Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Sterownik silnika skokowego 10A 100V

Jacek Rutkowski 14 Sty 2016 03:15 10005 22
  • Sterownik silnika skokowego 10A 100V
    Chciałbym przedstawić swoją konstrukcję sterownika silnika skokowego. Sterownik został zbudowany z myślą zastosowania do sterowania silników do budowanej maszyny CNC. Powodem jego budowy był brak dostępnego w rozsądnej cenie sterownika, który umożliwiał by forsowanie silników napięciem ponad 50V w celu osiągnięcia dużego momentu obrotowego przy większych obrotach.

    Projekt powstawał kilka miesięcy przy użyciu paru prototypów, początkowo robionych na laminatorze, później zamówiono jeden prototyp w drukowane.pl a następnie 4 sztuki jako produkcyjne.

    Do sterowania wykorzystałem klasyka L297 kontroler silnika skokowego. Posiada on możliwość sterowania pół krokami, co w/g mnie jest wystarczające dla zapewnienia płynnego ruchu oraz dużego momentu obrotowego przy zastosowaniu silnika 1,8°/krok. Kontroler posiada wejścia kierunku, kroku, komparatorów do kontroli prądu wyjść oraz wyjścia sterujące kluczami wyjściowymi.

    W celu uproszczenia budowy maszyny zrezygnowałem z oddzielnych zewnętrznych zasilaczy dla driverów mosfetów. Zastosowałem step downa U9 LM5008, który to ma dopuszczalny zakres napięcia wejściowego do 100V ograniczający w ten sposób maksymalne napięcie zasilania sterownika. Napięcie dla U5 L297 zapewnia „nieśmiertelna” przetwornica U6 MC33063.

    W celu ograniczenia grzania się silników podczas postoju (gdy moment trzymający silnika jest większy od momentu dynamicznego) zastosowałem układ U8 z elementami towarzyszącymi. Stosunek rezystorów R22 i R23, R24 ustala stosunek prądu trzymania do prądu pracy.

    Kluczami wyjściowymi z kanałem typu N IRF20NF20 sterują drivery mosfetów IR21084. Wybrałem je ze względu na możliwość sterowania górnymi tranzystorami N mostka dzięki układowi boostrapu, wbudowanemu układowi przesuwania poziomów logicznych z oraz regulowanemu układowi dead-time zabezpieczającemu przed jednoczesnym załączeniem dolnego i górnego tranzystora. Niestety taki układ zasilania uniemożliwia sterowania z ciągłym załączeniem górnego tranzystora. Aby temu zapobiec, zastosowałem U7 pracujący jako generator zasilający układ boostrapu.

    Na płytce umieszczono trzy zwory umożliwiające konfigurację sterownika. Zwora na złączu J2 umożliwia zmianę trybu pełnych kroków/półmroków. Zwora J4 służy do redukcji prądu silnika o 50%. Natomiast zwora J26 służy do ustawienia sterownika jako Slave, aby synchronizował się wewnętrzny oscylator L297 z pozostałymi sterownikami.

    Sterowniki nie posiadają na wejściach żadnej separacji, ponieważ z założenia podłączone są do dedykowanego komputera i nie widziałem takiej potrzeby.




    W obecnej wersji zastosowane silniki są z prądem fazy 3A i na taką wartość są dobrane i zamontowane rezystory bocznikowe (po dwa zamiast czterech).

    Zasilanie sterowników obecnie jest zrealizowane przy pomocy wkładki telekomunikacyjnej 48V 9A, która przy niewielkim obciążeniu daje 52V.

