Рекомендации по выбору ШИМ-драйвера биполярного шагового двигателя. Первый параметр, на который стоит обратить внимание – это сила тока, которую может обеспечить драйвер

Первый параметр, на который стоит обратить внимание – это сила тока, которую может обеспечить драйвер. Как правило, она регулируется в достаточно широких пределах, но стоит драйвер нужно выбирать такой, который может выдавать ток, равный току фазы выбранного шагового двигателя. Желательно, конечно, чтобы максимальная сила тока драйвера была еще на 15-40% больше (в нашем случае 5,6А*1,15=6,44А – выбираем драйвер, не мене 6,44А – это 8.2 А). С одной стороны, это даст запас на случай, если вы захотите получить больший момент от мотора, или в будущем поставите более мощный двигатель, с другой – не будет излишней: производители иногда «подгоняют» номиналы радиоэлектронных компонентов к тому или иному виду/размеру двигателей, поэтому слишком мощный драйвер на 8 А, управляющий двигателем NEMA 17 (42 мм), может, к примеру, вызывать излишние вибрации.

Второй момент – это напряжение питания. Весьма важный и неоднозначный параметр. Его влияние достаточно многогранно – напряжение питания влияет на динамику(момент на высоких оборотах), вибрации, нагрев двигателя и драйвера. Обычно максимальное напряжение питания драйвера примерно равно максимальному току I, умноженному на 8-10. Если максимальное указанное напряжение питания драйера резко отличается от данных величин – стоит дополнительно поинтересоваться, в чем причина такой разницы. Чем больше индуктивность двигателя - тем большее напряжение требуется для драйвера. Существует эмпирическая формула U = 32 * sqrt(L)=32*sqrt(9,2)=97В, но сам производитель этой фирмы шаговых двигателей рекомендует напряжение не более 85в!

где L - индуктивность обмотки шагового двигателя (9,2мГн). Величина U (97В), получаемая по этой формуле, весьма приблизительная, но она позволяет ориентироваться при выборе драйвера: U должно примерно равняться максимальному значению напряжения питания драйвера. Выходит, что U не более 85В, то по данному критерию проходят драйверы LEADSHINE AM882, LEADSHINE EM806.

Третий аспект – наличие опторазвязанных входов. Практически во всех драйверах и контроллерах, выпускаемых на заводах, тем более брендовых, опторазвязка стоит обязательно, ведь драйвер – устройство силовой электроники, и пробой ключа может привести к мощному импульсу на кабелях, по которым подаются управляющие сигналы, и выгоранию дорогостоящего ЧПУ-контроллера. Однако, приобретая незнакомую модель, стоит дополнительно поинтересоваться наличием оптоизоляции входов и выходов.

Четвертый аспект – наличие механизмов подавления резонанса. Резонанс шагового двигателя – явление, которое проявляется всегда, разница только в резонансной частоте, которая прежде всего зависит от момента инерции нагрузки, напряжения питания драйвера и установленной силы тока фазы мотора. При возникновении резонанса шаговый двигатель начинает вибрировать и терять крутящий момент, вплоть до полной остановки вала. Для подавления резонанса используется микрошаг и – встроенные алгоритмы компенсации резонанса. Колеблющийся в резонансе ротор шагового двигателя порождает микроколебания ЭДС индукции в обмотках, и по их характеру и амплитуде драйвер определяет, есть ли резонанс и насколько он силен. В зависимости от полученных данных драйвер несколько смещает шаги двигателя во времени относительно друг друга – такая искусственная неравномерность нивелирует резонанс. Механизм подавления резонанса встроен во все драйверы Leadshine серий DM, AM и EM. Драйверы с подавлением резонанса – высококачественные драйверы, и если бюджет позволяет – лучше брать именно такие. Впрочем, и без этого механизма драйвер остается вполне рабочим устройством – основная масса проданных драйверов – без компенсации резонанса, и тем не менее десятки тысяч станков без проблем работают по всему миру и успешно выполняют свои задачи.

Пятый аспект – протокольная часть. Надо убедиться, что драйвер работает по нужному вам протоколу, а уровни входных сигналов совместимы с требуемыми Вам логическими уровнями. Эта проверка идет пятым пунктом, потому что за редким исключением подавляющее число драйверов работает по протоколу STEP/DIR/ENABLE и совместимо с уровнем сигналов 0..5 В, вам надо только лишь на всякий случай убедиться.

Шестой аспект – наличие защитных функций. Среди них защита от превышения питающего напряжения, тока обмоток(в т.ч. от короткого замыкания обмоток), от переполюсовки питающего напряжения, от неправильного подключения фаз шагового мотора. Чем больше таких функций - тем лучше.

