Плавность хода, шум и момент шагового двигателя при управлении микроконтроллером

Spread the love

Чтобы понимать какой шаговый двигатель для ЧПУ станка вам необходим, нужно знать требования к крутящему моменту и частоте вращения (скорости). Лучший шаговый двигатель будет способен обеспечить необходимый крутящий момент и при этом быть достаточно быстрым. Очень легко переплатить за слишком большой шаговый двигатель или выбрать слабый. Это руководство может помочь вам выбрать шаговый двигатель, который вам нужен для вашего приложения с ЧПУ.

Как специалиста по ЧПУ и консультанта, меня часто спрашивают рекомендации по шаговым двигателям от людей, которые хотят сделать ЧПУ или заменить двигатель в существующем ЧПУ.

Я предлагаю им свои лучшие варианты в зависимости от категории шагового двигателя:

• STEPPERONLINE NEMA 17 Stepper Motor
• STEPPERONLINE NEMA 23 Stepper Motor
• TOAUTO Integrated Closed-Loop NEMA 23 Stepper Motor with Driver
• Hobby-Unlimited NEMA 34 Stepper motor

Вот лучшие шаговые двигатели, доступные сегодня [2021] для приложений ЧПУ.

Лучшие шаговые двигатели для ЧПУ

Лучшие шаговые двигатели NEMA 17

Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 17 — лучший высокоточный шаговый двигатель.

NEMA 17-2A Stepper Motor for CNC

Краткие технические характеристики
Двигатель STEPPERONLINE NEMA 17, вероятно, является самым популярным шаговым двигателем NEMA 17 на сегодняшний день, и не без оснований. Удерживающий момент на этом двигателе составляет 84 унции на дюйм, что довольно много для двигателя NEMA 17 и подходит для большинства настольных ЧПУ и лазерных граверов. Фактически, он также идеально подходит для 3D-принтеров. Для сравнения: большинство настольных ЧПУ 30 x 18, представленных сегодня на рынке, таких как ЧПУ Sainsmart 3018, работают на шаговых двигателях с удерживающим моментом 35 унций на дюйм и номинальным током 1,3 А. Таким образом, крутящий момент более чем вдвое больше, чем у популярных настольных ЧПУ.

Этот шаговый двигатель для фрезерного станка с ЧПУ — отличный выбор для большинства любителей. Он может выдерживать максимальный ток 2А на фазу. Для запуска этого шагового двигателя вам нужен драйвер шагового , который имеет свое максимальное значение тока выше, чем 2 А. Наиболее популярные и рентабельные те , которые отвечают этому критерию являются TB6600 и DM542T . С этим двигателем у вас есть потенциал для создания настольного ЧПУ, который будет более мощным и плавным, чем любой из настольных ЧПУ стоимостью менее 500 долларов, представленных на рынке.

Однако вам также необходимо сопоставить с этим правильный контроллер. Убедитесь, что вы используете шаговый драйвер, такой как TB6600 или лучше, с этим двигателем 2A. Я говорю это, потому что многие бюджетные контроллеры ЧПУ GRBL на рынке имеют встроенные драйверы шагового двигателя, и большинство из них либо A4988, либо DRV8825.

Технически вы можете запустить этот двигатель с помощью шагового драйвера A4988 или DRV8825 при низком токе, но вы не сможете извлечь из него полную производительность. Если вы попытаетесь запустить его с этими драйверами на 2А, ожидайте, что через некоторое время он сгорит.

Для тех, кто интересуется, какой крутящий момент этот шаговый двигатель будет генерировать при разных оборотах при напряжении 24 В, это может помочь — Таблица крутящего момента в / с для шагового двигателя NEMA 17 .

Этот двигатель имеет угол шага 1,8 градуса, а точность угла шага этого двигателя составляет +/- 5%. Индуктивность этого двигателя составляет 3,0 мГн, что меньше рекомендованной максимальной индуктивности 5,0 мГн. Это помогает достичь хорошего крутящего момента даже на более высоких оборотах. Он также имеет номинальную температуру окружающей среды 10-50 ° C и максимальную номинальную температуру 80 ° C.