    Koszt wykonania sterownika ciężko jest mi określić ponieważ większość elementów posiadałem już od kilku lat, jedynie płytki zamawiałem w momencie wykonywania sterownika.
    Orientacyjna cena elementów:
    L297 - 23zł
    IR21084 - 12zł
    IRF20NF20 - 7zł
    LM5008 - 13zł

    Sterownik silnika skokowego 10A 100V Sterownik silnika skokowego 10A 100V
    Sterownik silnika skokowego 10A 100V Sterownik silnika skokowego 10A 100V Sterownik silnika skokowego 10A 100V Sterownik silnika skokowego 10A 100V


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz pendrive 32GB.
  • #2 14 Sty 2016 07:28
    noel200
    Poziom 23  

    Sterownik fajny i ciekawy. Jednak ja mniejszego podziały kroku niż 1/8 nie używam. W ostateczności 1/4. Kultura i płynność pracy silnika jest znacznie wyższa. Silnik z większym podziałem zamontowany na maszynie nie powoduje nieprzyjemnych dla ucha dźwięków rezonującej ramy.

  • #3 14 Sty 2016 08:23
    bonifacy3030
    Poziom 9  

    Czy jest możliwe podłączenie dodatkowych mosfetów o większym prądzie i napieciu do układu A4988 lub DRV8825, tak aby układy te sterowały ww. mosfetami a te następnie silnikiem krokowym? Wyższe napięcie i prąd podawane bezpośrednio na mosfety. Czy te dodatkowe mosfety mogą mieć wpłwy na, że działanie przetwornika DAC? Na załączonym zdjęciu można zobaczyć jak to mogłoby wyglądać.

    Sterownik silnika skokowego 10A 100V

  • #4 14 Sty 2016 09:02
    noel200
    Poziom 23  

    bonifacy3030 napisał:
    Czy jest możliwe podłączenie dodatkowych mosfetów o większym prądzie i napieciu do układu A4988 lub DRV8825

    Nie będzie to poprawnie działać. Wyjścia z tych układów mają sterowanie chopperem prądowym i w ich obwodach mierzony jest przepływający prąd przez cewki silnika.

  • #5 14 Sty 2016 10:25
    oker128
    Poziom 10  

    Wszytko ładnie pięknie, tylko co z częstotliwością sygnału STEP, dla L297 to max 10-15Khz więc nie będzie dużych prędkości.

  • #6 14 Sty 2016 11:03
    piotr_go
    Poziom 27  

    Te czerwone płytki nie zamawiałeś czasem w firmie na "D" ?
    Oni takie retro płytki robili rodem z zx-spectrum (cyna wpływająca pod soldermaskę, soldermaska zdrapywalna paznokciem).

  • #7 14 Sty 2016 12:52
    Jacek Rutkowski
    Poziom 24  

    piotr_go napisał:
    Te czerwone płytki nie zamawiałeś czasem w firmie na "D" ?
    Oni takie retro płytki robili rodem z zx-spectrum (cyna wpływająca pod soldermaskę, soldermaska zdrapywalna paznokciem).

    W opisie podałem iż zamawiałem na drukowane.pl. Najpierw prototyp potem produkcję. Byli najtańsi jakich znalazłem przy wystarczającej dokładności.

    noel200 napisał:
    Sterownik fajny i ciekawy. Jednak ja mniejszego podziały kroku niż 1/8 nie używam. W ostateczności 1/4. Kultura i płynność pracy silnika jest znacznie wyższa. Silnik z większym podziałem zamontowany na maszynie nie powoduje nieprzyjemnych dla ucha dźwięków rezonującej ramy.

    Zgadza się że będzie ciszej, a jak z trzymaniem pozycji w 1/8 czy 1/4 kroku?
    Nie potrzeba znacznie większego naddatku mocy?
    Robiłem testy z podziałem na 8 i w pozycjach 1/8 czy 7/8 znacznie łatwiej w moim subiektywnym odczuciu było poruszyć wałem niż w 1/2 kroku czy całym.

    oker128 napisał:
    Wszytko ładnie pięknie, tylko co z częstotliwością sygnału STEP, dla L297 to max 10-15Khz więc nie będzie dużych prędkości.

