Полношаговый – полный шаг реализуется поочередной подачей управляющих напряжений по фазам. Стандартное число – 200 перемещений на 1 оборот.

Режим половинного шага – в режиме половинного шага после активации одной фазы, остается состояние неизменным часть времени включения следующей. На зуб ротора действуют сразу два полюса. Вал замирает, фиксируя промежуточное положение. Затем первая фаза пропадает, ротор делает полшага вперед. Несмотря на меньший развиваемый крутящий момент, режим находит большее применение промышленностью, благодаря сокращению уровня вибраций.

Микрошаговые режимы являются редкими наработками конкретных производителей. Данным режимом управляет специальный чип, генерирующий управляющие напряжения, чтобы точность позиционирования вала находилась в районе сотой шага (20000 перемещений на 1 оборот). Высокая точность нужна микроэлектронике, но не исключено возникновение потребности тонких технических решениях среди промышленных конвейеров.

ДРАЙВЕРЫ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Общая информация о понятии драйвера.

Шаговый двигатель – двигатель со сложной схемой управления, которому требуется специальное электронное устройство – драйвер шагового двигателя. Драйвер шагового двигателя получает на входе логические сигналы STEP/DIR, которые, как правило, представлены высоким и низким уровнем опорного напряжения 5 В, и в соответствии с полученными сигналами изменяет ток в обмотках двигателя, заставляя вал поворачиваться в соответствующем направлении на заданный угол. Сигналы STEP/DIR генерируются ЧПУ–контроллером или персональным компьютером, на котором работает программа управления типа Mach3 или LinuxCNC.

Задача драйвера – изменять ток в обмотках как можно более эффективно, а поскольку индуктивность обмоток и ротор гибридного шагового двигателя постоянно вмешиваются в этот процесс, то драйверы весьма отличаются друг от друга своими характеристиками и качеством получаемого движения.

Разновидности драйверов шаговых двигателей

Двухуровневые драйверы.

В драйверах этого типа ток в обмотке поднимается до нужного уровня с помощью высокого напряжения, затем источник высокого напряжения отключается, и нужная сила тока поддерживается источником малого напряжения. Такие драйверы достаточно эффективны, помимо прочего они снижают нагрев двигателей, и их все еще можно иногда встретить в высококлассном оборудовании. Однако, такие драйверы поддерживают только режим шага и полушага.

Драйверы с ШИМ.

На текущий момент ШИМ–драйверы шаговых двигателей наиболее популярны, практически все драйверы на рынке – этого типа. Эти драйверы подают на обмотку шагового мотора ШИМ–сигнал очень высокого напряжения, которое отсекается по достижению током необходимого уровня. Величина силы тока, по которой происходит отсечка, задается либо потенциометром, либо DIP–переключателем, иногда эта величина программируется с помощью специального ПО. Эти драйверы достаточно интеллектуальны, и снабжены множеством дополнительных функций, поддерживают разные деления шага, что позволяет увеличить дискретность позиционирования и плавность хода.

Однако, ШИМ–драйверы также весьма сильно отличаются друг от друга. Лучше, если частота драйвера будет более 20 кГц, чем она больше – тем лучше. Частота ниже 20 кГц ухудшает ходовые характеристики двигателей и попадает в слышимый диапазон, шаговые моторы начинают издавать неприятный писк. Драйверы шаговых двигателей, как и сами двигатели делятся на униполярные и биполярные.

2.3. Выбор ШИМ–драйвера биполярного шагового двигателя.

Первый параметр, на который стоит обратить внимание – это сила тока, которую может обеспечить драйвер. Максимальная сила тока драйвера должна была на 15–40% больше.

Это даст запас на случай, если понадобится получить больший момент от мотора, или в будущем поставите более мощный двигатель. Так же – не будет излишним иметь в наличии радиоэлектронные компоненты к тому или иному виду (размеру) двигателей, поэтому слишком мощный драйвер на 8 А, управляющий двигателем NEMA 17 (42 мм), может, вызывать излишние вибрации.

Второй параметр – это напряжение питания. Весьма важный и неоднозначный параметр.  Напряжение питания влияет на момент на высоких оборотах, вибрации, нагрев двигателя и драйвера. Как правило, максимальное напряжение питания драйвера примерно равно максимальному току , умноженному на 8–10.

Третий параметр – наличие опторазвязанных входов. Практически во всех драйверах и контроллерах, выпускаемых на заводах, 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.

.

Четвертый параметр – 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.

Основной причиной появления колебаний является прерывистое вращение ротора. При осуществлении шага ротору толчком сообщается некоторая энергия. Этот толчок возбуждает колебания. Энергия, которая сообщается ротору в полушаговом режиме, составляет около 30% от энергии полного шага. Поэтому в полушаговом режиме амплитуда колебаний существенно меньше. В микрошаговом режиме с шагом 1/32 основного при каждом микрошаге сообщается всего около 0.1% от энергии полного шага. Поэтому в микрошаговом режиме явление резонанса практически незаметно

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. Механизм подавления резонанса встроен во все драйверы PURELOGIC RND.

Пятый параметр – протокольная часть. Надо убедиться, что драйвер работает по нужному вам протоколу, а уровни входных сигналов совместимы с требуемыми 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 , вам надо только лишь убедиться.

Шестой параметр – наличие защитных функций. Среди них защита от превышения питающего напряжения, тока обмоток (в т.ч. от короткого замыкания обмоток), от неверного подключения полюсов питающего напряжения, от неправильного подключения фаз шагового мотора.

Седьмой параметр – 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.

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

об/мин,                        (2.2)

что для шагового двигателя очень мало. Кроме того, персональный компьютер тоже с трудом сможет генерировать сигналы с частотой более 100 кГц.

Восьмой параметр – 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 построение станка.