Как сделать шаговый двигатель самому

Применение шаговых двигателей. Простые схемы

Шаговые двигателя в настоящее время широко применяются в качестве приводов в принтерах, сканерах, DVD-проигрывателях и многих других . В случае выхода из строя такого прибора, из него можно извлечь некоторые полезные узлы и, если они работоспособны, использовать по другому подходящему назначению. Статья предназначена для любителей делать что-нибудь своими руками и не претендует на оригинальность, но содержит некоторые сведения, которые могут быть полезны.

Во-первых, все эти приборы имеют в своём составе блок питания, как правило — импульсный, на несколько напряжений. В основном это выходы с постоянными напряжениями +5, +12 и +24 … 36 вольт с токами до 2 … 3 ампер. Такие блоки питания можно использовать, например, для зарядных устройств, питания светодиодных лент или электроинструмента небольшой мощности. Но в данной статье будут даны примеры использования шаговых двигателей из подобных аппаратов.

Для питания и управления шаговым двигателем, конечно, требуется специальная схема-драйвер, это обеспечит его полную функциональность. Но если вам нужен «просто двигатель» без управления частотой вращения и шагом поворота вала, то вполне можно обойтись простейшей схемой питания с применением конденсатора:

— эта схема предполагает использование двигателей с двумя обмотками и отводами от их середины (всего 6 проводов). Обмотка 1 имеет выводы красного и белого цвета, обмотка 2 — синего и жёлтого. Средние выводы (коричневого цвета) здесь не используются. В зависимости от напряжения питания и мощности двигателя может потребоваться подбор элементов С* и R*.

При использовании такой схемы нельзя будет менять частоту (скорость) вращения, но можно менять его направление — при помощи переключателя S1. Вместо трансформатора и выпрямительного моста в схеме можно использовать как раз «родной» блок питания, который стоял в аппаратуре, где использовался этот двигатель.

Другой вариант использования шагового двигателя — в качестве генератора. При вращении вала такого двигателя на его обмотках наводится напряжение, которое можно использовать, например, для питания низковольтной лампы или светодиодов. В интернете можно найти множество схем-вариантов автономных фонариков с использованием шагового двигателя в качестве генератора энергии. Ниже приводятся их простейшие примеры :

При использовании ламп вместо светодиодов (маломощных на 3 . 12 вольт) их можно подключать к обмоткам напрямую, без использования выпрямителей.

Для увеличения мощности такого фонарика можно использовать все имеющиеся в нём обмотки, используя суммирование их мощностей на выходе (параллельное включение):

Конденсатор на выходе служит для сглаживания колебаний напряжения при неравномерной скорости вращения вала двигателя. Также на выходе можно включить аккумулятор (например от сотового телефона), который будет подзаряжаться при вращении вала двигателя . А вращать вал можно любым удобным и подходящим способом — с помощью надетого на него шкива с ручкой, привода от ветряной или гидро-«вертушки» и т. д…

В статье приведён минимум необходимой информации и простейшие примеры. Более сложные схемы включения с реализацией всех возможностей шаговых двигателей ( с возможностью полноценного управления) можно найти на специализированных сайтах в интернете или справочной литературе.

Благодарю за уделённое время.

Прошу поставить «палец-вверх», если статья была полезна

Источник

Самодельный шаговый

Тема раздела Общие вопросы в категории Станки ЧПУ, Hobby CNC, инструмент; undefined Впервые на форуме, так что не взыщите. Предлагаю для обсуждения следующее:СДЕЛАТЬ (!) самодельный ШД из . автомобильного генератора! Посудите .

Опции темы

Самодельный шаговый

Предлагаю для обсуждения следующее:СДЕЛАТЬ (!) самодельный ШД из . автомобильного генератора!
Посудите сами: диаметр статора/якоря — под 90 мм, количество зубцов на роторе — 36 штук, напряжение питания — на выбор: либо 12, либо 24 вольта, две силуминовые крышки, в т.ч. есть модификация (от «Нивы») с возможностью принудительного дополнительного обдува, надёжность — не мне агитировать за сей агрегат, работающий годами.
Так вот, если статорную обмотку (с которой в некоторых современных модификациях генераторов снимается до 110 ампер(. )) перемотать, сделав собственные выводы с каждой из 36 получившихся катушек, запитать их «бегущей волной» импульсов с коммутатора с регулируемой частотой и направлением «бега» — думаю, лучшего привода для фрезерного с ЧПУ, который здесь на форуме обсуждается, не найти.

undefined Впервые на форуме, так что не взыщите.

