Ток шагового двигателя по сопротивлению обмоток

Содержание
  1. Arduino.ru
  2. Помогите определить параметры шагового мотора
  3. Выбор шагового двигателя
  4. Содержание
  5. [править] ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЖИМАХ РАБОТЫ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
  6. [править] Модель работы идеального шагового двигателя
  7. [править] Резонанс на средних частотах
  8. [править] Мощность двигателя
  9. [править] Напряжение питания и нагрев двигателя
  10. [править] Кратко о мощности шагового двигателя
  11. [править] О ЧЕМ ГОВОРЯТ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
  12. [править] АЛГОРИТМ ПОДБОРА ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
  13. cnc-club.ru
  14. Расчет напряжения для шаговых двигателей
  15. Расчет напряжения для шаговых двигателей
  16. Расчет шагового двигателя
  17. Какое напряжение должно быть у источника питания?
  18. Какое напряжение питания у моего Шагового двигателя?
  19. Вычисление максимального напряжения для заданной индуктивности ШД
  20. Вычисление Сопротивления и мощности рассеивания ток-ограничивающих резисторов
  21. Ток шагового двигателя по сопротивлению обмоток

Arduino.ru

Помогите определить параметры шагового мотора

Биполярный моторчик, 4 провода.

На моторе надписи

Crouzet 82930049
2 Phase 10W R = 9 Ом

Не могу понять, на какое он напряжение и какой ток обмотки. Казалось бы, можно вычислить из мощности и сопротивления обмотки. Но что-то я в ступоре. Как считается мощность у шаговых моторов? На одну обмотку или на две? На одновременное подключение или на попеременное?

Конечно же, я первым делом на сайт изготовителя полез — точно такого мотора там нет, только про серию 829.300 написано — и все параметры «от и до». Напряжение указано от 6 до 64 вольт.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Если 10W — это мощность, то по закону Ома получаем допустимый ток. Драйвера типа A4988 являются Constant Current драйверами, они не допустят большего тока на обмотке, чем настроено резистором. В отличии от L298N и иже с ними, которые Constant Voltage и просто лупят в мотор на все деньги .

Т.е. ставим 4988, выставляем рефренсное напряжение под вычисленный ток и подаем напряжение не выше допустимого _для_драйвера_. Выше напряжение — быстрее нарастает ток в обмотках. Потом драйвер его ограничивает автоматически. Мотор шагает, но не горит.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Мотор-то с принтера какого, судя по шагу 7,5 градуса?

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Мотор-то с принтера какого, судя по шагу 7,5 градуса?

да фиг его знает. Для принтера, имхо, великоват — он размером с тениисный мячик. 10 Вт мощности, да еще с редуктором.

Это я тут с нашими слесарями по ремонту лабораторного оборудования задружился, они мне иногда приносят что-нибудь со сгоревших приборов. вот сегодня притащили два моторчика — этот и еще маленький на 18 вольт. В лабораторном оборудовании много интересного, но все номиналы какие-то дикие — 18в, 34 вольта 🙂

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

На лазерниках мицуми M49SP-1 стоят — все через большое колесо работают на полном шаге. Дури за счет этого у них до. много, вобщем. И спалить пока не удалось ни одного — просто чувствуешь, что греются сильно и ток на драйвере скидываешь.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Если 10W — это мощность, то по закону Ома получаем допустимый ток.

Григорий, прости, но вопрос остался неотвеченным. Мощность считать на одну обмотку или на две?

Если бы это был резистор, то все понятно — P = U * I = U * (U\R)
отсюда — U = (P * R) ** 0.5
U = корень квадратный из (9 * 10) , грубо говоря U = 10V и ток 1А

Но если обмотки две. тогда на каждую по 5 Вт или как?

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ну, как бы сам принцип работы шаговика в том, что на обмотки по очереди подается ток. Зачем делить его на две? Я, конечно, не конструировал моторы, но простая логика мне подсказывает, что грубо можно как для резистора посчитать. Наверняка там и Inductance нужно учитывать и всё такое. Но чтобы просто пошагать — хватит и простого расчета.

Более того — я даже без расчета как-то выставлял. Выкрутил резистор на 0V, поставил на степ и подкручивал, пока субъективно мотор не стал слишком горячим 😉 Потом открутил назад. И ничего, двигатель все еще фунциклирует.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ну, как бы сам принцип работы шаговика в том, что на обмотки по очереди подается ток. Зачем делить его на две?