Почти все пользователи этого двигателя сообщают о температуре ниже этой номинальной и лишь немного нагреваются при работе с током 1 А. Отличное управление нагревом этого двигателя помогает избежать пропуска шагов, которые случаются, когда шаговый двигатель становится слишком горячим. Этот шаговый двигатель поставляется с четкой документацией о том, какой из четырех проводов куда идет, и это действительно полезно, если вы не являетесь экспертом.

Если вам нужно несколько двигателей NEMA 17 вместо одного, я предлагаю вам выбрать этот набор из 5 двигателей NEMA 17 для оптовой скидк.

ЗА:

• Высокий крутящий момент среди двигателей NEMA 17.

МИНУСЫ:

• Требуется шаговый драйвер TB6600 или лучше.

Шаговый двигатель Usongshine NEMA 17

Usongshine NEMA 17 1.5A Шаговый двигатель

Краткие технические характеристики
Шаговый двигатель Usongshine NEMA 17 с удерживающим моментом 60 унций является прочным биполярным шаговым двигателем. Чтобы запустить этот шаговый двигатель, вам понадобится шаговый драйвер с максимальным номинальным током выше 1,5 А. Самыми популярными из них, отвечающими этому критерию, являются драйверы A4988, DRV8825 и TB6600. Если у вас есть контроллер со встроенными драйверами шагового двигателя, просто убедитесь, что у него есть драйвер A4988 или лучше (с точки зрения ампер). Какой бы шаговый драйвер вы ни выбрали или уже имеете, убедитесь, что ток, протекающий от него к двигателю, должен быть ниже номинального тока шагового двигателя, то есть 1,5 А.

Длина кабеля этого двигателя составляет 1 метр с четырьмя проводами, что является стандартом для биполярных шаговых двигателей в наши дни. Он представляет собой шаговый двигатель с углом наклона 1,8 градуса, что означает, что он будет делать 200 шагов на каждый полный оборот. Точность угла шага этого двигателя составляет +/- 5%, и большинство пользователей сообщают о минимальном количестве пропущенных шагов, если только они не работают постоянно с максимальной силой тока.

Печатные платы в моторном отсеке были модернизированы по сравнению с предыдущими версиями, чтобы обеспечить более плавное движение мотора. Вся поверхность двигателя покрыта эпоксидной смолой, что придает ему более высокую стабильность и низкий уровень шума. Мотор Usongshine, как и его корпус, также отличается высокой стабильностью, равномерной скоростью работы и низким уровнем шума. Медные катушки, используемые в двигателе и роторе из кремнистой стали, равномерно рассеивают тепло. Ротор из кремнистой стали вместе с прорезиненной поверхностью обеспечивает стабильную производительность, низкий уровень шума и более длительный срок службы продукта.

Этот двигатель работает при температуре около 50 ° C при нормальной нагрузке и нагревается до 70 ° C при максимальном номинальном токе 2А. Производитель не указывает индуктивность этого двигателя, но она низкая, что дает этому двигателю разумный крутящий момент даже при более высоких оборотах. Низкое сопротивление также увеличивает теплопроводность двигателя, обеспечивая как лучшую производительность, так и снижение потерь тепла. В целом, этот шаговый двигатель NEMA 17 — надежный вариант для любого настольного гравера, лазерного гравера или 3D-принтера.

Плюсы:

• Хорошая совместимость с бюджетными шаговыми драйверами и контроллерами.

Минусы:

• Более низкий крутящий момент по сравнению с двигателем StepperOnline NEMA 17 на 84 унции.

Драйвер шарового двигателя своими руками

При желании драйвер для шарового двигателя можно сделать самостоятельно, но при условии покупки необходимого оборудования. Для начала определитесь, какой тип ЩД у вас в руках.

В биполярном устройстве всего две обмотки, поэтому количество отходящих проводов будет четыре. В униполярном двигателе обмоток больше, поэтому и количество выводов соответствующее.

Схема управления биполярным двигателем состоит из нескольких элементов:

1. Генератор импульсов.
2. Коммутатор.
3. Силовые ключи, управляющие обмотками моторов.

Генератор собирается на базе микросхемы 555 по обычной схеме. Каждый импульс, которые выдается генератором, обеспечивает перемещение мотора на один шаг.

Коммутатор собирается на базе микросхемы 4013, а силовая часть — L239D (микросхема-драйвер).