    Jaką prędkość kolego chcesz uzyskiwać? Moje silniki 3Nm 1,8° sterowane półkrokowo przy śrubach kulowych o skoku 5mm i stole z materiałem ważącym ok 20kg dają radę do ok 1800cm/minutę czyli 2400Hz więc te kHz mi na wiele się nie przydadzą...

  • #8 14 Sty 2016 13:12
    piotr_go
    Poziom 27  

    Jacek Rutkowski napisał:
    W opisie podałem iż zamawiałem na

    Sorry, przegapiłem. Właśnie o nich mi chodziło :)
    Jeszcze tak robią?! Zamawiałem u nich z 10 lat temu, myślałem że się poprawili.
    Ile zapłaciłeś?
    Cięcie to też ich robota czy sam wycinałeś?

  • #10 14 Sty 2016 13:26
    noel200
    Poziom 23  

    Jacek Rutkowski napisał:
    Zgadza się że będzie ciszej, a jak z trzymaniem pozycji w 1/8 czy 1/4 kroku?
    Nie potrzeba znacznie większego naddatku mocy?
    Robiłem testy z podziałem na 8 i w pozycjach 1/8 czy 7/8 znacznie łatwiej w moim subiektywnym odczuciu było poruszyć wałem niż w 1/2 kroku czy całym.

    Zależy od sterownika, który ustala poziomy prądu dla cewek.
    Robiłem kiedyś test jak mocno silnik napędzający śrubę, a ta wózek jest w stanie ścisnąć pewną sprężynę, o znanej mi charakterystyce na różnych poziomach podziału kroku.
    Wyszło, że bez podziału silnik jest najmocniejszy. W końcu tam zawsze płynie 100%prądu w cewkach, tylko zmienia się jego kierunek. Przy podziale 1/2 już moment znacząco spadł. O około 1/3 wartości. W końcu jest pozycja na której jedna z cewek w ogóle prądu nie ma. Przy większych podziałach już spadku wyraźnego nie było, choć jeszcze przy 1/4 odrobinę.
    To było na układzie TB6560AHQ.
    Jeśli chodzi o trzymanie pozycji to nie z spada jakoś znacząco moment trzymający, a zwiększenie precyzji pozycjonowania przy podziale większym niż 1/2 jest złudne, bo kroki są nie równe.
    Zwiększenie podziału powyżej 1/2 taktuję tylko jako zwiększenie płynności pracy silnika, a nie jako zwiększenie precyzji. Z resztą przy zatrzymanym silniku można poruszyć osią całkiem widocznie bez przeskoczenia kroku.
    Przy różnych próbach dynamicznej pracy na różnych układach doszedłem do wniosku, że sterownika z podziałem mniejszym niż 1/4 nigdy nie kupię, bo czasami potrafi pod znacznym obciążeniem w trakcie ruszania zgubić krok, a przy podziale 1/2 to już całkiem często.

  • #11 15 Sty 2016 10:31
    Jacek Rutkowski
    Poziom 24  

    Robiłem ostatnio grawerkę w szkle 80x190mm na 14000 linii G kodu przez 3 godziny z ramką dookoła i po jej skończeniu jeszcze raz powtórzyłem ramkę na zewnątrz (prostokąt na początku i na końcu grawerki) i optycznie nie widać różnicy względem innych linii. Więc uważam iż maszyna przy sterowaniu półkrokami z moimi sterownikami nie gubi kroków.

  • #12 15 Sty 2016 11:54
    oker128
    Poziom 10  

    Można gdzieś zobaczyć konstrukcje Pana frezarki z tymi sterownikami?

  • #13 07 Lut 2016 17:38
    zielony_gajowy
    Poziom 13  

    Jacek Rutkowski napisał:
    ... Chciałbym przedstawić swoją konstrukcję sterownika silnika skokowego.

