Вот основные положения, которые желательно соблюдать при работе с драйверами ШД:

1. Драйверы шаговых двигателей ни в коем случае нельзя подключать к источнику переменного тока. Безопасно запитать драйвер можно лишь с помощью выпрямленного постоянного напряжения.
2. При работе с шаговыми двигателями нужно внимательно соблюдать полярность подключения управляющих сигналов и силового питания. Несмотря на то, что современные контроллеры шаговых двигателей оснащены системой защиты от переполюсовки, лишняя осторожность в этом деле никогда не повредит.
3. Нельзя подключать драйвер шагового двигателя к серводвигателю или ШД к серводрайверу.
4. Обязательно нужно отключать питание перед тем, как осуществлять подключение драйвера или менять режим его работы.
5. Выключатель (размыкатель) питания можно устанавливать на линии драйвера только до блока питания, со стороны источника 220В. Установка размыкателя после БП строго запрещена.
6. Недопустимо соединять контакт «-» на источнике питания с массой, корпусом, заземлением итд.
7. Драйверы нельзя подключать последовательно по питанию, правильным считается только подключение типа «звезда» (то есть, к блоку питания подсоединяется отдельная линия для каждого драйвера).
8. Напряжение питания не должно превышать максимальные показатели, которые указаны в технических характеристиках конкретного драйвера.
9. Также нельзя подключать драйверы шагового двигателя ко включенному источнику питания или же отключать их от него. Сначала вы должны выполнить все соединения, а потом только включать питание (размыкатель обязательно должен быть установлен со стороны сети).
10. Допускается подключение лишь одного ШД к одного драйверу. Управление одного двигателя несколькими драйверами запрещено. Кроме того, нельзя подключать два драйвера к униполярному шаговому двигателю (даже в том случае, когда один драйвер коммутирует одну пару обмоток, а второй – другую).
11. Отдельное внимание желательно уделить системе охлаждения драйверов (отводу тепла), а также нужно тщательно следить за тем, чтобы контроллеры шаговых двигателей не контактировали с влагой.
12. Рекомендуется монтировать драйверы шаговых двигателей в защищенный электротехнический шкаф. Это позволит обеспечить надежность их работы и безопасность для людей, работающих с данным оборудованием.

Особенности шаговых двигателей

На сегодняшний день существует достаточно большое количество различных двигателей – систем управления механизмами. Одним из наиболее передовых и эффективных их видов по праву считаются шаговые двигатели. В данной статье мы рассмотрим основные особенности строения этой техники, а также расскажем вам о ее существующих разновидностях. Как известно, ШД представляет собой синхронный двигатель, в роторе которого расположены постоянные магниты, а основные направляющие (магнитное поле статора), вращается с помощью электроники.

В ходе своей работы, шаговый двигатель трансформирует управляющие импульсы (шаги) в механическое движение (вращение) ротора. ШД обладают целым рядом преимуществ, по сравнению с другими типами подобного оборудования. Сюда можно отнести их простую и понятную конструкцию, высокую надежность и долговечность, доступную цену, а также высокие показатели крутящего момента при низких скоростях. Однако данная техника также обладает и определенными недостатками – в частности, сюда относится эффект резонанса при низких скоростях и снижение крутящего момента на высоких. Впрочем, современные драйверы шаговых двигателей способны существенно снизить эффект от перечисленных недостатков.

Система управления шаговым двигателем

Indexer – контроллеры шаговых двигателей, представлены в виде микропроцессора, который генерирует импульсы «НАПРАВЛЕНИЕ» и «ШАГ», в соответствии с сигналами, которые он получает от пользователя. Помимо этого, контроллеры также выполняют и другие, более сложные функции. Силовой частью ШД является его драйвер – он преобразовывает сигналы от контроллера в силовые импульсы, которые необходимы для движения ротора. Современный рынок шаговых двигателей предлагает покупателям весьма большой выбор драйверов к ним. Для каждой модели драйвера характерны определенная величина тока и формы импульсов. Драйверы шаговых двигателей не являются универсальными, каждый из них совместим лишь с конкретной моделью ШД. Если вы собираетесь приобрести надежный и долговечный двигатель, то крайне важным решением будет подбор драйвера к нему.

Современные шаговые двигатели делятся на 3 основные типа:

• Двигатели с переменным магнитным сопротивлением
• Двигатели с постоянными магнитами
• Гибридные двигатели

Каждый из этих разновидностей имеет особое строение и механизм работы. Например, постоянные магниты нельзя использовать в двигателях с переменным сопротивлением. В результате у таких моделей ШД отсутствует функция стопорного момента (detent torque). Из-за этого двигатели с переменным магнитным сопротивлением, в большинстве случаев, не могут достигнуть высоких показателей крутящего момента. Что же касается двигателей с постоянными магнитами, то их величина шага довольно велика – не менее 7.5°. Эта характеристики связана с особенностями конструкции ротора данных ШД. Кроме того, такие двигатели обладают достаточно низкой ценой, однако скорость их вращения оставляет желать лучшего.

Гибридные же шаговые двигатели обладают ротором с постоянными магнитами и многополюсным статором. Благодаря этому, такие модели ШД демонстрируют умеренную величину шага (около 1,8°) и достойные показатели крутящего момента (до 300 кгс/см). Стопорный момент у такого оборудования равняется примерно 10%, от показателей синхронизирующего статического момента.

Кроме того, шаговые двигатели отличаются друг от друга по способу питания. Здесь существуют:

• Униполярные двигатели
• Биполярные двигатели

Шаговый двигатель является униполярным в том случае, когда отводы от середины обмоток объединены между собой внутри самого двигателя. Таким образом, пользователю доступно только 5 выводов, что бывает крайне редко.

