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

Модель	Угол шага	Количество проводов	Номинальный ток фазы, А	Сопротивление фазы, Ом	Индуктивность фазы, мГн	Инерция ротора, г·см2	Удерживающий момент, Н·см	Крутящий момент, Н·см	Длина 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

Диаметр вала у NEMA 16 - 5 мм

В формфакторе NEMA 17 нам доступны такие двигатели

Модель	Угол 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	1,8	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

Точность шага без нагрузки ±5 %

Диаметр вала 5 мм

Следующий формфактор NEMA 23 представлен такими моделями

Модель	Угол 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
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 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:

1Н·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.

<< Проекты << Все товары >> Статьи, уроки >>