Как подключить шаговый двигатель
Перейти к содержимому

Как подключить шаговый двигатель

  • автор:

Подключение униполярных шаговых двигателей к биполярному драйверу.

Шаговый двигатель (далее ШД) — особая разновидность двигателей, который позволяет точно управлять углом поворота ротора. ШД относится к синхронным безщёточным двигателям, имеет несколько обмоток на статоре (2, 4 или 8), ротор же выполнен из магнито-мягких (способных намагничиваться) или магнито-твердых материалов (постоянных магнитов) и их сочетаний.

На данный момент распространены биполярные ШД, обладающие двумя обмотками на статоре. Например, ШД типоразмера NEMA17, одни из самых распространенных биполярных ШД.

Ток в обмотках статора течет то в одну, то в другую сторону попеременно. Поэтому для управления биполярным ШД необходимы два Н-моста, по одному мосту на обмотку.

На следующей схеме приведена реализация управления биполярным ШД при помощи двух Н-мостов, каждый из которых построен из 6 транзисторов. Управление осуществляется при помощи микроконтроллера, у которого задействовано 4 выхода. Да и в самой прошивке микроконтроллера придется перебирать выводы управления ШД “вручную”.

Также можно использовать, например, микросхему L293 и аналогичные ей микросхемы (сдвоенный Н-мост), но и в этом случае для управление одним биполярным ШД потребуется 4 вывода микроконтроллера.

На фото пример готовой платы с микросхемой L298 для подключения по вышеприведенной схеме.

Следующая схема состоит из сдвоенного Н-моста L298 и специального драйвера L297, который преобразует протокол step/dir в понятный микросхеме L298 порядок переключения обмоток. Кроме того, L297 способна реализовать полушаговый режим работы ШД. То есть логика управления упростилась, но драйвер “оброс” ещё одной микросхемой.

На данный момент все вышеприведенные схемы управления биполярными ШД потеряли актуальность. Потому что рынок наполнен драйверами биполярных ШД, стоимость которых достаточно низка, чтобы перестать заниматься изобретением велосипеда.

Драйверы для управления биполярными ШД работают по протоколу step/dir, содержат в себе защитные диоды, позволяют устанавливать силу тока, протекающую через обмотки ШД и позволяют устанавливать дробный шаг ШД (?, ?, ? и так далее), что в свою очередь позволяет контролировать угол поворота ротора с большей точностью.

Сейчас это всё доступно, как по цене, так и по наличию в онлайн и оффлайн магазинах. Но изначально на рынке отсутствовали доступные решения для управления биполярными ШД, поэтому широкое распространение получили униполярные ШД с 4 (реже с 8) обмотками, ток в каждой из которых течет только в одном направлении. Это позволяет управлять униполярным ШД при помощи ключей. Как видно из следующей схемы, для управления униполярным ШД при помощи транзисторов снова необходимо задействовать четыре вывода микроконтроллера, а также необходимо тратить ресурсы микроконтроллера на перебор выходов “вручную”. Но в этом случае, используется всего 4 транзистора, а не 12, как в случае с биполярным ШД.

Изготовление драйверов униполярных ШД, работающих по протоколу step/dir представляет некоторые сложности для новичков-радиолюбителей, но является вполне выполнимой задачей.

Реализация драйвера униполярного ШД показана на следующей схеме.

Но зачем снова изобретать велосипед, если драйверы для ШД стоят не дорого и доступны… ах да, я об этом уже говорил.

Но позвольте, те ШД, что в обилии встречаются в магазинах, предназначены для биполярных ШД. Причем тут униполярные?

Дело в том, что почти любой униполярный ШД можно переделать в биполярный, чаще всего даже без разборки, лишь правильным подключением обмоток.

Униполярный в биполярный.

Чтобы определить, какой тип ШД перед вами, достаточно посчитать количество выводов.

  • 4 вывода — перед вами биполярный ШД, поздравляю вас, переделка не требуется.