В роли источника питания применяется две батарейки, обеспечивающие напряжение, равное пяти вольтам. После включения питания генератор подает импульсы, частоту которых можно менять с помощью корректировки сопротивления генератора.

В зависимости от применяемой схемы можно использовать реверс или подключать ШД без него.

Для обеспечения реверса собирается такая же цепочка с той разницей, что на выходе из коммутатора можно будет менять полярность на обмотках. Иными словами, при изменении принципа подключения меняется и направление вращения.

В схеме с реверсом применяется два драйвера коллекторных двигателей FAN 8082. После включения ШД можно нажимать переключатель, чтобы вращение шло в другом направлении.

Схемы подключения.

Вместо генератора можно подключить тактовую кнопку, с помощью которой легко избежать дребезга контактных групп. При желании можно даже посчитать число шагов двигателя, если это необходимо.

Особенности первого драйвера L293D (для первой схемы):

• Напряжение устройства от +5 до +15 В.
• Размер платы 60х21 мм.
• Максимальный ток 1,2 А, но на практике при токе больше 0,5 А схема начинает греться.
• Объединяемые вывода — 4, 5, 12, 13.

Особенности второго драйвера FAN 8082 (для второй схемы):

• Напряжение устройства от +5 до +15 В.
• Максимальный ток — 1,6 А.

В отличие от прошлого устройства, этот тип драйвера лучше справляется с нагрузкой. При желании, как отмечалось выше, можно использовать гаситель дребезга контактов.

Лучшие шаговые двигатели NEMA 23

STEPPERONLINE NEMA 23 2.8A ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ с ЧПУ

Шаговый двигатель для ЧПУ NEMA 23 2.8A

Краткие технические характеристики
Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 23 в целом является лучшим выбором среди шаговых двигателей NEMA 23, если вы ищете двигатель, уравновешивающий цену и крутящий момент. Биполярный двигатель развивает крутящий момент 178,5 унций на дюйм и имеет фиксированный угол шага 1,8 градуса. Этот шаговый двигатель может выполнять большинство задач, необходимых для DIY-маршрутизатора с ЧПУ, который режет дерево, пластик, алюминий и печатные платы.

В качестве эталона популярный ЧПУ Openbuilds Lead (размер 60 x 60 дюймов) имеет шаговый двигатель NEMA 23 на 175 унций, что очень близко к этому шаговому двигателю. Большинство 7-дюймовых токарных станков и небольших фрезерных станков, таких как настольный Sherline, работают с крутящим моментом 170-280 унций. Он имеет сопротивление 0,9 Ом и рассчитан на ток 2,8 А на фазу.

Корпус размером 57x57x56 мм состоит из смеси стали, меди и алюминия. Это обеспечивает долговечность двигателя, а также меньший вес по сравнению с двигателями NEMA 23 с аналогичным крутящим моментом. Двигатель StepperOnline NEMA 23 весит 1,54 фунта (700 г). Двигатель также может работать со скоростью 1000 об / мин на холостом ходу и в целом обладает высокой эффективностью при резке различных материалов.

Вы можете запустить этот двигатель с помощью драйвера TB6600 или драйвера DM542T . Конечно, вы можете использовать даже лучшие драйверы, если это требуется. Управляющее напряжение, необходимое для работы этого шагового двигателя, составляет 24-48 В, что является стандартным для большинства двигателей NEMA 23. Он имеет 4 подводящих провода и провод длиной 300 мм. Индуктивность этого двигателя составляет 2,5 мГн, что довольно мало, что дает ему высокий крутящий момент даже при высоких оборотах.

ЗА:

• Легкий (700 г)

Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 23 3.0A — лучший высокоскоростной шаговый двигатель.

Шаговый двигатель STEPPERONLINE NEMA 23 3.0A — лучший высокоскоростной шаговый двигатель.

Краткие технические характеристики
Этот двигатель StepperOnline NEMA 23 имеет тот же размер (форм-фактор), что и двигатель NEMA 23 2,8 А, указанный выше. Тем не менее, он имеет максимальный ток 3 А на фазу и удерживающий момент 269 унций. Это больше, чем 178,5 унций в двигателе 2,8A NEMA 23. Вопрос в том, нужно ли оно вам? Трудно сказать, нужно ли вам это, не зная, с какой скоростью вы хотите, чтобы ваш станок резал.

