HS4602	1,8	40	1,2	3,2	2,8	28	2,2	54	6	280
17HS4630	1,8	40	0,4	30	28	28	2,2	54	6	280
17HS8401	1,8	48	1,8	1,8	3,2	52	2,6	68	4	400
17HS8402	1,8	48	1,3	3,2	5,5	52	2,6	68	4	400
17HS8403	1,8	48	2,3	1,2	1,6	46	2,6	68	4	400
17HS8630	1,8	48	0,4	30	38	34	2,6	68	6	400

Точність кроку без навантаження ±5 %

Діаметр валу 5 мм

Наступний формфактор NEMA 23 представлений такими моделями

Модель	Кут кроку	Довжина мотора, мм	Діаметр валу, мм	Довжина валу, мм	Номінальний ток, А	Опір фази, Ом	Індуктивність фази, мГн	Утримуючий момент, Н·м	Крутильний момент, Н·см	ІнерцІя ротора, г·см2	Кількість проводів, шт.	Вага мотора, кг
57HS4128A4	1,8	41	6,35	21	2,8	0,7	1,4	0,55	2,5	150	4	0,55
57HS5128A4	1,8	51	6,35	21	2,8	0,83	2,2	1,1	2,8	190	4	0,6
57HS5128B4	1,8	51	6,35	21	2,8	0,83	2,2	1,1	2,8	190	4	0,65
57HS5630A4	1,8	56	6,35	21	3	0,9	2,4	1,2	3,5	280	4	0,72
57HS5630A4D8	1,8	56	8	21	3	0,9	2,4	1,2	3,5	280	4	0,72
57HS5630B4	1,8	56	6,35	21	3	0,9	2,4	1,2	3,5	280	4	0,72
57HS5630B4D8	1,8	56	8	21	3	0,9	2,4	1,2	3,5	280	4	0,72
57HS7630A4	1,8	76	6,35	21	3	1,1	3,6	1,89	6	440	4	1,2
57HS7630A4D8	1,8	76	8	21	3	1,1	3,6	1,89	6	440	4	1,2
57HS7630B4	1,8	76	6,35	21	3	1,1	3,6	1,89	6	440	4	1,2
57HS7630B4D8	1,8	76	8	21	3	1,1	3,6	1,89	6	440	4	1,2
57HS8430A4	1,8	84	6,35	21	3	1,2	4	2,2	6	620	4	1,4
57HS8430A4D8	1,8	84	8	21	3	1,2	4	2,2	6	620	4	1,4
57HS8430B4	1,8	84	6,35	21	3	1,2	4	2,2	6	620	4	1,4
57HS8430B4D8	1,8	84	8	21	3	1,2	4	2,2	6	620	4	1,4
57HS11230A4	1,8	112	8	21	3	1,6	6,8	3	12	800	4	1,8
57HS11230B4	1,8	112	8	21	3	1,6	6,8	3	12	800	4	1,8
57HS11242A4	1,8	112	8	21	4,2	1,4	1,8	3	12	800	4	1,8

У NEMA 23 діаметр валу складає 6,35 мм или 8 мм

Варіанти підключення двофазних крокових двигунів

Тепер розберемося навіщо кроковому двигуну потрібно більше ніж чотири виводи. Для цього розглянемо різні варіанти підключення двофазних кроковиків

1) Тут ми бачимо найпростіший варіант з 4-провідним кроковим двигуном. Тут головне правильно з'єднати виводи А+ двигуна з А+ драйвера, А- двигуна з А- драйвера і так далі.

2) Далі йде 8 - провідний двигун. Для нього характерні два варіанти підключення.

Це паралельне підключення обмоток кроковика. При такому підключенні зменшується сумарна індуктивність обмоток, що дозволяє збільшити максимальну швидкість обертання валу. Величина індуктивності обмоток впливає на частотні характеристики двигуна, особливо на високих частотах керуючих сигналів. До такого підключення варто прагнути, якщо вам дійсно важлива висока швидкість роботи кроковика і критична точність і ККД на високих обертах.

А це послідовне з'єднання. При такому з'єднанні двигун буде вести себе як звичайний 4-провідний.

3) Тепер, коли ми уже не так боїмося множинних виводів на кроковиках, подивимось, як підключати 6-вивідний двигун.

Представлене підключення дозволяє зменшити індуктивність і цим підвищити якість роботи двигуна на високих частотах (обертах). Але при цьому знижається ККД двигуна і його сила, підвищується ток управління. Я би радив такий варіант включення тільки для тимчасових швидкісних операцій, що не потребують частого гальмування і розгону, наприклад під час повернення каретки 3D-принтера. При цьому необхідний механізм автоматичного переключення режимів роботи двигуна з повнообмоточного на напівобмоточний.

І другий варіант включення 6-провідного крокового двигуна наступний

Середні виводи кожної обмотки просто не задіяні і кроковик працює в точності як 4-провідний роботяга.

Розрахункове визначення необхідного момента крокового двигуна

Такий параметр як "момент" у двигуна характеризує його силу обертання. Він показує, якій максимальній силі протидії, прикладеній на певній відстані від своєї осі двигун здатний протистояти .

Момент визначається за формулою M=F·R,

де М- момент сили в Н·м; F - сила протидії в Ньютонах; R - відстань точки прикладення сили від центру осі двигуна, в метрах.

Що таке ньютон? Це величина, що характеризується взаємодією фізичних тіл і полей між собою. Наприклад, щоб пркласти до підвішеної вірьовки силу, рівну 1 Ньютон, в земних умовах необхідно повісити на неї гирю вагою 1/9,81 = 0,102 кг.

А при диаметрі валу двигуна 5 мм і крутильному моменті двигуна в 1Н·м, цей двигун буде здатний накрутити на свій вал нитку з підвішеним до неї вантажем , що не перебільшує 20,4 кг і мінімальним прискоренням:

1Н·м = 0,102 кг · 1м = 20,4 кг · 5 мм

Використання динамометра для визначення момента, необхідного від двигуна.

Теорія і розрахунки - це все дуже корисно, але часто легше і швидше буде відкинути теорію в сторону і взяти і заміряти діючі сили за допомогою вимірювального прстрою. Динамометр як раз здатен експериментально показати нам практичну силу, що протидіє нашому двигуну в прямих площинах (момент сили обертання він не покаже). Я в продажі не зустрічав динамометров дешевше 500$, тому буду розглядати використання тільки саморобного пристрою. Цей пристрій складається з шкали і, зафіксованої з однієї сторони, пружини.

Градуювання і використання саморобного динамометра.

Градуювання - це нанесення поділок на шкалу вимірювання динамометра. Для різних діапазонів вимірювання сили, будуть необхідні різні за силою пружини і їх довжини, а також довжини планочки під шкалу. Припустимо ми хочемо своїм динамометром виміряти силу в межах 1 ... 10 Н. Для його градуювання необхідно як на малюнку а) підвісити до динамометра вантаж в 100 г і відмітити на шкалі малюнку з цифрою 1 Н, а потім підвісити вантаж в 1 кг и намітити риску в 10 Н. Тепер всю шкалу між цими двома рисками потрібно поділити на 9 рівних відрізків і розставити цифри від 2 до 9 Н.

<< Проекти << Усі товари >> Статті, уроки >>