  • 5 выводов — униполярный ШД, в котором один из выводов каждой из четырех катушек соединен с остальными (смотрите изображение). Пример такого ШД — распространенный в настоящее время компактный ШД 28BYJ-48.

Переделать такой ШД в биполярный простым переключением катушек не представляется возможным. Необходима разборка двигателя.

В случае с 28BYJ-48 (на фото выше) переделка сводится к снятию крышки и перерезанию одной дорожки на печатной плате. Ну и соответственно один провод (красный) можно будет выпаять и удалить. При этом момент увеличится в 1,4 раза.

  • 6 выводов — очень похож на 5-выводной, за исключением того, что центральные выводы катушек не соединены между собой. Для такого ШД существует 2 способа использования:
  1. игнорируем центральные выводы катушек, при этом момент увеличивается в 1.4 раза (корень из 2). Момент стабилен на низких частотах.
  2. игнорируем один из крайних выводов катушки — ШД работает с параметрами, заявленными в даташите (момент, ток). Момент стабилен на высоких частотах.

  • 8 выводов, четыре независимых катушки. Существует три способа подключения таких ШД:
  1. игнорируем одну из обмоток в паре обмоток, ШД работает с параметрами, заявленными в даташите (момент, ток), момент стабилен на высоких частотах.
  2. соединяем пару обмоток последовательно — момент увеличивается в 1,4 раза, момент становится стабилен на более низких частотах, чем в первом варианте.
  3. соединяем пару обмоток параллельно — момент увеличивается в 2 раза и становится стабилен на более высоких частотах, чем в первом варианте.

Как видно из приведенных выше примеров, использование униполярных ШД с биполярными драйверами вполне реально. Кроме того, в зависимости от типа ШД и способа его подключения его параметры могут меняться, что можно использовать в соответствии с вашими целями.

Заключение.

На данный момент у меня набралась коллекция униполярных ШД от старых матричных принтеров, жестких дисков 80-х годов и прочего устаревшего оборудования. К тому же, я активно использую миниатюрные 28BYJ-48, каждый из которых переделываю для работы с биполярным драйвером для шаговых двигателей. С каждым годом количество униполярных двигателей в обиходе радиолюбителей становится всё меньше. Причиной тому снижение цен на шаговые двигатели типоразмера NEMA и утилизация старых двигателей охотниками за цветными металлами. Тем не менее, я надеюсь, что приведенная мной информация позволит дать вторую жизнь устаревшим униполярным шаговым двигателям, которые еще остались в использовании у радиолюбителей.

Как подключить шаговый двигатель

Віримо в перемогу ЗСУ!
Працюємо з 09:00 до 18:00 Пн-Сб Працюємо з 09:00 до 19:00 Пн-Пт —> Магазин у відпустці до 19.08.2023 —>

  • Ваша корзина пуста!
  • Главная
  • Статьи
  • Подключение шагового двигателя

Привет, друзья! Предлагаю вам практический алгоритм, как правильно подключить обмотки шагового двигателя к драйверу. Начинающие, и не только, ардуинщики при работе с шаговыми двигателями часто сталкиваются с проблемой определения, где выводы первой обмотки, где второй, где начало первой обмотки, где второй. Так же часто возникает вопрос как проводами поменять направление вращения двигателя. Давайте в этом видео разберёмся, как с высокой степенью четкости подходить к решению этих вопросов.

Давайте подпишемся на канал, лайкнем это видео и поехали дальше.

В идеальном случае нам может попасться широко известный тип шагового двигателя, у которого имеется стандартный неизменный клеммник, схему подключения которого легко найти в гугл-картинках. Так же желательно, чтобы была и легко находимая схема подключения имеющегося драйвера. Тогда их чаще всего получается подключить с первого раза без ошибок. Хотя я умудрялся и в таких случаях напутать. Но мы будем исходить из того, что двигатель у нас с неизвестной цветовой маркировкой проводов, что часто становится проблемой и схемы подключения обмоток двигателя к имеющемуся драйверу нет.