Скорость движения ЧПУ зависит от скорости подачи и зависит от числа оборотов вашего шагового двигателя. Проблема в том, что крутящий момент, который вы получаете от шагового двигателя, линейно падает при увеличении числа оборотов, чтобы маршрутизатор двигался быстрее. Для этого двигателя NEMA 23 вы по-прежнему получаете около 80% его максимального крутящего момента, то есть около 226 унций на дюйм при 400 об / мин, при работе от источника питания 48 В постоянного тока.

График крутящего момента

Если вам требуется более 400 об / мин, и вам нужен крутящий момент более 250 унций даже на этой скорости, я предлагаю вам перейти к следующему двигателю в этом списке с более высоким крутящим моментом. Этот двигатель также имеет более высокое сопротивление (1,12 Ом). Он также может работать с драйвером TB6600 или драйвером шагового двигателя DM542T.

Управляющее напряжение, необходимое для работы этого шагового двигателя, составляет 24-48 В, что является стандартным для большинства двигателей NEMA 23. Этот двигатель также имеет те же 4 вывода, но имеет большую длину вала — 21 мм по сравнению с предыдущим двигателем NEMA 23, который имеет длину 20,6 мм.

ЗА:

• Обеспечивает более высокий крутящий момент
• Доступная цена

Шаговый двигатель для ЧПУ с высоким крутящим моментом NEMA 23 4.2A — лучший шаговый двигатель с высоким крутящим моментом

Шаговый двигатель для ЧПУ NEMA 23 4.2A

Краткие технические характеристики
Это действительно монстр среди двигателей NEMA 23 и шаговый двигатель с высоким крутящим моментом. Этот шаговый двигатель с номинальным током 4,2 А на фазу и крутящим моментом 425 унций обычно является самым мощным из всех фрезерных станков с ЧПУ, которые режут такие материалы, как дерево, пластик, алюминий и печатные платы. Вы можете подняться выше этого только в том случае, если хотите серьезно обработать металл. Даже тогда в этом может не быть необходимости.

Многие большие токарные станки (10 x 22 или 10 x 32 дюйма) и тяжелые настольные мельницы (оси X и Y) имеют крутящий момент в пределах 400-600 унций на дюйм. Этот двигатель имеет действительно впечатляющую кривую зависимости крутящего момента от частоты вращения.

Кривая зависимости крутящего момента от частоты вращения

Если вы посмотрите на кривую, он обеспечивает скорость вращения 283 унции в минуту даже при 360 об / мин при работе от источника питания 36 В. Вы можете рассчитывать на еще большую мощность с 48 В постоянного тока. Этот шаговый двигатель может работать на умеренных скоростях с использованием драйвера DM542T, в то время как TB6600 может быть слишком слабым для этого двигателя. Если вы действительно хотите довести этот двигатель до предела, то есть до 4,2 А, вы должны получить драйвер, который может обрабатывать не менее 5 А, например DM542S (5,0 А), или DM556 (5,6 А), или Trinamic TMC5160 (входит в xPro V5 ).

Мотор имеет четыре провода с углом шага 1,8 градуса. Длина выводов на проводах составляет 400 мм (40 см). Как и следовало ожидать, этот двигатель довольно тяжелый для NEMA 23. Он весит 4 фунта (1,8 кг). Напряжение питания для этого двигателя должно быть в диапазоне 24-48 В постоянного тока. Этот двигатель имеет максимальную номинальную температуру 80 ° C. Если он нагревается больше, возможно, вам потребуется обновить драйвер шагового двигателя. В целом это то, что вам нужно, если вы хотите абсолютную мускулатуру размером с NEMA 23.

ЗА:

• Очень высокий крутящий момент даже на высоких оборотах.
• Практически никогда не пропускает шаг даже после долгого использования.

МИНУСЫ:

• Тяжелый и требует драйверов 5А для полной производительности.