Седьмой аспект – наличие микрошаговых режимов. Сейчас практически в каждом драйвере есть множество микрошаговых режимов. Однако, из каждого правила есть исключения, и в драйверах Geckodrive режим только один – деления шага 1/10. Мотивируется это тем, что большее деление не приносит большей точности, а значит, в нем нет необходимости. Однако, практика показывает, что микрошаг полезен вовсе не повышением дискретности позиционирования или точности, а тем, что чем больше деление шага, тем плавней движение вала мотора и меньше резонанс. Соответственно, при прочих равных условиях стоит использовать деление чем больше, тем лучше. Максимально допустимое деление шага будет определяться не только встроенными в драйвер таблицами Брадиса, но и максимальной частотой входных сигналов – так, для драйвера со входной частотой 100 кГц нет смысла использовать деление 1/256, так как скорость вращения будет ограничена 100 000 / (200 * 256) * 60 = 117 об/мин, что для шагового двигателя очень мало. Кроме того, персональный комьютер тоже с трудом сможет генерировать сигналы с частотой более 100 кГц. Если вы не планируете использовать аппаратный ЧПУ контроллер, то 100 кГц скорее всего будет Вашим потолком, что соответствует делению 1/32.

Восьмой аспект – наличие дополнительных функций. Их может быть множество, например, функция определения «срыва» - внезапной остановки вала при заклинивании или нехватки крутящего момента у шагового двигателя, выходы для внешней индикации ошибок и т.п. Все они не являются необходимыми, но могут сильно облегчить жизнь при построении станка.

Девятый, и самый важный аспект – качество драйвера. Оно практически не связано с характеристиками и т.п. На рынке существует множество предложений, и иногда характеристики драйверов двух производителей совпадают практически до запятой, а установив их по очереди на станок, становится ясно, что один из производителей явно занимается не своим делом, и в производстве недорогих утюгов ему больше повезет. Определить уровень драйвера заранее по каким-то косвенным данным новичку достаточно трудно. Можно попробовать ориентироваться на количество интеллектуальных функций, таких как «stall detect» или подавление резонанса, а также воспользоваться проверенным способом - ориентироваться на бренды.

В разработке электроники для шаговых двигателей давно удерживает пальму первенства корпорация Leadshine.

ЦИФРОВОЙ НАСТРАИВАЕМЫЙ ДРАЙВЕР ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ LEADSHINE EM806

Драйвер базируется на цифровом сигнальном процессоре и сочетает в себе лучшие достижения в области управления шаговыми двигателями. В данном контроллере реализованы самые передовые алгоритмы управления током обмоток. Особая технология Multistepping позволяет добиться максимально плавного движения вала при любом микрошаге, в том числе в режиме полного шага. Большой радиатор обеспечивает надежный теплоотвод с силовых ключей. Высокое напряжение питание позволяет использовать EM806 для двигателей практически любого размера. На текущий момент EM806 - один из самых мощных и производительных драйверов шаговых двигателей в мире.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Ток фазы	0.35..8.2 А
Напряжение питания	24..80 Vdc
Частота входного сигнала	до 200 кГц
Деление шага	До 1:512
Размеры	139х151х97 мм
Протокол	STEP/DIR

Уникальные функции драйверов шаговых двигателей Leadshine EM806:

Определение остановки вала(sensorless stall detection)

Драйвер EM806 без дополнительных датчиков или энкодеров способен определить момент "срыва" - непредвиденной остановки вала, и подать сигнал ошибки на свой выход. Благодаря этой функции можно остановить станок, и тем самым избежать его повреждения или повреждения заготовки.

Мультистеппинг предоставляет все преимущества микрошагового режима вне зависимости от выбранного деления шага: на каждый поданный импульс драйвер выполняет необходимое число микрошагов с делением 1/512. Такой подход позволяет одинаково плавно перемещать вал при любом выбранном микрошаге, в том числе и в режиме полного шага.

Фильтр импульсов STEP

Фильтр сглаживает резкие изменения частоты управляющих сигналов, что полезно при использовании источников нестабильных сигналов, таких как LPT-порт компьютера под управлением Mach3 или LinuxCNC. Сглаживание сигналов положительно сказывается на динамике привода.

Точная настройка алгоритмов подавления резонанса.

Компенсация несимметричности фаз двигателя.

Гибко настраиваемые параметры компенсации несимметричности обмоток и ПИ-регулятора, контролирующего ток в обмотках мотора позволяют максимально подстроить драйвер под конкретный станок, повысить точность движения и добиться совершенно плавного вращения вала.

Автоматическая подстройка драйвера под двигатель.

Способность хранить несколько конфигураций в памяти под разные двигателей.

Плавный пуск двигателя путем постепенного наращивания тока обмоток устраняет характерный удар при включении привода

Дополнительные функции:

Автоматическое снижение тока обмоток(настраиваемая степень снижения)

Защита от превышения напряжения питания, превышения тока фаз, неправильного подключения фаз двигателя

Оптоизолированные входы и выходы

Дата добавления: 2014-12-24