Кстати насчет схем подключения драйверов, тут тоже есть свои факторы запутывания и непоняток. Вот к примеру обозначения выходов трёх самых популярных драйверов. Кружочками будем обозначать условное начало обмотки двигателя. Все обозначения здесь сильно отличаются у каждого драйвера. Эти отличия начинаются с самих инструкций на микросхемы драйверов. Прямо в pdf на каждую из этих популярных микросхем создатели заложили столько путанины – как тут разобраться без бокала пива!?

По возможности нужно тестировать подключение на ненагруженном шаговом двигателе. Для управления возьмем контроллер Arduino NANO. Будем использовать его просто как задающий генератор. Вы можете взять любой драйвер шагового двигателя. Только разберитесь по документации или по подписям на плате, где находятся пары выходов под каждую обмотку. Я возьму самый популярный драйвер A4988. Вот схема включения для нашего универсального алгоритма подключения обмоток двигателя. От контроллера подается прямоугольный сигнал известной частоты на вход STEP драйвера, который отвечает за запуск шагов. При этом вход DIR, отвечающий за направление вращения ротора, подключен к общему проводу – он нам не понадобится. Так же у конкретного драйвера необходимо подать питание логики (для некоторых драйверов это не нужно). А так же необходимо подать разрешающие вращение сигналы, такие как RESET, SLEEP, ENABLE. Для драйвера A4988 можно просто поставить перемычку между RESET и SLEEP – это переведёт драйвер в рабочий режим. Так же подключаем провода питания двигателя к источнику 12В. А сами катушки двигателя стараемся по имеющимся схемам и документациям подключить хотя бы к своим парам выходов драйвера. Но, если не получается разобраться сразу, не отчаивайтесь – мы здесь разберём все случаи.

Теперь по быстрому обратим внимание на программу, которая будет загружена в Arduino NANO. Я беру стандартный пример Blink, который мигает светодиодом раз в две секунды и назначаю свой выход номер 2, к которому подключен вход STEP. А так же ставлю задержку в 1 миллисекунду. Это означает, что на вход STEP драйвера пойдет прямоугольный сигнал с периодом в 2 миллисекунды или 500 Гц, что для 200-шагового двигателя соответствует 2,5 об./сек или 150 об./мин. Эта скорость и не большая и не маленькая и как по мне хорошо подходит для экспериментов по подключению обмоток двигателя. Кстати вместо контроллера Arduino, вы можете то же самое проделать и при помощи генератора прямоугольных импульсов. Выставьте на нем частоту приблизительно равную 500 Гц. Амплитуда напряжения на выходе должна быть 5В. Соединяете общий провод и выход генератора подключаете ко входу STEP драйвера.

void setup() < pinMode(2, OUTPUT); >void loop() < digitalWrite(2, HIGH); delay(1); digitalWrite(2, LOW); delay(1); >

Итак после подключения у вас получится одна из четырех ситуаций: в первой вы правильно угадаете начала обеих катушек; во втором случае одна из катушек будет подключена началом в обратную сторону; в третьем случае вы угадаете начала катушек но перепутаете пары выходов драйвера; и в четвертом случае будет перепутано все максимально. Теперь попробуем все эти случаи на практике.

В первом идеальном случае ротор двигателя вращается с ожидаемой скоростью в ожидаемом нами направлении.

Во втором случае наблюдаем обычную скорость вращения и нормальный режим работы двигателя. Только вращение направлено в другую сторону. В большинстве случаев вам подойдет и так.

В третьем случае у нас перепутаны пары выходов драйвера и они не совпадают с выводами своей катушки. Вращение непредсказуемое, а точнее дергание ротора вперёд и обратно.

В четвертом случае все повторяется с третьего опыта. Часто такое подключение запутывает своей работой наполовину и кажется, что все как бы подключено правильно, только направление одной обмотки нужно поменять и все. На самом деле оно так и есть, но менять надо подключение не одной обмотки, а двух проводов с разных обмоток.

И, чтобы быстро поменять направление вращения ротора при помощи проводов, я переворачиваю зеркально все 4 провода от двигателя.