Интегрированный шаговый двигатель Nema23 с замкнутым контуром и драйвером TOAUTO — лучший шаговый двигатель с замкнутым контуром

TOAUTO NEMA 23 Шаговый двигатель с замкнутым контуром

Краткие технические характеристики
Шаговый двигатель TOAUTO NEMA 23 — хороший выбор, если вам нужен шаговый двигатель с обратной связью вместо шагового двигателя с открытым контуром. Шаговый двигатель с обратной связью имеет высокий удерживающий момент 283 унций на дюйм. Драйвер на 36 В, 5 А прилагается к двигателю, поэтому вам не нужно искать совместимый шаговый драйвер. Все двигатели, перечисленные перед этим двигателем, являются двигателями с разомкнутым контуром. Двигатели с разомкнутым контуром страдают от отсутствия обратной связи с контроллером.

Самым большим преимуществом выбора шагового двигателя с обратной связью является то, что он дает обратную связь контроллеру, аналогичную сервомотору, при почти 1/3 стоимости сервомотора. Шаговые двигатели с разомкнутым контуром могут иногда пропускать шаги, особенно при работе на предельных значениях тока, когда двигатель становится слишком горячим. Дополнительная обратная связь, которая передается контроллеру в шаговом двигателе с обратной связью, дает ему возможность либо корректировать свое положение, либо останавливаться после каждого движения в случае пропущенных шагов. Если вы выполняете критически важную работу, когда пропущенный шаг может испортить вашу заготовку, то шаговый двигатель с обратной связью может быть лучшим вариантом для вас. Он предупреждает вас о пропущенном шаге и останавливает движение, чтобы вы могли внести изменения во вводимые данные.

Шаговый двигатель с замкнутым контуром также работает холоднее, чем эквивалентный по крутящему моменту шаговый двигатель с разомкнутым контуром, поскольку он определяет фактическую нагрузку и подает только необходимый ток. В положении останова (0 об / мин) он почти прекращает подачу тока, что приводит к отсутствию нагрева, в то время как шаговый двигатель с разомкнутым контуром наиболее сильно нагревается в положении останова.

Синхронизация в реальном времени гибридной ступенчатой ​​сервосистемы обеспечивает обратную связь для очень быстрого пуска и останова, стабильности остановки при нулевой скорости. Технология отслеживания положения, используемая в замкнутой системе реального времени, гарантирует отсутствие потери синхронизации. Он работает, устанавливая датчик положения за шаговым двигателем. Датчик положения обеспечивает максимальную точность шага или позиционирования. Кодировщик также применяет методику кодирования и фильтрации для преодоления проблемы резонанса. Это приводит к плавному и точному движению на низкой скорости и устраняет проблемы шума и вибрации, с которыми сталкиваются традиционные шаговые двигатели.

В гибридной системе сервопривода применяется метод управления током, который приводит к увеличению скорости на 30% и улучшает эффективный крутящий момент на 70%. Комбинированный эффект — работа с высоким крутящим моментом на высокой скорости. Эта система драйвера двигателя не требует дополнительной настройки и, как и другие шаговые двигатели, работает по принципу «plug-and-play».

ЗА:

• Технология отслеживания местоположения обеспечивает лучшую синхронизацию в реальном времени
• Поставляется с шаговым драйвером
• Не сильно нагревается

МИНУСЫ:

• Двигатель NEMA 23 будет иметь вал 0,25 дюйма, в то время как этот шаговый двигатель имеет вал 0,327 дюйма, и, следовательно, он больше похож на NEMA 24.
• Дороже, чем другие двигатели NEMA 23.

Комплект шагового двигателя NEMA 23

Комплект шагового двигателя NEMA 23

Краткие технические характеристики
Если вам нужны шаговые двигатели для вашего ЧПУ и вы не хотите беспокоиться о поиске совместимых шаговых драйверов и источника питания, тогда этот комплект для вас. Этот комплект шагового двигателя с ЧПУ включает 4 мощных шаговых двигателя NEMA 23, драйвер шагового двигателя FMD2740C или аналог, контроллер, источник питания и коммутационную плату. В комплект входит шаговый двигатель NEMA 23, который способен создавать удерживающий момент 425 унций на дюйм с точностью шага 5%. Точность сопротивления и индуктивности 10 и 20 процентов соответственно гарантирует, что двигатель следует фиксированному углу шага 1,8 градуса.

Импульсный источник питания имеет мощность 400 Вт и представляет собой единственный выход, производящий 36 В / 9,7 А, а входной — 100–120 В переменного тока или 200–240 В переменного тока. Коммутационная плата USB с ЧПУ обеспечивает простое подключение через USB. Плата оснащена высокопроизводительным контроллером движения, обеспечивающим исключительное управление двигателем. Е

ЗА:

• Все в одном комплекте и нет необходимости проверять наличие дополнительных совместимых драйверов и расходных материалов.