    Witam.
    Ostatnio byłem zajęty programowaniem, więc siłą rzeczy z pola widzenia uciekły mi nowinki sprzętowe. Możesz podać jakieś namiary na producentów w/w silników?

  • #14 08 Lut 2016 07:40
    Jacek Rutkowski
    Poziom 24  

    Polecam dowolną książkę z elektrotechniki lub sprawdzenie w Wiki. Silniki skokowe to inaczej krokowe. Pozostał mi nawyk takiego nazewnictwa po pewnym nauczycielu elektrotechniki...
    "Żarówkę LED" widziałem tylko raz i to przez ułamek sekundy jak zasiliłem niebieskiego LED-a z 12V bez rezystora a teraz ponad 500 tyś. wyników w google na hasło "żarówka LED"

  • #15 08 Lut 2016 12:25
    Freddy
    Poziom 43  

    Jacek Rutkowski napisał:
    Polecam dowolną książkę z elektrotechniki lub sprawdzenie w Wiki. Silniki skokowe to inaczej krokowe. Pozostał mi nawyk takiego nazewnictwa po pewnym nauczycielu elektrotechniki...
    "Żarówkę LED" widziałem tylko raz i to przez ułamek sekundy jak zasiliłem niebieskiego LED-a z 12V bez rezystora a teraz ponad 500 tyś. wyników w google na hasło "żarówka LED"
    Wiki nie jest żadnym wiarygodnym źródłem informacji.
    Układ L297 to "STEPPER MOTOR CONTROLLERS", a to znaczy "sterownik silnika krokowego", a nie żadnego skokowego :D.

  • #16 08 Lut 2016 13:50
    zielony_gajowy
    Poziom 13  

    Jacek Rutkowski napisał:
    Polecam dowolną książkę z elektrotechniki lub sprawdzenie w Wiki.
    Tam nie znajdę: producenta, ceny i dostępności na polskim rynku.

    Jacek Rutkowski napisał:
    Silniki skokowe to inaczej krokowe. Pozostał mi nawyk takiego nazewnictwa po pewnym nauczycielu elektrotechniki...
    Nie pytałem o stan Twojego umysłu. Jak również, nie interesuje mnie Twój oficjalny poziom wykształcenia.

    Jacek Rutkowski napisał:
    "Żarówkę LED" widziałem tylko raz i to przez ułamek sekundy jak zasiliłem niebieskiego LED-a z 12V bez rezystora
    Ja niestety, nie poważyłem się na takie eksperymenty. Zapewne mój "nauczyciel od elektrotechniki" był lepszy.Określenie "żarówka LED" celowo ująłem w cudzysłów - taki był zamysł ironii. Podobne podejście mam do określeń typu "dioda LED".

    Jacek Rutkowski napisał:
    a teraz ponad 500 tyś. wyników w google na hasło "żarówka LED"
    A co ja mam wspólnego z wyświetlaniem wyników? No chyba, że chcesz się pochwalić, iż za Twoją przyczyną jest taki odzew w wyszukiwarce.

    Ponawiam pytanie względem silnika. Mogę sobie poszukać, ale pytam Ciebie.
    Zrobiłeś sterownik ( i chwała Ci za to), teraz potrzebny jest silnik. Skoro publikujesz, to znaczy (tak mi się wydaje), że sterownik został sprawdzony i działa z silnikami krokowymi/skokowymi o wyżej określonych parametrach.

  • #17 09 Lut 2016 11:29
    Jacek Rutkowski
    Poziom 24  

    Witam,
    miałem okazję sprawdzić sterownik na "silniczku" 130H2503 z prądem nominalnym 8A przy połączeniu równoległym na fazę gdzie dla testów przeciążyłem go do 10A. Natomiast osobiście 3 takie sterowniki wykorzystuję dla silników 3Nm 4A na fazę.
    Obecnie jestem na etapie projektu podobnego sterownika ale do 20A na fazę.

