Ось основні положення, які бажано дотримуватися при роботі з драйверами ШД:
1. Драйвери крокових двигунів ні в якому разі не можна підключати до джерела змінного струму. Безпечно живити драйвер можна лише за допомогою випрямленої постійної напруги.
2. При роботі з кроковими двигунами потрібно уважно дотримуватись полярності підключення керуючих сигналів і силового харчування. Незважаючи на те, що сучасні контролери крокових двигунів оснащені системою захисту від переполюсовки, зайва обережність в цій справі ніколи не зашкодить.
3. Не можна підключати драйвер крокової двигуна до серводвигунів або ШД до серводрайверу.
4. Обов'язково потрібно відключати харчування перед тим, як здійснювати підключення драйвера або змінювати режим його роботи.
5. Вимикач (розмикач) харчування можна встановлювати на лінії драйвера тільки до блоку живлення, з боку джерела 220В. Установка розмикача після БП суворо заборонено.
6. Неприпустимо поєднувати контакт «-» на джерелі живлення з масою, корпусом, заземленням ітд.
7. Драйвери можна підключати послідовно по харчуванню, правильним вважається тільки підключення типу «зірка» (тобто, до блоку живлення приєднується окрема лінія для кожного драйвера).
8. Напруга живлення не повинно перевищувати максимальні показники, які вказані в технічних характеристиках конкретного драйвера.
9. Також не можна підключати драйвери крокової двигуна до включеному джерела живлення або ж відключати їх від нього. Спочатку ви повинні виконати всі з'єднання, а потім тільки включати харчування (розмикач обов'язково повинен бути встановлений з боку мережі).
10. Допускається підключення лише одного ШД до одного драйверу. Управління одного двигуна декількома драйверами заборонено. Крім того, не можна підключати два драйвера до униполярного шаговому двигуну (навіть в тому випадку, коли один драйвер комутує одну пару обмоток, а другий - іншу).
11. Окрему увагу бажано приділити системі охолодження драйверів (відведення тепла), а також потрібно ретельно стежити за тим, щоб контролери крокових двигунів не контактували з вологою.
12. Рекомендується монтувати драйвери крокових двигунів в захищений електротехнічний шафа. Це дозволить забезпечити надійність їх роботи і безпеку для людей, які працюють з цим обладнанням.
На сьогоднішній день існує досить велика кількість різних двигунів - систем управління механізмами. Одним з найбільш передових і ефективних їх видів по праву вважаються крокові двигуни. У даній статті ми розглянемо основні особливості будови цієї техніки, а також розповімо вам про її існуючих різновидах. Як відомо, ШД є синхронний двигун, в роторі якого розташовані постійні магніти, а основні напрямні (магнітне поле статора), обертається за допомогою електроніки.
В ході своєї роботи, кроковий двигун трансформує керуючі імпульси (кроки) в механічний рух (обертання) ротора. ШД мають цілу низку переваг, у порівнянні з іншими типами подібного обладнання. Сюди можна віднести їх просту і зрозумілу конструкцію, високу надійність і довговічність, доступну ціну, а також високі показники крутного моменту при низьких швидкостях. Однак дана техніка також має і певними недоліками - зокрема, сюди відноситься ефект резонансу при низьких швидкостях і зниження крутного моменту на високих. Втім, сучасні драйвери крокових двигунів здатні істотно знизити ефект від перерахованих недоліків.
Система управління кроковим двигуном
Indexer - контролери крокових двигунів. представлені у вигляді мікропроцесора, який генерує імпульси «НАПРЯМОК» і «КРОК», відповідно до сигналів, які він отримує від користувача. Крім цього, контролери також виконують і інші, більш складні функції. Силовий частиною ШД є його драйвер - він перетворює сигнали від контролера в силові імпульси, які необхідні для руху ротора. Сучасний ринок крокових двигунів пропонує покупцям вельми великий вибір драйверів до них. Для кожної моделі драйвера характерні певна величина струму і форми імпульсів. Драйвери крокових двигунів не є універсальними, кожен з них можна поєднати лише з конкретною моделлю ШД. Якщо ви збираєтеся придбати надійний і довговічний двигун, то вкрай важливим рішенням буде підбір драйвера до нього.
Сучасні крокові двигуни діляться на 3 основні типи:
• Двигуни зі змінним магнітним опором
• Двигуни з постійними магнітами
• Гібридні двигуни
Кожен з цих різновидів має особливу будову і механізм роботи. Наприклад, постійні магніти можна використовувати в двигунах зі змінним опором. В результаті у таких моделей ШД відсутня функція стопорного моменту (detent torque). Через це двигуни зі змінним магнітним опором, в більшості випадків, не можуть досягти високих показників крутного моменту. Що ж стосується двигунів з постійними магнітами, то їх величина кроку досить велика - не менше 7.5 °. Ця характеристики пов'язана з особливостями конструкції ротора даних ШД. Крім того, такі двигуни мають досить низькою ціною, проте швидкість їх обертання залишає бажати кращого.
Гібридні ж крокові двигуни мають ротором з постійними магнітами і багатополюсним статором. Завдяки цьому, такі моделі ШД демонструють помірну величину кроку (близько 1,8 °) і гідні показники крутного моменту (до 300 кгс / см). Стопорний момент у такого обладнання дорівнює приблизно 10%, від показників синхронизирующего статичного моменту.
Крім того, крокові двигуни відрізняються один від одного за способом харчування. Тут існують:
• Уніполярні двигуни
• Біполярні двигуни
Кроковий двигун є уніполярним в тому випадку, коли відводи від середини обмоток об'єднані між собою всередині самого двигуна. Таким чином, користувачеві доступно тільки 5 висновків, що буває вкрай рідко.