Преимущества и недостатки

Перед применением шагового двигателя необходимо изучить его плюсы и минусы. По ним проще судить об актуальности применения оборудования для решения задач разной сложности.

Плюсы:

1. Точность. При подаче напряжения на определенные обмотки ротор поворачивается на строго определенный угол.
2. Продолжительный срок службы. Если следить за оборудование, проводить периодические проверки и восстановительные процедуры, шаговый двигатель способен прослужить не меньше станка.
3. Часто применяется в качестве более дешевой альтернативы сервопривода. Его часто применяют для автоматизации разного рода узлов.
4. Стабильность. ШД работает при разных нагрузках и не боится колебания этого параметра.
5. Легкость в применении. Управление шаговым двигателем не требует специальных знаний. Разобраться в принципе действия и правилах использования может даже новичок.
6. Отличные характеристики: поддержка максимального момента вращения (даже при низкой скорости), четкость фиксации после остановки.
7. Простота ремонта. Имеет простую конструкцию, поэтому с обслуживанием и восстановлением не возникает трудностей.

Минусы:

1. Низкий момент. ШД не могут похвастаться достаточным моментом при повышении скорости вращения. Единственный выход — улучшение динамических параметров с помощью специальных ШИМ-драйверов.
2. Вибрации. Из-за дискретности шага возникают вибрации, которые неизбежно приводят к уменьшению момента вращения и появлению резонансов в системе.
3. Риск нарушения позиционирования. Изменение этого параметра возможно при повышении нагрузки выше допустимого параметра.
4. Небольшая эффективность. Шаговый двигатель использует много энергии даже при минимальной нагрузке.
5. Трудности с набором скорости. Агрегат с трудом набирает обороты после мгновенной перегрузки.
6. Риск «проскальзывания» ротора. Это известная проблема, проявляющаяся в случае повышения нагрузки выше допустимого значения. Для ее решения можно установить датчик или увеличить мощность мотора.

Это не исчерпывающий список слабых и сильных характеристик шагового механизма, но достаточный для принятия решения.

Лучшие шаговые двигатели NEMA 34

Hobby-Unlimited Шаговый двигатель NEMA 34 — Лучший шаговый двигатель NEMA 34

Шаговый двигатель NEMA 34

Краткие технические характеристики
Это шаговый двигатель NEMA 34 с удерживающим моментом 1200 унций и номинальным максимальным током 6 А на фазу. Удерживающий момент на нем в три раза больше, чем у предыдущего двигателя NEMA 23 с номиналом 4,2 А. Этот двигатель подходит для оси Z тяжелых настольных фрезерных станков. Один двигатель такого размера теоретически может поднять вес 75 фунтов, и этот шаговый двигатель является определением сверхмощного шагового двигателя.

Единственная причина, по которой вам понадобится этот двигатель для DIY-фрезерного станка с ЧПУ, — это если вы хотите вести постоянную производственную работу и вам нужно немного дополнительных преимуществ, которые вы получаете от более высокой мощности. Однако за дополнительную мощность приходится платить. Для этого двигателя вам потребуются монтажные кронштейны большего размера.

Кроме того, проверьте, в каком приложении, в котором вы используете двигатель, есть место для двигателя размером 86 x 86 мм и длиной 114 мм. Если вам нужно использовать такой мощный двигатель, убедитесь, что остальная часть вашей механической системы выдержит его. Вам нужно очень жесткое и прочное шасси, способное выдержать высокий крутящий момент, создаваемый этим двигателем. Если вы запустите это на слабой механической системе, которая не может выдержать нагрузку, вся установка может рухнуть и вызвать повреждение. Чтобы запустить этот двигатель, вам понадобится драйвер, способный выдавать больше, чем 6А.