  • #18 19 Mar 2016 07:53
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany

    Witam. Pierwsze pytanie to co to jest silnik skokowy ? I czemu ma służyć sterowanie półkrokowe ? W maszynach CNC traci to sens. Ja rozumiem że przy sterowaniu półkrokowym mamy większą precyzję ruchu ale po co jak w ten sposób sterowania tracimy 40% mocy silnika. Większą precyzje uzyskuje się stosując śrubę trapezową o mniejszym skoku, lub stosując dodatkowo przekładnie obiegową. Trzeba pamiętać że każdy silnik krokowy ( nie mylić ze skokowym :-) ) ma określoną prędkość obrotową jak i obciążenie powodujące powstawanie zjawiska rezonansu magnetycznego a prosto mówiąc poślizgu magnetycznego co potocznie nazywamy gubieniem kroków. Z doświadczenia zawodowego wiem ze silniki krokowe zarówno unipolarne jak i bipolarne pracują poprawnie w przedziale do 85% maksymalnych parametrów mocy jak i prędkości obrotowej bez gubienia kroków. Moc silnika przy zachowaniu obrotów można regulować poprzez zmniejszenie napięcia w niewielkich granicach lub poprzez skracanie i wydłużanie długości impulsu sterującego lub też co na ogół się robi, poprzez sposób sterowania tzn: pełnym krokiem, połową kroku lub ćwierć kroku. Natomiast hamowanie silnikiem sterując ćwierć kroku narażamy się na jego szybkie przegrzanie. Z reguły wystarczy podać jeden krok oraz redukując moc o połowę.

  • #19 19 Mar 2016 21:43
    Jacek Rutkowski
    Poziom 24  

    Kolego cooltygrysek przeczytaj wątek uważnie a poznasz odpowiedź w poście #14. Nie będę dyskutował na temat wyższości świąt Wielkanocnych na Bożym Narodzeniem. Jeśli chcesz o coś konkretnego zapytać odpowiem jeśli nie czekam na Twoją konstrukcję to podyskutujemy :)

  • #20 20 Mar 2016 07:14
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany

    Książki książkami a praktyka pokazuje coś innego.Ponad to Wiki też nie jest wiarygodnym zbiorem informacji. Brak odpowiedzi na proste pytanie uznam za elementarny brak doświadczenia. I jeśli nadal upierasz się że przy sterowaniu 1/4 kroku silnik nie gubi kroku ( chyba że na luzie ) to się mylisz. Owszem jest na to sposób. Stosuje się wyważone koło zamachowe i w tedy nie gubi kroków. Dużo zależy też od jakości wykonania silnika. Zapraszam więc do Siemensa to pokaże naukowo i zademonstruje zagadnienie gubienia kroków na hamowni. Pozdrawiam.

  • #21 20 Mar 2016 22:15
    Jacek Rutkowski
    Poziom 24  

    Witam,
    osobiście steruję 1/2 kroku nie 1/4 i osobiście nie zauważyłem gubienia kroków ze względu na nadmiar mocy silników, które dobierałem z zapasem.
    w Warszawie w okolicy ul.Lubelskiej?
    Jeśli w W-wie to z chęcią podjadę.

  • #22 21 Mar 2016 02:52
    cooltygrysek
    Warunkowo odblokowany

    No właśnie kolega dobiera moc silnika z dużym i pewnie 50% zapasem mocy. I to trzeba sobie uświadomić. Niestety- Niemcy okolice Monachium.

  • #23 21 Mar 2016 04:37
    Jacek Rutkowski
    Poziom 24  

    Nigdy nie pisałem że silniki mam na styk. Maszynę mam na śrubach kulowych Φ16 ze skokiem 5mm oraz silniki 3Nm 1,8°/krok. Przy prędkości 1200mm/min radzi sobie dobrze z Kressem 1050W przy frezowaniu w MDFie, szkle czy płycie laminowanej.

  Szukaj w 5mln produktów