Предлагаю для обсуждения следующее:СДЕЛАТЬ (!) самодельный ШД из . автомобильного генератора!
Посудите сами: диаметр статора/якоря — под 90 мм, количество зубцов на роторе — 36 штук, напряжение питания — на выбор: либо 12, либо 24 вольта, две силуминовые крышки, в т.ч. есть модификация (от «Нивы») с возможностью принудительного дополнительного обдува, надёжность — не мне агитировать за сей агрегат, работающий годами.
Так вот, если статорную обмотку (с которой в некоторых современных модификациях генераторов снимается до 110 ампер(. )) перемотать, сделав собственные выводы с каждой из 36 получившихся катушек, запитать их «бегущей волной» импульсов с коммутатора с регулируемой частотой и направлением «бега» — думаю, лучшего привода для фрезерного с ЧПУ, который здесь на форуме обсуждается, не найти.

Надо посмотреть. А фото можно?

undefined Впервые на форуме, так что не взыщите.

Читайте также:  Схема цепи грм 406 двигатель

Предлагаю для обсуждения следующее:СДЕЛАТЬ (!) самодельный ШД из . автомобильного генератора!
Посудите сами: диаметр статора/якоря — под 90 мм, количество зубцов на роторе — 36 штук, напряжение питания — на выбор: либо 12, либо 24 вольта, две силуминовые крышки, в т.ч. есть модификация (от «Нивы») с возможностью принудительного дополнительного обдува, надёжность — не мне агитировать за сей агрегат, работающий годами.
Так вот, если статорную обмотку (с которой в некоторых современных модификациях генераторов снимается до 110 ампер(. )) перемотать, сделав собственные выводы с каждой из 36 получившихся катушек, запитать их «бегущей волной» импульсов с коммутатора с регулируемой частотой и направлением «бега» — думаю, лучшего привода для фрезерного с ЧПУ, который здесь на форуме обсуждается, не найти.

Извините, но это бред, от такого двигателя никогда не добиться точности соблюдения шага. Кроме того, кому нужен(и для чего) привод на 110 ампер?
Почитайте как усторен и работет шаговый двигатель — http://forum.rcdesign.ru/index.php?showtop. st&p=804375
Если еще статор можно перемотать, хотя и геморно, то ротор прийдется делать с нуля.

а какими ключами быстро управлять такой мощью?

+Для чего — это вопрос не первый, не второй даже. Каждый сам решает, для чего.
И потом — генераторы бывают разными, в т.ч. и на 20 А. тоже. Что же касается точности управления — так иногда при достаточно малой частоте вращения нужен ОГРОМНЫЙ момент, и в этом конкретном случае дело обстоит именно так.
Можно возразить, что поставь, дескать, обычный коллекторный с соответствующим редуктором — и делу конец.
К сожалению, для моих целей нужен именно такой, с запасом по ресурсу в тыщу лет.

Возможно, я ошибаюсь, но для 125-го тиристора, к примеру, это не проблема

Бога ради. Только пока ещё нечего фотографировать — это же пока только голая идея. Но начинаю её реализовывать. Кто со мной? Возможно, как в поговорке, вместе «батьку легче побьём», то бишь мотор этот запустим.

В теории существуют генераторы-стартеры. Но этот патент купили нефтянники и положили в долгий ящик. Значит построить можно. Но! прецезионность хода в 36 обмоток? Боюсь получится фазовый мотор в 36 полюсов.

Почему в теории? Ведь на «Муравье» ТМЗ (Тульского машиностроительного завода) стоит так называемый дина-стартер, выполняющий обе этих функции! И ещё: в конечном итоге речь-то ведь идёт не о прецизионности шагового движения, т.е. отработки точного углового перемещения ротора при каждой подаче управляющего импульса, а, в первую голову, об огромном моменте!

Позвольте спросить — а на кой этот момент если он в состоянии двигать тонны на неопределённое растояние с неопределённой погрешностью, чё с ним делать? Ну разве ЧПУ для колки дров!
Не-е-е уважаемый, ценность ШД как раз в обеспечении прицизионного перемещения!
MS 300/600/900 HT — линейка мощных моторов. 900-й имеет вал 14мм диаметром, можно представить что он может таскать и как долго, а главное точно!