ну да, в принципе наверно так. Там, правда, насколько помню, время включения обмоток не совсем почередно, а залазит друг на друга. но наверно этим можно пренебречь.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

ну да, в принципе наверно так. Там, правда, насколько помню, время включения обмоток не совсем почередно, а залазит друг на друга.

На униполярном — да, может по половине обмотки включаться или по полной (если склероз не подводит), а на биполярном ток может быть поделен между обмотками пропорционально (при микрошаге). В общем же случае, считаю, все должно сводится к расчету мощности на одну обмотку.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Ограничение по напряжению же, как я помню, вводится на случай межвиткового пробоя обмоток. Но, думаю, это должно быть совершенно адское напряжение, которое лак пробьет. И в случае c Constant Current драйвером — он оттопырится первым.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Тут вот пишут, что ток 0.48A при сопротивлении 22.3Ом и напряжении 10.4В. В принципе вычисленная сила тока сходится с табличной, но 10W не бьется.

Однако, исходя из http://motors.crouzet.com/customer-support/detailed-specifications-drawings/stepper-motors/ можно предполагать, что у всей серии номинальное напряжение 10.4В. Хотя, тогда и сопротивление должно быть 22.3Ома на всю серию. У мотора точно 9 Ом сопротивление?

Надо несколько даташитов глянуть, попытаться понять, что у крузета вкладывается в номер модели.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

У мотора точно 9 Ом сопротивление?

На сайте http://www.crouzet.com/ есть строчка поиска по артикулу. Если в нее начать вбивать «82930. » — вываливается вкладка со списком похожих моделей. Первым в этом списке идет 82930043 — судя по номеру, ближайший родственник моего мотора — и у него указано сопротивление 9 Ом.

К сожалению, при клике на эти строчки ничего нового не открывается, да и инфу эту никак не сохранить — только заскриншотить:

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

82930002 10W — Bipolar — 9 Ohm — 24 mH — 0,75A — 6,6V

Думаю, что у всех подобных модификаций схожие параметры.

На предыдущих страницах еще масс доп. информации, включая номограммы момента, расчеты трансмиссий.

  • Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы получить возможность отправлять комментарии

Почитал еще, освежил память. Был не совсем прав. С ваттами на степпере не сталкивался ранее — обычно ток написан в спецификации и все.

По мощности выходит так: у мотора две фазы (по-бытовому — обмотки). Как ты правильно отметил — обмотки могут быть включены одновременно. Драйвера (к примеру A4988) дают на них максимальный ток в 70.71% от допустимого тока фазы (https://www.pololu.com/file/0J450/a4988_DMOS_microstepping_driver_with_translator.pdf , стр. 17). Но производитель, понятное дело, расчитывает на дураков, поэтому закладывает вероятность появления стопроцентной силы тока на каждой обмотке. Т.е. 10W действительно надо было делить на кол-во обмоток — по 5W на каждую. Отсюда имеем:

1) U = SQRT(P*R) => SQRT(5W*9Ohm)

6.7V ;
2) I = U/R => 6.7V / 9Ohm = 0.74[4] A

С напряжением, конечно, есть несовпадение с даташитом. Полагаю, что дело в округлении: 6.6V * 0.75A * 2 phase = 9.9W =>

Источник

Выбор шагового двигателя

Содержание

[править] ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЖИМАХ РАБОТЫ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

[править] Модель работы идеального шагового двигателя

Шаговый двигатель — устройство с постоянной мощностью, если мощность определить как момент, умноженный на скорость. Это означает, что крутящий момент обратно пропорционален скорости. Чтобы уяснить, почему мощность мотора не зависит от скорости, представим себе идеальный шаговый двигатель.

В идеальном двигателе нет трения, его момент пропорционален амперо-виткам обмоток и единственной электрической характеристикой является индуктивность. Индуктивность L характеризует способность обмотки запасать энергию в магнитном поле. Индуктивности обладают свойством индуктивного сопортивления, т.е. сопротивления переменному току, которое тем больше, чем быстрее меняется ток, а значит, индуктивное сопротивление возрастает вместе со скоростью вращения двигателя. По закону Ома ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален полному сопротивлению, откуда следует, что ток обмотки уменьшается при увеличении скорости вращения. Т.к. момент пропорционален амперо-виткам, а ток обратно пропорционален скорости, то момент также будет обратно пропорционален скорости. Т.е. при нулевой скорости момент стремится к бесконечности, при увеличении скорости момент(и ток) начинает стремиться к нулю.

