Шаговый двигатель как динамо

• Отправить тему по email
• Версия для печати

Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и прочее

Сообщение xentaur » 14 июн 2012, 14:51

Часто на форуме спрашивают совета по выбору шаговиков.
«Я нашёл такой-то шаговик. Потянет ли он . »
«Мне нужен такой шаговик, чтобы портал летал очень быстро. Какой выбрать из А Б В Г?»
«У меня сейчас ХХХХ шаговики, хочу ТАКИЕ поставить. Лучше будет или нет?»

Попал ко мне в руки хороший (на мой взгляд) каталог шаговиков с кучей графиков. Вот первая компиляции графиков для одной небольшой серии шаговиков.

По графикам очевидно и понятно, что для небольшого станочка лучше второй мотор — даже в последовательном включении характеристика момента у него выше, чем у первого при одинаковом напряжении питания и модели драйвера. Только применение высоковольтного драйвера «спасёт» второй шаговик от поражения. И конечно же высоковольтный драйвер подойдет и к первому (Я не знаю ограничения параметров таких драйверов, может и не всегда можно ).
Модели моторов Я специально затёр.

P.S. Хочу сделать компиляцию таких графиков, для моторов в разных типоразмерах и параметрами.

P.P.S. Что за параметр detent torque? Кто точно знает — сообщите. Википедию по шаговикам не предлагать.
Нашёл, что это «The minimal torque present in an unenergized motor. The detent torque of a stepping motor is typically about 1% of its static energized torque». Минимальный момент «удержания» обесточенного мотора. Похоже на правду.

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момеет, скорость и пр

Сообщение Nick » 14 июн 2012, 15:01

Use the Console, Luke.

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение aftaev » 14 июн 2012, 15:24

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение xentaur » 14 июн 2012, 16:32

Всё может быть. Эти графики от очень известной фирмы. Думаю можно верить. Но самое главное — Я хочу показать, что высокий момент удержания — один из самых последних параметров шаговика в приводах подач.

P.S. Какие типоразмеры наиболее интересны?

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение aftaev » 14 июн 2012, 16:48

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение kernel » 15 июн 2012, 10:38

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение Тима » 15 июн 2012, 11:30

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение aftaev » 15 июн 2012, 11:45

на обороты, а точнее сколько вольт нужно подавать на драйвер/двиг. Большого размера двигатели имеют как правило больше индуктивность потому они медленне крутяться.

К примеру если взять драйвер шагового+БП и к ним подключить по очереди разные по индукивности двигатели, они будут иметь разные максимальные обороты при одинаково напряжении питания.
Есть формулы для рсчета напряжения от индуктивности. Как найду выложу.

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение Steel.ne » 15 июн 2012, 11:48

Я не aftaev, но пару копеек вставлю )
Величина магнитного поля прямо пропорциональна току в катушке и количеству витков. Соответственно, чтобы получить мощное поле есть два пути — увеличить ток или увеличить количество витков. При увеличении тока после определенного предела упираемся в сопротивление (и сечение) подводящих проводов, потери на коммутации и т.д. Поэтому надо увеличивать количество витков. Когда увеличиваем количество витков, ясное дело, увеличивается индуктивность. А увеличивается она уже не линейно, а квадратично.

И вот теперь, чтобы во время шага (при больших скоростях это достаточно короткий импульс) создать требуемый ток, приходится подавать повышенное напряжение. А значит и использовать высоковольтные драйвера.

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение kernel » 15 июн 2012, 12:05

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение Steel.ne » 15 июн 2012, 12:09

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение aftaev » 15 июн 2012, 13:50

Re: Как выбрать шаговый двигатель. Про момент, скорость и пр

Сообщение Тима » 15 июн 2012, 14:01

Re: Типы передач [Нужна помощь в оформлении]

Сообщение Fisher » 20 июл 2012, 10:19

Re: Типы передач [Нужна помощь в оформлении]

Сообщение Fisher » 20 июл 2012, 10:24

Re: Типы передач [Нужна помощь в оформлении]

Сообщение Fisher » 20 июл 2012, 10:26

Особенности работы ШД предъявляют весьма жесткие требования к согласованию параметров выбираемого двигателя с заданной нагрузкой. Это особенно актуально в разомкнутых системах дискретного привода, когда пропуск двигателем хотя бы одного управляющего импульса приводит к ошибке преобразования электрического сигнала управления в угол, который система исправить не в состоянии. Проверку на нагрев шаговых двигателей обычно не производят, так как они рассчитаны на длительный режим прохождения импульсов тока по обмоткам управления.