Еще раз более внимательно разберём в графическом виде, что нужно переворачивать. Здесь буквами А и В обозначены пары выходов драйвера. В первом случае нас все устраивает. Во втором случае нам не понравится направление вращения ротора по умолчанию. Для поворота в правильную сторону вам нужно поменять провода на одной из пар выходов драйвера. В третьем случае двигатель дергается на месте, что означает, что нужно поменять местами два провода из разных пар выходов драйвера. В четвертом случае все так же как и в третьем, только направление вращения ротора после замены местами двух проводов нам может не понравиться и тогда мы оказываемся на втором случае и уже знаем как развернуть ротор в другую сторону. В общем, как бы мы не подключили шаговый биполярный двигатель к исправному драйверу, получаем два варианта событий: либо ротор вращается в рабочем режиме, либо дергается на месте. И, чтобы он перестал дергаться и вращался нормально, вам нужно перекинуть два провода. Это и есть алгоритм подключения шагового двигателя.

Спасибо за внимание! Нам очень поможет ваша подписка и лайк!

Подключение шаговых двигателей

Что делать если при подключении шагового двигателя — он отказывается вращаться? Что делать если подключенный двигатель дрожит, трещит или вращается не в ту сторону. В этой статье мы постараемся решить эти проблемы не прибегая к изменению настроек электроники.

Почему двигатель на осях X, Y или Z издает странные звуки?

Первое, что нужно проверить — это то насколько хорошо у вас натянут ремень. Дребезг и посторонние звуки могут возникнуть при слабой натяжке ремней. Что в свою очередь приводит к потере тяги и имеет тот же эффект, что и возможные проблемы с проводкой. Начните с проверки натяжения ремней на вашем 3D принтере. Если на ваш взгляд с натяжкой всё в порядке переходите к следующему пункту.

Второе, что необходимо проверить — это целостность проводки. Высокие ускорения, длительная печать, не правильная организация проводки могут приводить к повреждению кабеля от платы управления 3D принтера к шаговому двигателю.

Вы установили новый двигатель, поменяли провод или установили новую плату управления и теперь всё не работает или работает не правильно?

Итак, вы установили установили/поменяли новый шаговый двигатель NEMA или поставили новую плату управления 3D принтера. Вероятнее всего сигналы подаваемые от платы управления к двигателю теперь другие, т.е. шаговый двигатель не получает правильный или полный сигнал. Из-за этого шаговый двигатель «сходит с ума» — гремит, шумит или дергается.

Почему же не работает?

Шаговые двигатели NEMA 17 устанавливаемые на практически все 3D принтеры работают на основе обмоток, соединенных попарно, и каждая из них называется фазой. Эти фазы перемещают магниты внутри шагового двигателя. Когда проводка для этих пар не совпадают или если кабель поврежден, шаговый двигатель не может правильно вращаться, так как северный и южный полюса магнитов не могут получать правильный сигнал и правильно вращаться.
Существует огромное количество производителей как самих двигателей так и электроники, которая управляет этими двигателями. И никто из производителей не разработал стандарт подключения. Из-за этого проводки шаговых двигателей могут отличаться, а цвета проводов в кабеле которые к ним подключаются ничего не значат.

Кабели для шаговых двигателей

Кабели для шаговых двигателей

Кроме того, последовательность подключения к плате управления 3D принтера вряд ли будет соответствовать шаговым двигателям. Из-за этого на шаговый двигатель поступает неверный сигнал и он начнет «глючить» — дрожать, греметь или даже двигаться только в одном направлении.

Разъем двигателя в плате BTT SKR mini E3

Разъем двигателя в плате BTT SKR mini E3

Разъем двигателя в плате BTT Octopus

Разъем двигателя в плате BTT Octopus

Для некоторых плат в свою очередь есть исключения. Например, это касается плат выпускающихся для замены оригинальных 1 в 1.Для самого популярного 3D принтера Ender-3 насколько производителей выпускают платы взамен оригинально устанавливаемой на этот 3D принтер, например, BTT SKR Mini E3 V2 — это специализированная материнская плата для замены платы от Creality. И следовательно проводка в BTT SKR Mini E3 полностью совпадает с проводкой оригинальной платы управления.