Pic1.jpg

Электрически, реальный двигатель отличается от идеального в основном ненулевым сопротивлением обмотки, а также ферромагнитными составляющими, которым свойствоенно насыщаться магнитным полем, что приводит к гистерезисным потерям и потерям на вихревые токи. Насыщение ограничивает момент, а вихревые токи и гистерезисные потери вызывают нагрев мотора. Рассмотрим кривую зависимости крутящего момента шагового двигателя от скорости.

Pic2.jpg

Как видно из графика, при скорости ниже определенного предела, момент, а следовательно и ток, возрастают очень быстро, вплоть до уровней, приводящих к повреждению мотора. Чтобы этого избежать, драйвер должен ограничивать нарастание тока до определенной величины. Поскольку момент пропорционален току, момент будет постоянен начиная с момента удержания до порогового значения скорости, а при скорости выше порога — ток будет ограничен индуктивностью обмоток.

Pic3.jpg

В результате, скорость-моментная характеристика идеального двигателя будет начинаться с отрезка, где момент постоянный, до точки, когда мотор перестанет генерировать и потреблять реактивную мощность. Реальный шаговый двигатель обладает потерями, которые изменяют идеальную скорость-моментную характеристику. Особенно велик вклад момента от зубцовых гармоник магнитного поля(его иногда указывают в документации на двигатель). Потери в двигателе есть всегда, и чем быстрее вращается вал шагового мотора, тем больше потери, и их также необходимо вычитать из идеальной характеристики.

Обратите внимание, как реальная мощность падает вместе с ростом скорости, в том числе и на отрезке «постоянной мощности». Скругление на переходной точке обусловлено переходным процессом в цепи — драйвер постепенно превращается из источника тока в источник напряжения.

[править] Резонанс на средних частотах

Pic4.jpg

Шаговый двигатель сильно подвержен резонансу, являясь по факту аналогом маятника «подвешенный на пружине груз», где грузом является ротор, а пружиной — магнитное поле, и имеет частоту собственных колебаний, зависящую от силы тока и инерции ротора. В момент, когда разность фаз момента и скорости достигает величины 180 град., возникает резонанс – изменение магнитного поля начинает совпадать со скоростью, и скорость ротора при позиционировании на новый шаг становится слишком велика. При резонансе значительная часть энергии магнитного поля уходит на преодоление инерции ротора при колебании около положения равновесия, что выражается в значительном падении крутящего момента на валу. Накопленная кинетическая энергия ротора расходуется при возникновении резонанса примерно за 1-10 сек, поэтому разогнать двигатель можно, пройдя зону резонанса без последствий, но работать сколь-нибудь продолжительное время не удастся – вал остановится. Для устранения этого явления в драйверах используются различные антирезонансные алгоритмы.

[править] Мощность двигателя

Pic5.jpg

Выходная мощность двигателя (скорость?момент) пропорциональна напряжению, деленному на квадратный корень из индуктивности. Если мы увеличим вдвое напряжение ШИМ, то получим другую кривую СМХ, лежащую выше, и мощность на участке постоянной мощности вырастет вдвое. С током иная картина. Рисунок ниже показывает, что будет при выставлении на драйвере тока в 2 раза больше номинального для двигателя. Мотор начинает выделять в 4 раза больше тепла, а момент на низких оборотах увеличивается менее чем в 2 раза из-за насыщения сердечников обмоток.

Как можно видеть, мощность не увеличивается вовсе. Всегда рекомендуется выставлять ток на драйвере равным номинальному значению для двигателя. Это в том числе снизит вибрации на низких частотах, улучшит характеристики хода в микрошаговом режиме.