Driver DM860T шагового является хорошим выбором для этого мотора. Он предназначен для работы двигателей NEMA 34 и NEMA 42 с диапазоном тока 2,4–7,2 А и источником питания 18–80 В переменного тока или 36–110 В постоянного тока. Этот двигатель NEMA 34 имеет четыре подводящих провода. Также он весит 7,5 фунтов (3,4 кг). Сверхмощный шаговый двигатель HobbyUnlimited со стальным корпусом рассчитан на длительный срок службы. Двигатель обеспечивает высокий удерживающий момент 1200 унций на дюйм за счет длинного 14-миллиметрового вала со шпоночной канавкой 5 мм. Двигатель имеет фиксированный угол шага 1,8 градуса и точность шага 5 процентов. Двигатель также работает при температуре окружающей среды от 20 ° C до 50 ° C (приблизительно).

ЗА:

• Высокий крутящий момент
• Прочный корпус, рассчитанный на длительный срок службы

МИНУСЫ:

• Тяжелый — 3,6 кг

Основные характеристики

При выборе шагового двигателя необходимо смотреть на его параметры.

Выделим основные моменты:

1. Количество полных шагов. От этого показателя зависит плавность и точность хода, а также разрешающая способность. В современных моделях число полных шагов должно быть в пределах 200-400.
2. Сопротивление обмотки. Свидетельствует о напряжении, которое может выдать агрегат.
3. Угол дискретного перемещения. Считается путем деления 360 градусов на число отдельных перемещений за оборот. Оптимальный показатель от 0,9 до 1,8 градуса.
4. Индуктивность фазы. Определяет скорость увеличения тока, что актуально при ускоренном вращении вала.
5. Пробивное напряжение. Максимальный параметр, при котором нарушается целостность изоляционного слоя и определяется безопасность применения.
6. Сопротивление изоляции. Измеряется между каждой из обмоток и кожухом.
7. Номинальный ток. Наибольший параметр, при котором возможна безопасная эксплуатация агрегата.
8. Допустимое напряжение («постоянка»). Измерение осуществляется на витках. Иногда этот параметр не указывается, но в таком случае его можно посчитать по закону Ома.

Отдельное внимание важно уделить еще одному параметру — моменту. Он бывает нескольких видов:

• удерживающий: актуален в случае полной остановки и питания током двух фаз;
• крутящий: зависит от частоты вращения, указывается максимальный показатель для агрегата;
• стопорный: необходим для проворачивания вала при отсутствии питания;
• инерционный: чем ниже этот показатель, тем быстрее разгоняется двигатель.

Комплексный анализ характеристик позволяет с большей точностью подобрать устройство под решение конкретных задач.

На что следует обратить внимание, прежде чем выбирать шаговый двигатель для вашего ЧПУ

• Определение размеров NEMA: Как правило, с увеличением размера NEMA мощность и крутящий момент двигателя возрастают. Тем не менее, проверьте удерживающий момент, так как это возможно для двигателей NEMA 17.
• Перекуп: шаговые двигатели легко перекупить. Любая избыточная мощность с точки зрения крутящего момента сверх безопасного предела — это бесполезная трата, которая никогда не будет использована. Вам нужно будет больше потратиться на источник питания, шаговый драйвер и контроллер, чтобы получить дополнительный крутящий момент, который вам действительно не нужен.
• Крутящий момент и частота вращения : сначала оцените крутящий момент и число оборотов в минуту, необходимые для вашего приложения, а затем определите все остальное, что вам нужно, например, шаговые драйверы, источник питания и контроллеры. По мере увеличения числа оборотов шагового двигателя крутящий момент в шаговом двигателе падает почти пропорционально. Это можно компенсировать путем подачи более высокого входного напряжения через шаговый драйвер. Однако это означает, что вам нужно управлять повышенным теплом с помощью какого-то охлаждающего механизма.
• Индуктивность : двигатели с низкой индуктивностью имеют лучший крутящий момент при более высоких оборотах. Как правило, предпочтительны двигатели с индуктивностью ниже 5 мГн.
• Нагрев: чем больше ток в двигателе, тем больше тепла. Как правило, каждые 10% снижения тока приводят к снижению нагрева на 20%.
• Требуемая мощность: предположим, что у вас есть четыре шаговых двигателя, требующих 2,8 А. Это означает, что всего требуется 4 x 2,8 = 13,2 А. Если номинальное напряжение 24 В, то номинальная мощность будет В * I = 24 x 13,2 = 316,8 Вт. Так что здесь в этом случае отлично подойдет блок питания 350 Вт 15 А.