При выборе шагового двигателя, прежде всего, следует ориентироваться на потребляемую приводом (двигатель + блок управления) из сети мощность, величину напряжения питания, требуемый крутящий момент на выходном валу, скорость вращения вала и момент инерции нагрузки. Для одного и того же привода, при разных величинах напряжения питания, потребляемая мощность привода P=U*I (напряжение*ток) различается. Например, привод D5779 при напряжении питания 50В потребляет из сети 150Вт, при напряжении питания 30В – 90Вт. КПД шаговых приводов в диапазоне частот 1 — 5КГц, как и КПД синхронных двигателей с постоянными магнитами составляет 80-90%.

Мощность на выходном валу привода P=M*ω (крутящий момент*угловая скорость). Очевидно, что мощность на выходном валу не может превышать потребляемую из сети мощность.

Закон сохранения энергии для системы, состоящей из двигателя и нагрузки на валу, повернувшейся на один полушаг, выглядит следующим образом:

Mдвигателя*φ=0,5*J*ω2 + Mнагрузки*φ + Ммагн*φ +Мтрения*φ

где φ — угол поворота

J – приведенный к валу момент инерции системы

ω – угловая скорость

Mнагрузки – момент нагрузки

Ммагн – момент сопротивления, создаваемый постоянными магнитами двигателя, примерно 5% от величины Mдвигателя

Мтрения – момент трения в системе

Отсюда максимальная скорость, с которой может сделать первый шаг шаговый двигатель в системе с приведенным к валу моментом инерции J и нагруженный моментом Mнагрузки :

ω =(2*φ*(Mдвигателя – Mнагрузки – Ммагн – Мтрения)/J)1/2

На практике необходимо также учитывать электрические переходные процессы в фазах двигателей, которые зависят как от напряжения питания и индуктивности фаз двигателей, так и от способа управления двигателем. Самыми динамичными являются двигатели с минимальной индуктивностью. Обычно стартовые частоты лежат в диапазоне 800-1000Гц (2-2,5 об/сек в полушаговом режиме). Исходя из этого для шагового двигателя, работающего в полушаговом режиме, величина ускорения не должна превышать 4рад/сек2.

Когда требуемый момент, определен, выбор шагового двигателя зависит от предпочтительных габаритов, присоединительных размеров, цены двигателя и блока управления для него.

Если блок управления уже есть (или выбран), необходимо, чтобы ток фазы шагового двигателя не превышал возможности блока управления. Также нужно иметь ввиду число выводов, которые можно подключить к имеющемуся блоку управления.

Основные конструктивные исполнения шаговых линейных актуаторов

Шаговый актуатор со свободным штоком — имеет в своей конструкции полый вал (полый ротор) с внутренней гайкой. Вместо внешнего вала используется винт, который при вращении гайки перемещается в осевом направлении, т.е. получается актуатор с подвижным исполнением ходового винта. Винт проходит насквозь и может выходить на полную длину с обеих сторон двигателя. У иностранных производителей этот тип исполнения часто называется non-captive.

Шаговый актуатор с внешней гайкой — это почти классическое исполнение шагового двигателя. Отличие его в том, что вал существенно удлинен (в соответствии с необходимой длиной хода) и на него нанесена резьба. Для преобразования вращательного движения в поступательное используется гайка, которая перемещается вдоль винта-вала двигателя. Сам винт, в отличие от исполнения со свободным штоком, линейного перемещения не выполняет. У иностранных производителей этот тип исполнения часто называется with external nut или external linear.

Шаговый актуатор с выдвижным штоком — это исполнение самое близкое к классическим линейным актуаторам. Линейное движение осуществляется не при помощи вала самого мотора, а за счет внешнего штока, соединенного с валом двигателя. Вариант конструктивного исполнения — вал с резьбой проходит ротор двигателя насквозь и приводит в движение внешний шток, который уже используется для перемещения нагрузки. Сам резьбовой вал закрыт корпусом. Такое исполнение часто называется captive.

Рисунок 1.
Внешний вид намоточного станка.

Состав намоточного станка.

1. Подающая бобина (катушка с проводом).
2. Притормаживание (тормозной механизм).
3. Шаговый двигатель центровки бобины.
4. Шариковые мебельные направляющие.
5. Шторка оптических датчиков механизма центровки бобины.
6. Ручка перемещения позиционера на другую секцию при намотке секционных обмоток.
7. Кнопки ручного переключения направления укладки.
8. Светодиоды направления укладки.
9. Шаговый двигатель позиционера.
10. Шторки оптических датчиков границы намотки.
11. Винт позиционера.
12. Шариковые мебельные направляющие.
13. Наматываемая катушка.
14. Двигатель намотки.
15. Счётчик витков.
16. Кнопки настройки.
17. Оптический датчик синхронизации.
18. Регулятор скорости.