[править] Напряжение питания и нагрев двигателя

Основные причины нагрева двигателя: потери на сопротивлении обмоток и ферромагнитные потери. Первая часть всем знакома – это тепловая энергия, выделяющяяся на активном сопротивлении проводов обмоток, равная I2R. Вклад этого слагаемого велик только когда двигатель находится в режиме удержания, и резко уменьшается с возрастанием скорости двигателя. Ферромагнитными потерями назваются потери на токи Фуко и гистерезисные потери. Они зависят от изменения тока и, следовательно, от питающего напряжения, и выделяются в виде тепла. Как было сказано выше, мощность двигателя растет прямо пропорционально напряжению, однако ферромагнитные потери тоже растут, причем, в отличие от мощности, — нелинейно, что и ограничивает максимальное напряжения, которое можно использовать для драйвера. Можно сказать, что максимальная полезная мощность шагового двигателя определяется количеством тепла, которое может на нем безопасно выделяться. Поэтому не следует стараться выжать полкиловатта из двигателя 57 серии, подключив драйвер к источнику в 10 кВ – у напряжения есть разумные пределы. Их можно рассчитывать разными способами. Эмпирически было получено несколько оценок сверху для максимального питающего напряжения ШИМ-драйвера: оно не должно превышать номинальное напряжение обмоток более чем в 25 раз или величину 32v L, где L – индуктивность обмотки.

Pic5 .jpg

Для наглядности ниже показан график, показывающий ферромагнитные потери для двигателя с номинальными характеристиками 4 А, 3 В.

[править] Кратко о мощности шагового двигателя

Выбор двигателя и питающего напряжения целиком зависят от задач. В идеале, двигатель должен выдавать достаточный момент на максимальной планируемой скорости. Необходимо отличать момент от мощности двигателя: большой момент на низких скоростях не означает, что двигатель мощный. Выходная мощность – другой, более важный параметр, её примерно можно оценить по кривой скорости-момента. Теоретически, максимальная мощность, которую можно стабильно получать с драйвера, питаемого напряжением 80 В и выходным током 7 А примерно 250 Ватт(1/3 л.с.), в реальности же для этого потребуется 2 или 3 двигателя NEMA 34. Двигатели NEMA 23 слишком малы для отвода тепла, а NEMA 42 из-за размера не подходят по импедансу: если их номинальный ток меньше, чем 7 А, то напряжение будет больше 80 В, и наоборот. Момент от зубцовых гармоник в моторах NEMA 42 существенно больше, чем в малых моторах, и обязательно должен быть учтен при расчете выходной мощности. Другими словами, выходная мощность двигателей NEMA 42 падает быстрее, чем у меньших двигателей. NEMA 42 следует использовать, если требуется получить высокий момент на низких скоростях и нет смысла использовать мотор-редуктор.

[править] О ЧЕМ ГОВОРЯТ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Если вы опустили все, написанное выше, или прочитали, но мало что поняли, данная глава поможет разобраться, как перейти к практической части. Несколько слов о размере двигателя. Развитие производства шаговых двигателей достигло больших успехов, и теперь шаговые двигатели одного размера разных производителей обладают очень схожими характеристиками. Именно размер двигателя задает рамки, в которых может изменяться его главная характеристика — кривая скорости-момента. Индуктивность обмотки показывает, насколько крута будет кривая СМХ при одинаковом напряжении питания драйвера с ШИМ: если мы возьмем 2 двигателя индентичного размера с разной индуктивностью, и будем управлять ими одним драйвером с одним и тем же питающим напряжением, полученные кривые СМХ будут отличаться крутизной.

Большая индуктивность потенциально дает вам возможность получить больший крутящий момент, но чтобы произвести такую конверсию, потребуется драйвер с большим напряжением питания — тогда кривая СМХ поднимется вверх пропорционально увеличению напряжения. На практике почти все фирмы производят моторы одного размера в двух исполнениях — «медленный» и «быстрый», с большой и малой индуктивностью. Причем «быстрые» модели пользуются большей популярностью — для них на высоких оборотах требуется меньшее напряжение, а значит более дешевые драйверы и источник питания. А если вдруг не хватает мощности — можно взять двигатель побольше. «Медленные» модели остаются для специфических применений — в случаях, когда от шагового привода не требуется больших скоростей, нужен большой момент удержания и т.п. Ток обмотки косвенно связан с крутящим моментом, но в основном он говорит о том, какой драйвер нужно будет подобрать к этому двигателю — он должен быть способен выдавать именно такой уровень тока. Напряжения питания обмотки показывает, какое постоянное(не ШИМ) напряжение можно подавать на обмотку — таково значение напряжения, используемое драйверами постоянного напряжения. Оно пригодится при вычислении максимально допустимого напряжения питания драйвера с ШИМ, и тоже косвенно связано с максимальным крутящим моментом.