Принцип работы

В зависимости от вида агрегата его конструктивные особенности могут отличаться, но общий принцип действия почти неизменный. Так, на статоре предусмотрены четыре обмотки, расположенные под 90-градусным углом.

Как только на первую обмотку подается напряжение, ротор перемещается на указанный выше угол. При поступлении напряжения на вторую, третью и четвертую обмотку вал продолжает вращаться до прохождения полного круга. Далее процесс повторяется сначала.

При желании изменить очередность вращения требуется подавать импульсы в обратном направлении. Для удобства пользователи могут управлять ШД и менять его характеристики с учетом особенностей использования.

Часто задаваемые вопросы

Шаговый двигатель какого размера следует использовать для фрезерного станка с ЧПУ?

Шаговые двигатели, используемые в фрезерных станках с ЧПУ, обычно представляют собой шаговые двигатели NEMA 17, NEMA 23 или NEMA 34 с удерживающим моментом от 30 унций (NEMA 17) до 1000 унций (NEMA 34).

• Шаговые двигатели NEMA 17 используются в гравировальных станках с ЧПУ и небольших настольных фрезерных станках с ЧПУ.
• Шаговые двигатели NEMA 23 используются в большинстве фрезерных станков с ЧПУ для любителей.
• Шаговые двигатели NEMA 34 используются в промышленных фрезерных станках с ЧПУ и тяжелых настольных ЧПУ.

Номер NEMA относится к размеру корпуса шагового двигателя и не указывает напрямую на механические возможности двигателя.

Что лучше сервопривода или шагового двигателя?

Сервомоторы лучше подходят для приложений, требующих высокой точности и высокого крутящего момента даже на высоких скоростях. Однако серводвигатели более сложны, работают в замкнутом контуре и дороги по сравнению с шаговыми двигателями. Шаговые двигатели имеют разомкнутый контур и намного дешевле. Шаговые двигатели идеально подходят для любительского и непромышленного применения.

Как долго служат шаговые двигатели?

Шаговые двигатели обычно служат около 5 лет. Большинство шаговых двигателей проходят испытания на работу в течение 10 000 часов, и, учитывая типичный вариант использования, они могут прослужить 5 лет.

Что такое многоосевые контроллеры

Простыми словами, многоосевые контроллеры — современные устройства с вмонтированными микропроцессорами и интегральной программируемой схемой.

Отличаются небольшими размерами и простой управления. Применяются для точного позиционирования агрегатов по двум и более осям.

Главная сфера применения — автоматизация станочного шагового двигателя, оборудованного многоординатными электрическими приводами. Их особенность состоит в поддержке нескольких языков и способности управления в режиме онлайн.

Особенности контроллеров:

• изолированные цифровые входа/выхода;
• высокий уровень производительности;
• поддержка ведомых/ведущих устройств;
• опция удаленного управления контроллером;
• поддержка интерполяции (круговой, линейной);
• большой набор цифровых и аналоговых входов/выходов, портов Интернет и ШИМ выходов.

Популярные модели:

1. PoKeys57CNC — контроллер ЧПУ с восьмью осями для программ Mach3 и Mach Его особенность состоит в поддержке работы по USB- и Ethernet-интерфейсу. Для управления применяются стандартные сигналы STEP и DIR, предусмотрено до восьми драйверов шагового типа. Модель совмещается с энкодерами, ручным пультом управления, LCD-дисплеем, а также конечными выключателями. Имеется два релейных и четыре транзисторных выхода, возможность увеличения количества выходов, поддержка Modbus TSP и т. д.
2. Leadshine SMC6480 — контроллер, предназначенный для позиционного управления на базе микропроцессора. В его структуру входит логическая интегральная схема, предназначенная для отправки импульсов, контроля процесса разгона и торможения, обработки входов и выходов. Устройство способно воспроизводить импульсы с частотой до 5000 кГц и выдерживать интерполяцию до четырех осей (линейную) и до двух осей (круговую). Предусмотрены индивидуальные входы / выходы аналогового и цифрового типа, ручной вход и ШИМ выход.

Контролер Leadshine SMC6480
Кроме многоосевых контроллеров можно найти и другие устройства, к примеру, высоты плазмы. Они контролируют наличие рабочей дуги плазмы и подают команду на основную плату ЧПУ для перемещения резака.