Бесконтактный велосипедный генератор

Бутылочный и кареточный генераторы выдают электроэнергию, соприкасаясь с движущимся колесом. Динамо-втулка является встроенным элементом колеса. Бесконтактный генератор никак не прикасается к колесу, не создает сил трения и сопротивления вращению. Вихревые токи образуются за счет близкого расположения плоскости вращения намагниченного обода и сильного магнита.

Фары встроены прямо в устройство, передача электричества идет напрямую через выпрямляющий мост. К неоспоримым достоинствам этого генератора относятся:

• отсутствие кабелей;
• нет силы трения и сопротивления со стороны устройства;
• небольшой вес конструкции – не более 60 г.

Приборы крепятся парно: на вилку – передняя фара, на перо – задний катафот. Фактически это самостоятельные фонарики, только работают они не от батареек, а через вращение колес в магнитном поле. Светимость ламп находится на уровне или превышает аналогичный параметр аккумуляторных световых приборов.

При замедлении колеса интенсивность вихревых токов снижается, лампочки должны тускнеть, а при остановке колеса – полностью гаснуть. Для обеспечения равномерного света и возможности использовать свет даже на стоянке, в конструкции предусмотрен конденсатор («батарея» для получения электроэнергии), который наполняется при движении велосипеда.

Конструктивные элементы динамо-машины и их особенности

Небольшое количество деталей упрощает процесс сборки модели, но требует тщательности и внимания.

Подойдет консервная банка достаточного диаметра или отрезок металлической трубы. Оба варианта требуют утяжеления. Для этого на поверхность изделия приваривается небольшая металлическая полоса аналогичной ширины. Одновременно из остатков металла следует сделать сердечники для электромагнитов. Для этого несколько полос железа под размер корпуса взаимно скрепляют и соединяют паяльником по бортам. Готовые сердечники крепят к отверстиям в корпусе, проделанным друг против друга. Для закрепления вращающегося якоря, который будет изготовлен на следующем этапе, в корпусе делаются две подшипниковые полосы и стойка из латуни или жести.

• Вращающийся якорь

Эта деталь – одна из самых сложных в устройстве. Потребуется несколько жестяных пластин, из которых вырезается около 120 кругов диаметром чуть меньше диаметра корпуса. Их следует разметить: разметить круг на 8 секторов и провести окружность относительно центра диаметром около 38-40 мм. В точках пересечения окружности и секторов сверлят отверстия 8 мм. Пластины фиксируются гайками и надеваются на ось.

Эту деталь проще изготовить из трубы. Фрагмент размерами 25 см длиной и таким же диаметром распиливается на 4 равные части. Из сухой древесины, эбонита или фибры вырезается цилиндр с диаметром и длиной около 25 мм. В его центре высверливается отверстие, чтобы деталь села на ось якоря. Фрагменты трубы крепятся к цилиндру шурупами так, чтобы концы крепежей не подходили к оси якоря во избежание замыкания. Расстояния между фрагментами труб заполняются канифолью.

• Щеткодержатель со щетками

Щеткодержатель применяется для снятия напряжения с поверхности коллектора. Его основание толщиной около 10 мм изготавливается из диэлектрика. В нем необходимо сделать три отверстия под щетки и одно в центре для надевания на ось подшипника. Щетки изготавливаются из медных или латунных пластин длиной около 40-50 мм со сквозным отверстием под болты. Благодаря его наличию по мере приближения к коллектору сила нажима будет меняться. Щетки фиксируют шайбами, а их концы затачиваются под небольшим углом, чтобы они плотно касались поверхности коллектора.

Как сделать обмотку

Чтобы сделать динамо-машину своими руками, потребуется около 0,5 кг медной проволоки с бумажной изоляцией 0,5 — 0,8 мм толщиной. При толщине 0,5 мм будет вырабатываться напряжение 25 В с силой тока в 1 ампер, при толщине 0,8 мм — 8 вольт и 3 ампера. Для электромагнита следует отмерить 450 гр проволоки, остаток пойдет на обмотку якоря. Намотка выполняется обычным способом с плотным прилеганием витков и надежной фиксацией концов.

Микросхема L298N

Motor Shield разработан на базе микросхемы LN. Их необходимо устанавливать в обвязку микросхемы дополнительно.