[править] АЛГОРИТМ ПОДБОРА ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Так как же выбрать двигатель? Зависит от того, какими вы данными обладаете. По большому счету, выбор двигателя сводится к выбору 4 вещей — производителя, вида двигателя, размера и индуктивности. Первый параметр поддается оценке с трудом — мало у кого репрезентативная выборка образцов от разных поставщиков. Что касается вида двигателя, мы рекомендуем всегда, когда есть неопределенность в выборе, использовать биполярные шаговые двигатели с 4 выводами и малой индуктивностью. Т.е. выбор в основном заключается в выборе размера двигателя(в пределах одного размера характеристики двигателей с одной индуктивностью почти всех производителей практически совпадают). Для выбора конкретной модели можно использовать следующий алгоритм:

  • Рассчитайте максимальную скорость вращения V в об/сек, которую хотите получить от привода, и момент M, который необходимо получить от него на этой скорости(закладывайте в это значение запас в 25-40%).
  • Переведите скорость вращения в частоту полных шагов PPS, для стандартного двигателя с шагом 1.8 град PPS = 200 * V.
  • Выберите примерно подходящий на первый взгляд размер двигателя, из числа доступных моделей этого размера выберите двигатель с не самой большой индуктивностью.
  • Воспользуйтесь кривой СМХ, приводимой производителем, найдите на ней ваше значение PPS. Сверьтесь, достаточен ли момент, указанный на кривой.
  • Если момент, указанный на кривой слишком мал, рассмотрите двигатель размером побольше, если слишком велик — размером поменьше.

Однако, часто этот способ дает неверные результаты по причине большого количества факторов и допущений при расчете момента. Запросто можно получить, что для управления небольшим портальным фрезером с порталом весом 15 кг вдруг потребуются двигатели ST86-114. Чаще используют эмпирические способы, и они оказываются точнее. Один из таких способов — определение двигателей по весу портала и размеру рабочего поля. Например, выбор шагового мотора для горизонтальной передачи(оси X и Y) можно осуществить исходя из веса подвижной части, передачи, направляющих и материалов, планируемых к обработке. Для портальных станков классической компоновки, с передачей ШВП, шагом 5 мм на оборот, для обработки дерева и пластика, скорость холостого хода до 4000 мм/мин, в предположении, что направляющие оси без преднатяга и отъюстированы так, что подвижная часть ходит по ним без какого-либо сопротивления, можно порекомендовать следующие значения:

  • Вес подвижной части менее 5 кг — двигатель серии PL42 или аналогичный.
  • Вес подвижной части 5-10 кг — двигатель PL57-56 или аналогичный.
  • Вес подвижной части 10-23 кг — двигатель PL57-76 или аналогичный.
  • Вес подвижной части 23-35 кг — двигатель PL86-80 или аналогичный.
  • Вес подвижной части 35-50 кг — двигатель PL86-114 или аналогичный.

Совместно с этими оценками можно использовать оценки для размеров рабочего поля: Рабочее поле 0,1-0,5 кв.м. — двигатели PL57-76 или аналогичные. Рабочее поле 0,5-1 кв.м. — двигатели PL86-80 или аналогичные. Рабочее поле 1-1,5 кв.м. — двигатели PL86-114 или аналогичные. Если характеристики Вашего станка находятся в пограничных интервалах, скажем, вес портала 23 кг, поле около 0,5 кв. м., стоит использовать дополнительные оценочные методы. Еще один распространенный подход заключается в анализе готовых станков на рынке, которые близки к конструируемому по размерам и характеристикам — проверенная конструкция означает, что двигатели уже подобраны оптимальным образом, и можно взять их характеристики за основу.

И последнее, что можно порекомендовать — обратиться за консультацией к опытным специалистам.

Источник

cnc-club.ru

Статьи, обзоры, цены на станки и комплектующие.

Расчет напряжения для шаговых двигателей

Аватара пользователя

Расчет напряжения для шаговых двигателей

Сообщение Nick » 22 дек 2011, 21:07

Расчет шагового двигателя

Какое напряжение должно быть у источника питания?

Чтобы рассчитать необходимое напряжение эмпирическим способом, возьмем источник питания 24В или любой другой источник, который есть у вас под рукой, и который будет выше необходимого минимума драйвера и подключим его к самой нагруженной оси.