идея траш Ибо —
а) В качестве шагового двигателя не будет работать из-за малого количества шагов на оборот большого момента инерции ротора, нестандартности (а следовательно неотработанности) схем управления.
б) В качестве серво двигателя не имеет смысла потому что в сравнении с стоимостью электроники — горожение огорода с самодельным синхронным мотором как-то не вяжется. и привод в любом случае получится с худшими характеристиками чем аналоги.

далее — современные шаговые моторы из линейки доступных, скажем FL57STH76 обладает моментом 18 кг*см, FL86STH80-4208 — 45кг*см.
есть отработанные схемы и драйверы, стандартные корпуса, повторимость характеристик.

из вашего последнего поста мне крайне слабо верится в «мощный» «огромный» «внушительный» момент — вообще не люблю неконкретность, и громкие слова.

особенность дизайна шагового двигателя в том, что он спроектирован с минимальными магнитными зазорами (порядка 0,1мм и меньше), и с редкоземельными крайне мощными магнитами в роторе.
что собственно и позволяет добиться столь внушительных характеристик в моменте и в повторяемости шага.
ни одного из этих моментов нет в автомобильном генераторе — вывод для шагового привода не годится.

попытки сделать из генератора привод для чпу приведут к тому что будет спроектирован агрегат с заранее Худшими характеристиками чем существующие решения.
и при этом вы вряд-ли выиграете по цене!

вывод — перед экспериментами с необычным надо сделать что-то обычное, чтобы понять что вам нужно, вникнуть в тему и знать нюансы.
в плюс к этому у вас будет готовый драйвер для экспериментов с чем-то другим.

Осмелюсь вставить сюда цитату с другого форума, радиолюбительского: 16.11.2006, 17:30
«Имеем на работе самопальный фрезер, от начала до конца все сделано на коленке. Моторы сделаны из автомобильных генераторов, приводят винт, который двигает нож(гайку). Все это хорошо, но назрел вопрос смены приводов на ремни, уменьшение редукции, т.к. очень уж все медленное, а быстрее делать страдает точность.»
«Мотор из генератора получается 16 шаговый, с ШИМом он сейчас делает 144 шага без обратной связи, без бубна и без шамана. Точность на выходе с винта-гайки — около 0.01 мм, главная борьба была с жесткостью самого станка. Но все это полный колхоз, надо нормальные моторы, минимальную редукцию, а точность обеспечивать ШИМом, может быть дробить не на 9 шагов, а 20-25 и будет та же точность при нормальной скорости перемещения.
Проблема в разгоне/торможении — надо программно обеспечивать ускорение. Вторая и бОльшая — нулевое сопротивление обмоток — это же генератор, а не мотор, поэтому взрослые токи-помехи, нагрев и прочие прелести. Короче — колхоз. Вроде мы созрели все поменять, перейти на ремни и нормальные степмоторы.» (Все неотносящееся к вопросу поскипано.)
В общем это возможно, но очень сложно и на сегодняшний день есть более дешовые и лучшие системы.

идея траш Ибо —
а) В качестве шагового двигателя не будет работать из-за малого количества шагов на оборот большого момента инерции ротора, нестандартности (а следовательно неотработанности) схем управления.
б) В качестве серво двигателя не имеет смысла потому что в сравнении с стоимостью электроники — горожение огорода с самодельным синхронным мотором как-то не вяжется. и привод в любом случае получится с худшими характеристиками чем аналоги.

Читайте также:  Схемы двигателя на х25хе

далее — современные шаговые моторы из линейки доступных, скажем FL57STH76 обладает моментом 18 кг*см, FL86STH80-4208 — 45кг*см.
есть отработанные схемы и драйверы, стандартные корпуса, повторимость характеристик.

из вашего последнего поста мне крайне слабо верится в «мощный» «огромный» «внушительный» момент — вообще не люблю неконкретность, и громкие слова.

особенность дизайна шагового двигателя в том, что он спроектирован с минимальными магнитными зазорами (порядка 0,1мм и меньше), и с редкоземельными крайне мощными магнитами в роторе.
что собственно и позволяет добиться столь внушительных характеристик в моменте и в повторяемости шага.
ни одного из этих моментов нет в автомобильном генераторе — вывод для шагового привода не годится.

попытки сделать из генератора привод для чпу приведут к тому что будет спроектирован агрегат с заранее Худшими характеристиками чем существующие решения.
и при этом вы вряд-ли выиграете по цене!

вывод — перед экспериментами с необычным надо сделать что-то обычное, чтобы понять что вам нужно, вникнуть в тему и знать нюансы.
в плюс к этому у вас будет готовый драйвер для экспериментов с чем-то другим.