Разъём для подачи питания и работа стабилизатора.

LOW Включаем вращение двигателя 1 в одну сторону.

Направление вращения будет задаваться по-прежнему, а вот для остановки в данном варианте, состояние выводов будет уже играть роль. Однако, связка «Ардуино — шаговый двигатель» требует дополнительный элемент — драйвер.

Для изменения скорости вращения щёточных моторов на эти контакты подаётся ШИМ-сигнал.

Для изменения скорости вращения щёточных моторов на эти контакты подаётся ШИМ-сигнал.

Аналогично первому скрипту, программу можно сохранить в тот же файл или в новый отдельно созданный.
Шаговый двигатель БЕЗ ДРАЙВЕРА!

_{Текст: Дмитрий Константинов
Фотографии от производителей}

Добавить комментарий Отменить ответ

Динамо-втулка это практически идеал для беззаботного пользования велосипедом.
И особенно для людей не понимающих в технике. Например для родителей, ставишь им такой комплект и не нужно заботиться, что они забудут включить свет с нехорошими последствиями для их здоровья.

Не нужно думать о батарейках в заднем фонаре, о том, что необходимо включать его и фару вечером. Просто садишься и едешь.

Учитывая то, что современные фары и задние фонари для динамо-втулок оснащены ионисторами запасающими энергию, то они продолжают работать ещё минут 5-10 после остановки велосипеда.

Более того, фирменные фары автоматически (по датчику освещённости) переключаются между дневными ходовыми огнями и основным светом. Очень удобно.

Но не стоит подключать задние фонари напрямую к динамо втулке, в них нет стабилизатора. И вы либо убьёте ионистор (в лучшем случае) либо сам диод. Фонари подключаются к специальным стабилизированным контактам фары.

Предлагаю тему для статьи: Провоз аккумуляторов в самолёте, какие можно, какой мощности, в багаже или ручной клади, какие авиалинии, история вопроса, ситуация по вопросу в РФ и за рубежом, что пишут люди на форумах и тд

Возможно и напишу. Тема интересная.

Я считаю, что прогресс в этом деле давно и мёртво застрял на уровне технических решений середины 20-го века. Тот производитель, который предложит генератор-динамо в виде диска, сделанный на редкоземельных магнитах, размещаемый так же, как тормозной диск (с другой стороны) или даже выполненный зацело с тормозным диском, что не потребует переспицовки колеса, с возможностью изменения отбираемой от движения мощности от 3 до 15 Вт, объединённого с блоком зарядки аккумулятора 18650 с импульсным преобразователем с КПД 70-80 процентов, тот докажет мне, что техническая мысль все ещё жива, и, быть может, завоюет нишу на рынке. Вот бы достучаться до неравнодушных инженеров!

Про добавочный вес в 250 г это немного звиздёж. Только втулки shutter Precision последнего поколения вписываются в этот лимит, и только модели под эксцентрик. Втулки под оси тяжелее минимум на 300г. Втулки для фэта вообще тяжелее обычных минимум на 400г. Вместе со всей обвязкой (буфер, диодный мост, преобразователь-стабилизатор, провода) получим минимум 500г. (в случае дорожного велосипеда с ободными тормозами и втулкой под эксцентрик конечно добавочный вес будет меньше, но дорожный велосипед наименее интересен для установки динамо, т.к. он как правило не ездит настолько далеко от электричества).
Полкило батареек, павербанков или просто банок 18650 это 70-100 ватт-часов. Дальше надо считать, сколько ватт-часов получится снять со втулки за поездку, да и вообще смотреть, нужно ли вам больше 100ватт-часов электричества. В случае типичного похода на фэтбайке необходимо около 50 ходовых часов для снятия со втулки 100 ватт-часов, это соответствует походу около 10 дней (в случае обычного велосипедиста, а не ультрарандоннера-бреветчика, который впрочем вряд ли заинтересуется походом на фэтбайках). С учетом того, что втулка поджирает еще и ватты велосипедиста (которые в противном случае можно было бы потратить на перевозку большего количества батареек), имеет смысл она только при походе от двух недель.
Часто ли у обычного велосипедиста случается велопоход больше двух недель? Думаю, что почти никогда. Эта штука только для ультрарандоннеров-кругосветчиков и задротов. Остальным она не выгодна чисто физически. И это еще даже не обсуждалась стоимость владения
Впрочем, человек это такая зверушка, которой свойственно поступать нерационально, поэтому производители динамо-втулок все-таки вряд ли разорятся.