Погоняйте ось и плавно увеличивайте скорость пока не определите максимальную скорость на которой шаговый двигатель будет работать без пропуска шагов, для тестового источник питания.

Используя следующую формулу вы можете определить необходимое напряжение питания для этой оси:
(Скорость которую вы хотите)÷(Скорость, которую вы получили * 0.9) * (Тестовое напряжение) = Необходимое напряжение питания.

Пример: (300 IPM ÷ (150IPM * 0.9) * 24VDC = 53.3VDC

Удостоверьтесь что полученное напряжение питания находится в допустимых пределах для вашего драйвера!

Какое напряжение питания у моего Шагового двигателя?

Вычисление максимального напряжения для заданной индуктивности ШД

Чтобы вычислить максимальное напряжение которое вам следует использовать в зависимости от индуктивности обмоток шагового двигателя используйте эту формулу:
Максимальное напряжение = 1000 * SQRT(Индуктивность)
(SQRT — это квадратный корень.)
Пример, двигатель с 6мГн на фазу:
1000 * SQRT(0.006) = 77В Максимум.
Пример мотора с 2.5мГн:
1000 * SQRT(0.0025) = 50В Максимум.

Замечание: Не все моторы одинаково созданы одинаковыми .

Если вы используете эту формулу и двигатели кажутся слишком горячими, уменьшите напряжение пока температура не станет приемлемой. Шаговые двигатели разработаны для работы горячими, но не стоит прованивать помещение горелой изоляцией . Многие двигатели рассчитаны на выдерживание температуры до 80 o С. Для моих личных целей я ограничиваю температуру в 60 o C.

Вычисление Сопротивления и мощности рассеивания ток-ограничивающих резисторов

Замечение: Только для L/R систем.

Это простое применение закона Ома для последовательной цепи. Ваш резистор должен сбрасывать разницу в напряжении между расчетного напряжения шагового двигателя и напряжением источника питания:
Изменение напряжения на резисторе = Напряжение источника питания — расчетное напряжение шагового двигателя.

Применяя закон Ома, делим на ток шагового двигателя получаем сопротивление резистора:
Значение резистора = Изменение напряжения на резисторе / Ток обмоток ШД.

Наконец, и это очень важно, вам нужно знать мощность рассеивания резистора которые он будет рассеивать в виде тепла, на которую он должен быть рассчитан.
Значение мощности рассеивания резистора = Изменение напряжения на резисторе * Ток обмоток шагового двигателя.

Например: Шаговый двигатель промаркирован 5A на 2.5V, с источником питания в 26В имеем:
Изменение напряжения на резисторе = 26В — 2.5В = 23.5В
Сопротивление резистора = 23.5В / 5А = 4.7 Ом
Мощность рассеивания резистора = 23.5В * 5А = 117.5 Ватт

Источник

Ток шагового двигателя по сопротивлению обмоток

Данный магический параметр для многих не совсем понятен, насчет прикладного его применения в разрезе подбора шаговых двигателей информации довольно много, но чаще всего она сводится к формуле Marris Friemannis, главы Gecko Drive, который эмпирически установил коэффициент 32 для расчета максимального напряжения питания шагового двигателя:

«Мощность мотора растет пропорционально напряжению питания, однако потери в результате образования вихревых токов в корпусе двигателя растут пропорционально квадрату приложенного напряжения.

Причиной данных потерь, как уже и говорилось, являются пульсации тока, которые индуцируют возникновение вихревых токов в ламелях шагового двигателя. Пульсация тока прямо пропорциональна напряжению питания и обратно пропорциональна индуктивности двигателя (V/L), вихревые токи напрямую зависят от пульсаций тока.

Индуцированные вихревые токи способствуют выделению тепла в ламелях двигателя, пропорционально их сопротивлению, подчиняясь формуле I2R, где R – сопротивление ламелей корпуса двигателя.

Сведение всего вышесказанного к общему знаменателю говорит о том, что нагрев пропорционален корню из индуктивности.

Таким образом коэффициент 32 был получен эмпирически, и связывает температуру корпуса двигателя в 85 градусов Цельсия и напряжение, численно равное корню квадратному из индуктивности испытуемого двигателя умноженному на данный коэффициент.»

О том, что такое индуктивность катушки или катушки индуктивности, можно прочитать где угодно, но что конкретно она иллюстрирует применительно к частному случаю с шаговыми двигателями давайте разберем ниже.