Драйвер (контролер) крокової двигуна являє собою пристрій-набір мікросхем, яке забезпечує його правильну роботу і змушує двигун чітко виконувати сигнали управління. У сфері управління ШД існують певні стандарти - це сигнали STEP, DIR і ENABLE. Сигнал STEP відповідає за крок двигуна, DIR - за напрямок обертання, а ENABLE є сигналом включення самого драйвера. Говорячи науковою мовою, контролери крокових двигунів - це силові електронні пристрої, що керують високовольтними / Потужнострумові обмотками крокової двигуна на основі цифрових сигналів управління. З їх допомогою двигун виконує свою безпосередню функцію - робить кроки (тобто, обертається).
Як відомо, крокові двигуни мають більш складну структуру і систему управління, в порівнянні з тими ж звичайними колекторними двигунами. Щоб ефективно управляти ними, потрібно перемикати рівень напруги в обмотках в певній послідовності і одночасно підтримувати контроль струму. Тому, щоб спростити обслуговування даних механізмів, були впроваджені допоміжні пристрої управління - драйвери крокових двигунів. Вони дозволяють контролювати обертання ротора двигуна, в залежності від сигналів управління і в після цього ділити фізичний крок крокової двигуна на дрібні дискрети за допомогою електроніки.
Для того, щоб забезпечити повноцінну роботу пристрою, до контролерів крокової двигуна підключаються сигнали управління, сам ШД через обмотки, а також джерело живлення. Стандартні сигнали управління для такого обладнання - це сигнали STEP \ DIR (або ж CW \ CCW), а також сигнал ENABLE.
Сигнал STEP - основний сигнал кроку, тактуючий. Один його імпульс повертає ротор двигуна на один крок. Важливо, що тут мається на увазі не фізичний крок крокової двигуна, а спеціальний крок, параметри якого визначаються драйвером (наприклад, 1: 1, 1: 8, 1:16). Як правило, драйвери крокових двигунів відпрацьовують цей крок по задньому або ж передньому фронту імпульсу.
Сигнал DIR - сигнал напрямки, потенційний сигнал. У режимі логічної одиниці кроковий двигун обертається за годинниковою стрілкою, а в режимі нуля - проти неї. Також можна виставити значення цих параметрів в зворотній послідовності. Є можливість інвертувати сигнал DIR з програми управління або ж змінити послідовність підключення фаз двигуна за допомогою драйвера (в роз'ємі його підключення).
Сигнал CW - сигнал кроку, тактуючий сигнал. Його імпульс також повертає ротор. Один сигнал - один крок ротора, коефіцієнти якого встановлюються драйвером (1: 1, 1:16, 1: 8 ітд). Крок відпрацьовується драйвером по передньому або задньому фронту імпульсу.
Сигнал ENABLE - сигнал включення / вимикання драйвера, потенційний сигнал. При логічній одиниці (5В на вхід) драйвер вимикається, і обмотки крокової двигуна обесточиваются. При нулі (0В на вхід) драйвер включений і обмотки запитані.
Додаткові функції контролерів крокових двигунів
• Контроль перевантажень по току
• Контроль напруги в харчуванні, в тому числі і захист від ефекту зворотної ЕРС. Якщо обертання ротора сповільнюється, кроковий двигун починає виробляти додаткову напругу, яке підсумовується з напругою живлення і на короткий період часу збільшує його. Чим сильніше уповільнення, тим більше зростає напруга зворотної ЕРС, і тим більше скаче напруга живлення. Такий стрибок напруги негативно впливає на драйвер і може навіть вивести його з ладу, тому драйвери крокових двигунів оснащені системою захисту від коливань напруги живлення. Якщо показники напруги перевищують порогове значення, драйвер автоматично відключається.
• Контроль зміни полюсів (переполюсовкі) при підключенні напруги живлення і сигналів управління.
• Режим економії електричного струму, що подається на обмотки ШД при його просте (визначається відсутністю сигналу STEP). Він дозволяє зменшити нагрів двигуна і знизити витрату споживаного струму (в режимі AUTO-SLEEP).
• Автоматична система-компенсатор среднечастотного резонансу крокової двигуна. Резонанс часто виникає при роботі ШД (в діапазоні 6-12 об / сек.) І негативно впливає на його роботу. Зокрема, двигун починає гудіти, працювати нестабільно і в підсумку ротор зупиняється. Це явище багато в чому залежить від механічного навантаження і параметрів крокової двигуна. Автоматичний компенсатор допомагає повністю усунути явище резонансу, зробити обертання його ротора стійким і рівномірним при будь-яких діапазонах частот.
• Схема змін форми фазових струмів з функцією збільшення їх частоти. Також вона називається морфинг - тобто, перехід від мікрошага до звичайного кроку двигуна при збільшенні частоти струму. Як відомо, максимальний момент (заявлений в ТХ) віддається двигуном лише при режимі повного кроку. Тому, звичайні драйвери крокових двигунів (без морфинга) дозволяють двигунам працювати лише на 70% від їх максимальної потужності. Драйвер з функцією морфинга забезпечує максимальну віддачу двигуна у всіх частотних діапазонах.
• Генератор частоти STEP (вбудований) - це функція, що дозволяє здійснити пробний запуск контролера крокового двигуна без необхідності підключення до ПК або будь-якому іншому зовнішньому генератору. Також з його допомогою можна встановлювати прості системи переміщення знову таки без використання комп'ютера.