Как найти правильное подключение?

Есть несколько быстрых и простых способов определить катушки шагового двигателя.

1. «Прозвонка» с помощью мультиметра.

Первое , вы можете использовать мультиметр для проверки целостности цепи. Переведите мультиметр в режим «прозвонки» цепи, который обычно имеет значок диода или зуммера.

Режим прозвонки на мультиметре

Режим прозвонки на мультиметре

Прозвонка шагового двигателя

Прозвонка шагового двигателя

Затем подсоедините один щуп мультиметра к крайнему левому контакту на двигателе. Затем с помощью другого щупа проверьте один из двух средних контактов. Когда мультиметр начнет отображать значение на дисплее или издаст звуковой сигнал, это значит что вы нашли парное соединение катушку. Повторите тоже самое на правой стороне разъема: подсоедините один щуп на правый контакт двигателя, а вторым щупом проверьте один из двух средних контактов. Вы нашли контакты обмоток двигателя.

2. Поиск светодиодом

Один из самый простых и надежный методов. Возьмите обычный круглый светодиод на 3В. Подключите разъем к двигателю, а в разъем который подключается к плате вставьте светодиод. Теперь вручную прокрутите вал двигателя. Если светодиод загорелся — вы нашли контакты обмотки.

Поиск обмотки шагового двигателя с помощью светодиода

Поиск обмотки шагового двигателя с помощью светодиода

Обмотка шагового двигателя найденная с помощью светодиода

Обмотка шагового двигателя найденная с помощью светодиода

3. Поиск замыканием

Другой метод проверки соединений шагового двигателя заключается в использовании двух проводов с разъемом DuPont на одной стороне и оголенным проводом на другом. Вначале скрутите два оголенных провода вместе. Затем подключите один разъем Dupont в крайний левый контакт на двигателе а второй разъем Dupont в один из средних контактов на двигателе. Как и в случае со светодиод, поверните вал шагового двигателя. Если усилие на валу изменилось (увеличился крутящий момент), значит, вы нашли соединение обмотки.

Поиск обмотки шагового двигателя скруткой

Поиск обмотки шагового двигателя скруткой

Если удачно нашли правильное подключение на двигателях, теперь стоит их сопоставить с разъемами на плате управления.

Подключение шаговый двигателей к плате управления?

Распиновка контактов шагового двигателя на BTT SKR E3

Распиновка контактов шагового двигателя на BTT SKR E3

Большинство производителей плат управления для 3D-принтеров указывают распиновку контактов в технических характеристиках самих плат или в руководствах. Проверьте документацию своей платы управления на онлайн ресурсах, например GitHub. У таких производителей как BigtTeeTech, MKS, FLYmaker (Mellow Fly) обязательно есть ресурсы с подробным описанием распиновки. Как только вы найдете распиновку, вы сопоставьте найденные контакты двигателя с контактами 1А и 1B на плате управления. Затем подключите вторую обмотку к контактам 2A и 2B.

Подключили двигатель, а он движется не в ту сторону

Подключенный двигатель работает тихо, так как надо, вот только крутит не в ту сторону. Не стоит отчаиваться. Есть довольно простое решение заставить вал двигателя вращаться в правильном направлении.
Все что вам нужно сделать — это поменять местами провода обмотки. Если у вас красный + черный провод соответствуют одной обмотке, то вам необходимо поменять их местами чтобы стало черный + красный провод. Ту же операцию можно проделать и с парой средних проводов. Эту операцию необходимо проделать только на одном разъеме провода.

Смена вращения вала шагового двигателя

Смена вращения вала шагового двигателя. Было.

Смена вращения вала шагового двигателя. Стало.

Смена вращения вала шагового двигателя. Стало.

Ту же операцию можно проделать и с парой средних проводов. Эту операцию необходимо проделать только на одном разъеме провода.

Как вытащить провод из кабеля шагового двигателя?