Уважаемый Константин!
Всё было бы здорово, если бы магазин по продаже шаговых моторов находился хотя бы в одном со мной городе, и в кармане, а лучше на расчётном счету лежало столько, сколько требуется.
Изобретать велосипед и придумывать давно известное ещё и по бедности приходится.
Я до-предела конкретизирую задачу: требуется минимальных габаритов электропривод (не обязательно шаговый мотор ) с выходом 21кгс*м (214 Н*м) крутящего момента частотой вращения 5 об/мин с угловым перемещением минимум 120 градусов питанием 12 или 24 в постоянного тока с частотой включения примерно 10 сек через 5 минут. И, как говорится, чем ни скорей, тем больше.

Источник

3d-принтер и ЧПУ станок в одном устройстве своими руками

Блог для тех, у кого чешутся руки и есть желание заниматься цифровой техникой и не только цифровой и не только техникой.

Страницы

воскресенье, 1 июня 2014 г.

3. Изготовление драйвера шагового двигателя (для экспериментов).

Получается если повторять эту последовательность сигналов ABCD можно вращать ротор электромотора в одну сторону.
А как вращать ротор в другую сторону? Да очень просто, нужно изменить последовательность сигналов с ABCD на DCBA.
А как поворачивать ротор на конкретный заданный угол, например 30 градусов? У каждой модели шагового электромотора есть такой параметр как число шагов. У шаговиков которые я вытащил из матричных принтеров этот параметр 200 и 52, т.е. чтобы совершить полный оборот 360 градусов одним двигателям нужно пройти 200 шагов а другим 52. Получается чтобы повернуть ротор на угол 30 градусов, нужно пройти:
-в первом случае 30:(360:200)=16,666. (шагов) можно округлить до 17 шагов;
-во втором случае 30:(360:52)=4,33. (шага), можно округлить до 4 шагов.
Как видите есть достаточно большая погрешность, можно сделать вывод что чем больше шагов у мотора тем меньше погрешность. Погрешность можно уменьшать если использовать полушаговый или микрошаговый режим работы или механическим способом — использовать понижающий редуктор в этом случае страдает скорость движения.
Как управлять скоростью вращения ротора? Достаточно изменить длительность импульсов подаваемых на входы ABCD, чем длиннее импульсы по оси времени, тем меньше скорость вращения ротора.
Полагаю этой информации будет достаточно чтобы иметь теоретическое представление о работе шаговых электромоторов, все остальные знания можно будет получить экспериментируя.
И так перейдем к схемотехнике. Как работать с шаговым двигателем мы разобрались, осталось подключить его к Arduino и написать управляющую программу. К сожалению напрямую подключить обмотки мотора к выходам нашего микроконтроллера невозможно по одной простой причине — нехватка мощности. Любой электромотор пропускает через свои обмотки достаточно большой ток, а к микроконтроллеру можно подключить нагрузку не более 40 mA (параметры ArduinoMega 2560). Что же делать если есть необходимость управлять нагрузкой например 10A да еще и напряжением 220В? Эту проблему можно решить если между микроконтроллером и шаговым двигателем интегрировать силовую электрическую схему, тогда можно будет управлять хоть трехфазным электромотором который открывает многотонный люк в ракетную шахту :-). В нашем случае люк в ракетную шахту открывать не нужно, нам нужно всего лишь заставить работать шаговый мотор и в этом нам поможет драйвер шагового двигателя. Можно конечно купить готовые решения, на рынке их очень много, но я буду делать свой собственный драйвер. Для этого мне понадобятся силовые ключевые полевые транзисторы Mosfet, как я уже говорил эти транзисторы идеально подходят для сопряжения Arduino с любыми нагрузками.
На рисунке ниже представлена электрическая принципиальная схема контроллера шагового двигателя.

Читайте также:  Как долго ходят гильзованные двигатели

В качестве силовых ключей я применил транзисторы IRF634B максимальное напряжение исток-сток 250В, ток стока 8,1А, этого более чем достаточно для моего случая. Со схемой более менее разобрались будем рисовать печатную плату. Рисовал в встроенном в Windows редакторе Paint, скажу это не самая лучшая затея, в следующий раз буду использовать какой-нибудь специализированный и простой редактор печатных плат. Ниже представлен рисунок готовой печатной платы.