Вся сложность заключается в том, что индуктивность является производной нескольких параметров, и характеризует не одну конкретную характеристику, а несколько одновременно, что довольно трудно понять без детального разбора, ниже приведем несколько случаев с константами и переменными, которые нам помогут лучше в этом разобраться.

Если напряжение константа (90 вольт), индуктивность константа (три двигателя с индуктивностями 2 МГн, 4Мгн, 8 МГн), ток и время – переменные, то скорость насыщения будет иметь вид, как в ниже приведенном графике зависимости, где разными цветами отображены наши три двигателя с разной индуктивностью в порядке возрастания.

Таким образом, наглядно можно увидеть влияние индуктивности на скорость накачки обмоток током. Чем выше индуктивность, тем медленнее возрастает ток и тем медленнее возрастает величина магнитного потока (L x I). Хотя формула указывает на то, что при большей индуктивности итоговое значение магнитного потока будет выше, чем у двигателя с меньшей индуктивностью, что справедливо если мы не имеем ограничений по размеру двигателя, но по факту размер двигателя определен и обмотки должны в него вписываться геометрически. Поэтому приведенный выше график справедлив только при сравнении двигателей разных размеров с одинаковым током насыщения обмоток, но не одинаковыми обмотками. Простым языком:

— Место (пространство) для обмоток статора в двух одинаковых по длине и фланцу двигателях равно и неизменно, следовательно двигатель, обладающий характеристикой силы тока в 2 А имеет толщину провода обмоток условно (для простоты понимания) в 2 раза меньше, чем двигатель с характеристикой рабочего тока 4 А, из чего следует наша следующая зависимость;

— Индуктивность прямо пропорциональна числу витков обмоток, и шаговый двигатель с характеристикой по току в 2 А, имея более тонкий провод будет иметь обмотки, намотанные большим числом витков, чем двигатель с характеристикой по току в 4 А и, следовательно, будет иметь более высокое значение параметра индуктивности чем второй двигатель, при равном магнитном потоке, так как он равен произведению тока на индуктивность (меньший ток х большую индуктивность = больший ток х на меньшую индуктивность), что оставляет неизменной характеристику крутящего момента для обоих случаев;

— Индуктивность не влияет на крутящий момент, момент практически всегда определяется размером двигателя;

— Индуктивность не влияет на скорость, она влияет на отношение крутящего момента к скорости. На практике полка момента обоих двигателей будет примерно одинакова, но при разных напряжениях, больше индуктивность – меньше максимальный ток, меньше индуктивность – больше максимальный ток. Следовательно индуктивность хоть и оказывает сопротивление прокачке обмотки током, но будучи связанной с ним через сечение проводника и количество витков, её влияние уравновешивается в обоих случаях. В первом случае она оказывает большее сопротивление, но ток насыщения меньше и достигнуть нужно меньшей планки, чем во втором случае, но в последнем сопротивление насыщению меньше (меньше индуктивность), но планка тока насыщения в два раза выше. На скорость больше влияет характеристика проводника, отношение тока к индуктивности, а также размер самих катушек. Поэтому шаговые двигатели большого размера неизменно будут медленнее двигателей малогабаритных при равном напряжении. Именно взаимоотношение индуктивности (индуктивного сопротивления), силы тока и напряжения определяют скоростную характеристику шагового двигателя, раздельно эти три параметра рассматривать в контексте сравнения одинаковых по размерам двигателей некорректно, так как они, в большей степени, связаны механически параметрами корпуса. Но при одинаковой скорости и одинаковом напряжении

— Большая индуктивность позволяет применить источник тока с большим напряжением, меньшая индуктивность позволяет работать с низковольтными блоками питания для достижения одного и того же результата по крутящему моменту в рамках рассмотрения двигателей равных размеров. «Правила» Марриса Фриеманниса в какой-то мере подтверждают вышеизложенное о индуктивности шагового двигателя:

Основное правило 1:

Индуктивность обмотки равна квадрату N, где N – количество витков обмотки. При сравнении двух обмоток, состоящих из 10 витков и 30 витков, индуктивность второй будет больше индуктивности первой в 9 раз (10² = 100, 30² = 900).

Основное правило 2:

Отношение мощности шагового двигателя (P) к напряжению источника питания (V) и индуктивности (L) может быть выражено как: P=V÷√L

Источник

Поделиться с друзьями
Электрика и электроника
Adblock
detector