Особенности и функции драйверов шаговых двигателей

Драйвер (контроллер) шагового двигателя представляет собой устройство-набор микросхем, которое обеспечивает его правильную работу и заставляет двигатель четко выполнять сигналы управления. В сфере управления ШД существуют определенные стандарты – это сигналы STEP, DIR и ENABLE. Сигнал STEP отвечает за шаг двигателя, DIR – за направление вращения, а ENABLE является сигналом включения самого драйвера. Говоря научным языком, контроллеры шаговых двигателей – это силовые электронные устройства, управляющие высоковольтными/сильноточными обмотками шагового двигателя на основе цифровых сигналов управления. С их помощью двигатель выполняет свою непосредственную функцию – делает шаги (то есть, вращается).

Как известно, шаговые двигатели имеют более сложную структуру и систему управления, по сравнению с теми же обычными коллекторными двигателями. Чтобы эффективно управлять ими, нужно переключать уровень напряжения в обмотках в определенной последовательности и одновременно поддерживать контроль тока. Поэтому, чтобы упростить обслуживание данных механизмов, были внедрены вспомогательные устройства управления – драйверы шаговых двигателей. Они позволяют контролировать вращения ротора двигателя, в зависимости от сигналов управления и в после этого делить физический шаг шагового двигателя на мелкие дискреты с помощью электроники.

Для того, чтобы обеспечить полноценную работу устройства, к контроллерам шагового двигателя подключаются сигналы управления, сам ШД через обмотки, а также источник питания. Стандартные сигналы управления для такого оборудования – это сигналы STEP\DIR (или же CW\CCW), а также сигнал ENABLE.

Протокол STEP\DIR

Сигнал STEP – основной сигнал шага, тактирующий. Один его импульс поворачивает ротор двигателя на один шаг. Важно, что здесь имеется в виду не физический шаг шагового двигателя, а специальный шаг, параметры которого определяются драйвером (например, 1:1, 1:8, 1:16). Как правило, драйверы шаговых двигателей отрабатывают этот шаг по заднему или же переднему фронту импульса.

Сигнал DIR – сигнал направления, потенциальный сигнал. В режиме логической единице шаговый двигатель вращается по часовой стрелке, а в режиме нуля – против нее. Также можно выставить значения этих параметров в обратной последовательности. Есть возможность инвертировать сигнал DIR из программы управления или же изменить последовательность подключения фаз двигателя с помощью драйвера (в разъеме его подключения).

Протокол CW/CWW

Сигнал CW – сигнал шага, тактирующий сигнал. Его импульс также поворачивает ротор. Один сигнал – один шаг ротора, коэффициенты которого устанавливаются драйвером (1:1, 1:16, 1:8 итд). Шаг отрабатывается драйвером по переднему или заднему фронту импульса.

Сигнал ENABLE – сигнал включения/выключения драйвера, потенциальный сигнал. При логической единице (5В на вход) драйвер выключается, и обмотки шагового двигателя обесточиваются. При нуле (0В на вход) драйвер включен и обмотки запитаны.

Дополнительные функции контроллеров шаговых двигателей

• Контроль перегрузок по току

• Контроль напряжения в питании, в том числе и защита от эффекта обратной ЭДС. Если вращение ротора замедляется, шаговый двигатель начинает вырабатывать дополнительное напряжение, которое суммируется с напряжением питания и на краткий период времени увеличивает его. Чем сильнее замедление, тем больше растет напряжение обратной ЭДС, и тем больше скачет напряжение питания. Такой скачок напряжения негативно влияет на драйвер и может даже вывести его из строя, поэтому драйверы шаговых двигателей оснащены системой защиты от колебаний питающего напряжения. Если показатели напряжения превышают пороговое значение, драйвер автоматически отключается.

• Контроль изменения полюсов (переполюсовки) при подключении питающего напряжения и сигналов управления.

• Режим экономии электрического тока, подаваемого на обмотки ШД при его простое (определяется отсутствием сигнала STEP). Он позволяет уменьшить нагрев двигателя и снизить расход потребляемого тока (в режиме AUTO-SLEEP).

• Автоматическая система-компенсатор среднечастотного резонанса шагового двигателя. Резонанс часто возникает при работе ШД (в диапазоне 6-12 об/сек.) и негативно влияет на его работу. В частности, двигатель начинает гудеть, работать нестабильно и в итоге ротор останавливается. Это явление во многом зависит от механической нагрузки и параметров шагового двигателя. Автоматический компенсатор помогает полностью устранить явление резонанса, сделать вращение его ротора устойчивым и равномерным при любых диапазонах частот.

• Схема изменений формы фазовых токов с функцией увеличения их частоты. Также она называется морфинг – то есть, переход от микрошага к обычному шагу двигателя при увеличении частоты тока. Как известно, максимальный момент (заявленный в ТХ) отдается двигателем лишь при режиме полного шага. Поэтому, обычные драйверы шаговых двигателей (без морфинга) позволяют двигателям работать лишь на 70% от их максимальной мощности. Драйвер с функцией морфинга обеспечивает максимальную отдачу двигателя во всех частотных диапазонах.

• Генератор частоты STEP (встроенный) – это функция, позволяющая осуществить пробный запуск контроллера шагового двигателя без необходимости подключения к ПК или какому-либо другому внешнему генератору. Также с его помощью можно устанавливать простые системы перемещения опять таки без использования компьютера.