Далее это изображение в зеркальном отражении распечатываем на бумаге при помощи лазерного принтера. Яркость печати лучше всего сделать максимальной, а бумагу нужно использовать не обычную офисную а глянцевую, подойдут обычные глянцевые журналы. Берем лист и печатаем поверх имеющегося изображения. Далее получившуюся картинку прикладываем к заранее подготовленному куску фольгированного стеклотекстолита и хорошенько проглаживаем утюгом в течении 20 минут. Утюг нужно нагреть до максимальной температуры.
Как подготовить текстолит? Во первых его нужно отрезать по размеру изображения печатной платы (при помощи ножниц по металлу или ножовкой по металлу), во вторых зашкурить края мелкой наждачной бумагой, чтобы не осталось заусенцев. Также необходимо пройтись наждачкой по поверхности фольги, снять окислы, фольга приобретет ровный красноватый оттенок. Далее поверхность обработанную наждачной бумагой нужно протереть ваткой смоченной в растворитель (используйте 646 растворитель он меньше воняет).
После прогрева утюгом, тонер с бумаги запекается на поверхность фольгированного стеклотекстолита в виде изображения контактных дорожек. После этой операции плату с бумагой необходимо остудить до комнатной температуры и положить в ванночку с водой примерно на 30 минут. За это время бумага раскиснет и ее нужно аккуратно скатать подушечками пальцев с поверхности текстолита. На поверхности останутся ровные черные следы в виде контактных дорожек. Если у вас не получилось перенести изображение с бумаги и у вас есть огрехи, тогда следует смыть тонер с поверхности текстолита растворителем и повторить все заново. У меня все получилось с первого раза.
После получения качественного изображения дорожек, необходимо вытравить лишнюю медь, для этого нам понадобится травильный раствор который мы приготовим сами. Раньше для травления печатных плат я использовал медный купорос и обычную поваренную соль в соотношении на 0,5 литра горячей воды по 2 столовые ложки с горкой медного купороса и поваренной соли. Все это тщательно размешивалось в воде и раствор готов. Но в этот раз попробовал иной рецепт, очень дешевый и доступный.
Рекомендуемый способ приготовления травильного раствора:
В 100 мл аптечной 3% перекиси водорода растворяется 30 г лимонной кислоты и 2 чайные ложки поваренной соли. Этого раствора должно хватить для травления площади 100 см2. Соль при подготовке раствора можно не жалеть. Так как она играет роль катализатора и в процессе травления практически не расходуется.
После приготовления раствора, печатную плату необходимо опустить в емкость с раствором и наблюдать за процессом травления, тут главное не передержать. Раствор съест непокрытую тонером поверхность меди, как только это произойдет плату необходимо достать и промыть холодной водой, далее ее нужно просушить и снять с поверхности дорожек тонер при помощи ватки и растворителя. Если в вашей плате предусмотрены отверстия для крепления радиодеталей или крепежа, самое время просверлить их. Я опустил эту операцию по причине того что это всего лишь макетный драйвер шагового двигателя, предназначенный для освоения новых для меня технологий.
Приступаем к лужению дорожек. Это необходимо сделать чтобы облегчить себе работу при пайке. Раньше я лудил при помощи припоя и канифоли, но скажу это «грязный» способ. От канифоли много дыма и шлака на плате который нужно будет смывать растворителем. Я применил другой способ, лужение глицерином. Глицерин продается в аптеках и стоит копейки. Поверхность платы необходимо протереть ваткой смоченной в глицерине и наносить припой паяльником точными мазками. Поверхность дорожек покрывается тонким слоем припоя и остается чистой, лишний глицерин можно удалить ваткой или промыть плату в воде с мылом. К сожалению у меня нет фотографии полученного результата, после лужения, но получившееся качество впечатляет.
Далее необходимо припаять все радиодетали на плату, для пайки SMD компонентов я использовал пинцет. В качестве флюса использовал глицерин. Получилось очень даже аккуратно.
Результат налицо. Конечно после изготовления плата выглядела лучше, на фото она уже после многочисленных экспериментов (для этого она и создавалась).

Листинг программы:

/*
* Тестовая программа для шаговика
*/
#include
#define STEPS 200

Stepper stepper(STEPS, 31, 33, 35, 37);

void setup()
<
stepper.setSpeed(50);
>

void loop()
<
stepper.step(200);
delay(1000);
>

Данная управляющая программа заставляет делать один полный оборот вала шагового двигателя, после перерыва длительностью в одну секунду, повторяется до бесконечности. Можно поэкспериментировать со скоростью вращения, направлением вращения а также углами поворотов.
Драйвер шагового двигателя (версия 2)

Источник