Вначале не помешает сделать фото или записать расположение контактов, чтобы запомнить начальное положение контактов проводов. Затем, с помощью пинцета или небольшой плоской отвертки поднимите защелку на разъеме. Прежде чем отпустить защелку, вытащите провод с из разъема. Постарайтесь не отломить защелку. После того как необходимые провода вытащены, вставьте их обратно, но уже на новые места разъема. Если вы решите проделать эту операцию на разъеме подключаемом к плате управления, то действия будут совпадать.

Замена проводов в шаговом двигателе

Замена проводов в шаговом двигателе

Как подключить шаговый двигатель

как подключить шаговый двигатель

В предыдущих статьях мы рассматривали процесс выбора шагового электродвигателя (см. статью«Как выбрать шаговый двигатель») в зависимости от способа его применения. В данной статье мы подробно рассмотрим как подключить шаговый двигатель.

Шаговые электродвигатели могут поставляться с несколькими вариантами схем подключения. Выбор схемы будет определяться типом двигателя. Большинство наиболее распространенных шаговых двигателей имеют схемы, предполагающие использование 4-х, 5-ти, 6-ти или 8-ми проводов.

КАК ПОДКЛЮЧИТЬ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С 4 ВЫВОДАМИ

Если в вашем распоряжении имеется шаговый двигатель, подключаемый при помощи только четырех проводов, это означает, что в нем две обмотки, это биполярный мотор и вы сможете использовать его только с биполярным драйвером. Обратите внимание на то, что каждая из фазных обмоток содержит пару проводов — для идентификации каждого провода используйте тестер (мультиметр).

Найдите замкнутые между собой провода(которые прозваниваются) и подключите их к шаговому двигателю. Лучше сразу свяжите их вместе, чтобы не повторять операцию постоянно

wiring.png

КАК ПОДКЛЮЧИТЬ УНИПОЛЯРНЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С 6 ВЫВОДАМИ

Также, как и шаговый двигатель с четырехконтактным соединением, униполярный двигатель с 6 проводами имеет пару проводов для каждой обмотки. Однако, он также имеет центральный вывод для каждой обмотки, что дает возможность подключать его как в качестве биполярного шагового двигателя, так и в качестве однополярного.

Для того, чтобы подключить шаговый двигатель с 6 выводами, с помощью тестера разделите все провода на три группы, замкнутые между собой, а затем найдите центральные выводы, измеряя сопротивление между проводами. Если вы хотите подключить ваш электродвигатель к униполярному драйверу, используйте все шесть проводов.

Подключение к биполярному драйверу(коих подавляющее большинство) потребует от вас использования только одного конца провода с одним выводом и одного центрального вывода для подключения к каждой обмотке.

Схема подключения шагового электродвигателя с 5-ю выводами очень похожа на схему подключения с 6-ю контактами. Главное ее отличие состоит в том, что центральные выводы замкнуты между собой внутри, соединяясь в один провод. Это обеспечивает работу электродвигателя только по однополярной схеме.

Кроме того, определить обмотки можно только методом проб и ошибок; лучше всего попытаться найти центральный вывод, так как его сопротивление составляет половину от сопротивления других проводов.

КАК ПОДКЛЮЧИТЬ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С 8 ВЫВОДАМИ

Наконец, существуют шаговые электродвигатели, подключаемые при помощи 8-ми проводов. Для того, чтобы понять, как подключить шаговый двигатель с 8 выводами, мы должны вернуться к инструкциям выше.Их схема подключения во многом схожа со схемой, предполагающей использование 6-ти проводов. Разница между ними состоит в том, что две фазы разделены на две отдельных обмотки. Имея указанную схему, вы сможете подключить шаговый двигатель по однополярной схеме, а также иметь три различные комбинации для биполярного подключения.

  1. Последовательно соединив обмотки(увеличится индуктивное и активное сопротивление, а также момент, упадет максимальная скорость)
  2. Параллельно (из-за меньшей индуктивности будет меньше момент и выше скорость)
  3. Соединив обмотки параллельно, можно использовать униполярное подключение, как для 6-выводного шагового мотора

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *