Шаговики: Шаговый двигатель

Шаговый двигатель

Итак, мы уже рассказали, как устроен серво мотор и сегодня начнем разбирать шаговый двигатель, его схему, драйверы управления и то, где его лучше всего использовать!

Начнем мы с того, что «на пальцах» рассмотрим принцип функционирования данной железяки. Каждый шаговик имеет внутри себя несколько электромагнитов, расположенных вокруг вала. Подавая питание в нужной последовательности на каждую из них, вращающийся элемент двигателя стремится примагнититься катушке. Быстрым переключением питания между электромагнитами можно добиться большой скорости вращения вала мотора и перемещать его в любое положение с большой точностью. Однако для обеспечения этой точности используются различные вспомогательные устройства, так как такой тип двигателя имеет крайне неприятной эффект вибрации. О таких нюансах мы и расскажем далее!

Любой шаговый двигатель имеет два основных элемента: ротор (вал мотора) и статор (неподвижный корпус). Первый состоит из обычных магнитов, а второй — из электрических, управляемых катушек. Стоит отметить, что как раз за счет шагов от одной катушке к другой в шаговиках присутствует вибрация, вызванная инерцией вала мотора. Профили магнитов, принципы управления электромагнитами — все это разделяет шаговики на типы и наделяет их своими плюсами и минусами.

Разделим шаговики на 3 основных класса:

• Переменный шаговый двигатель
  
  Ротор не имеет постоянных магнитов, а оснащен ферромагнитной шестерней. Это материал, который крайне эффективно магнититься, но не так сильно по сравнению с постоянным. Это приводит к проигрышу в крутящем моменте. Зато отсутствует стопорящая сила, возникающая за счет магнитного поля между корпусом мотора и ротором с постоянным магнитом, которую легко почувствовать, покрутив шаговик в выключенном состоянии (характерные щелчки).
  
  Движок оснащен большим количеством катушек, которые включаются попарно. Величина шага варьируется от 5 до 15 градусов.
• Шаговый двигатель с постоянным магнитом
  
  Ротор такого устройства состоит из нескольких разнополюсных магнитов. Принцип разбирали в самом начале. Характерный шаг от 45 до 90 градусов.

• Гибридный шаговый двигатель
  
  Как можно догадаться, данный тип совместил в себе первые два и унаследовал все плюсы. Отличительными характеристиками данного шаговика являются высокая точность (1-5 градуса), малая вибрация и приличная скорость вращения. Все хорошо, но такие штуки отличаются от своих собратьев еще и ценой! Это связано со сложностью изготовки. Но производители пошли на технологическую хитрость. Практически невозможно создать многозубцовую (скажем, 100) шестеренку, где соседние зубья будут разных полюсов.

  
  Но достаточно просто создать два таких диска, имеющих противоположные полюса. Затем их сдвигают так, что если посмотреть сбоку, получится то, что мы и хотели. Осталось правильным образом расположить обмотки и включать их по оптимальной логике, обеспечивающей наибольшую эффективность!

Теперь давайте пробежимся по методам управления шаговыми двигателями. Их также можно разделить на несколько пунктов:

• Полношаговое управление одной обмоткой
  
  Это самый простой вариант. Последовательно включается только одна катушка и к ней притягивается вал мотора. В таком случае крутящий момент будет меньше чем в следующем способе.
• Полношаговое управление двумя обмотками
  
  Принцип такой же, как и в предыдущем случае, но теперь управление идет парой электромагнитов. Это обеспечивает максимальный крутящий момент мотора, но требует в два раза больше тока или напряжения (зависит от метода подключения катушек друг к другу).
• Полушаговое управление
  
  Данная логика включения катушек позволит увеличить число шагов, а, следовательно, и точность в 2 раза! Аналогично предыдущим пунктам, можно управлять одной катушкой или парой. Вся фишка в том, что в данном случае переход на следующую катушку происходит не при полном выключении предыдущей. То есть, при работе двух соседних катушек вал мотора встает в промежуточное состояние.
                         
• Сверхточное управление
  
  Наверное, у многих после предыдущего пункта появилась мысль: а что если мы будем подавать разную мощность на две соседние катушки, меняющуюся по определенному закону, и получим еще больше промежуточных шагов? Именно так и устроены современные двигатели в сверхточных ЧПУ и прочих подобных устройствах. Хитрое управление обмотками позволяет значительно повысить точность позиционирования подобных моторов. В таких случаях используют специальные драйверы для шаговых двигателей, позволяющих осуществлять подобный режим управления.

В качестве примера в данной статье рассмотрим подключения двух шаговых двигателей к плате Arduino. Для начала рассмотрим мотор 17hs4401, которой используется в 3D принтерах. Данная модель является биполярной, то есть у нас есть две пары обмоток от которых идет 4 кабеля.

Шаговый двигатель 17hs4401 обладает большим крутящим моментом и может питаться от сети 12 V. Чтобы не перегружать нашу плату управления большими мощностями, шаговик подключается к ней с помощью специального драйвера А4988, который способен работать в жестких условиях (до 35 V и 2 А).

Слабые управляющие сигналы с Arduino идут на драйвер, а тот уже взаимодействует с 17hs4401 с более мощными параметрами по току и напряжению. К ножкам A4988 VDD и GND подводится питание логического уровня (3 — 5,5 В), к VMOT и GND — питание двигателя (8 — 35 В). Стоит отметить, что в данной системе бывают скачки напряжения, которые могут привести к поломке оборудования. Поэтому (на 3D принтерах всегда) ставят большие конденсаторы (более 47 мкФ). Драйвер имеет болт, который регулирует силу тока. Работая на предельных значениях, вы рискуете сжечь его, особенно если не наклеен радиатор, идущий в комплекте с устройством.

Шаговик 17hs4401 за полный оборот совершает 200 шагов. Это весьма неплохо, но для лучшего позиционирования (крайне важно для ЧПУ) используют схему управления с микрошагами, которую мы изучили ранее. A4988 позволяет осуществлять такую процедуру с коэффициентами 1/2, 1/4, 1/8 и 1/16 шага (комбинируя управление через выходы MS1, MS2, и MS3). 

Пин STEP отвечает за микрошаг шаговика, DIRECTION — за направление вращения. Выводы STEP и DIRECTION не подтянуты к какому-либо конкретному внутреннему напряжению, поэтому их не стоит оставлять плавающими при создании приложений. Если требуется вращать двигатель в одном направлении,коннектим DIR с VCC или GND. Драйвер имеет три различных входа для управления состоянием питания: RESET, SLEEP и ENABLE. Вывод RESET плавает, если его не нужно использовать, то следует подключить его к SLEEP, чтобы подать на него высокий уровень и включить плату.

Теперь давайте перейдем непосредственно к подключению данного мотора к микрокомпьютеру. Соединяем контакты согласно указанной ниже схеме:

Обычно, такие моторы используются любителями при сборке 3d принтеров своими руками. Для этого используют Arduino MEGA и шилд ramps 1.4, о котором мы говорили в этой статье. Удобство использования данного комплекта состоит в том, что не нужно соединять кучу проводов — за вас уже все разведено. Таким образом, легко подключить сразу до 5 шаговиков!

Более простым и дешевым вариантом шагового мотора является модель 28byj-48. Его подключение немного запутанное, но несмотря на это он пользуется большой популярностью у любителей собирать роботов! Поэтому мы немного расскажем о том, как 28byj-48 подключить к Arduino. В первую очередь нам понадобиться драйвер ULN2003APG. Это очень дешевая железяка, встречается как готовая плата с разъемами, так и просто чип с голыми ножками. Сначала посмотрим, как подключать второй вариант.

На данной картинке покано подключение двух шаговых двигателей к плате Arduino Nano. C обратной стороны драйвера все ножки соединяем с цифровыми пинами, кроме крайней правой — ее ведем к GND. При программировании вам потребуется осуществить настройку моторов к пинам и в этом случае необходимо указать правильную последовательность: оранжевый, синий, желтый, розовый. Именно в таком порядке необходимо будет подавать управляющий сигнал с ножек микропроцессора. Как видно на рисунке, красный провод левого коннектора не попадает на ULN2003APG — его необходимо соединить с выходом 5V или VIN. 

Есть более простой способ подключения шаговика 28byj-48 через готовую плату с коннектором:

На всякий случай приведем распиновку драйвера:

На этом у нас все, если будут вопросы — всегда готовы ответить!

Российские шаговые двигатели – суслики, которых никто не видит, но они есть…

Добрый день, коллеги!

При обсуждении одной темы обнаружилось, что сообщество тудея даже не подозревает о существовании производства шаговых двигателей в РФ… А ведь оно есть!

Для начала – немного цифр. Рынок шаговых двигателей в 2020 году оценивается чуть более 2 миллиона штук, из них импортных – порядка 80…85%… с учетом двигателей с разборов и с хранения объем производства шаговых двигателей можно оценить в 200-300 тысяч штук. Достаточно сказать, что только экспорт отечественных шаговых двигателей составил 760 штук, в том числе в развитые страны – Францию и Германию.

Громадная цифра! И как можно такого слона не заменить? Очень просто – отечественные производители шаговых двигателей, за единственным исключением, это не слон, а куча сусликов, лениво-пугливо прячущихся в теплых норах оборонки, авионики, атомной промышленности, существующих в пределах объединенных корпораций и вертикально-интегрированных холдингов.

 Основной выпуск – весьма специфичные шаговики на 27В (бортовая сеть самолетов и вертолетов)… монстры мощностью до 5 кВт для интеллектуальных приводов… крупношаговые шаговики с 6; 12 или 24 шагами на оборот… что-то узкоспецифичное или узкоспециализированное.

Человеку с улицы не узнать ни номенклатуру выпускаемой продукции, ни заводов-изготовителей… Вы можете изучать сайты типа «сделано у нас», искать каталоги минпромторга, мониторить интернет – и все будет бестолку. И, даже, если вы заплатите 65 000 р за специализированное исследование рынка шаговых двигателей от авторитетной организации, рекламирующейся аж на РБК – вы получите кучу ненужной информации, но ноль информации по заводам-изготовителям, включая единственный завод, который «не шифруется» — он тоже оказывается в тени забвения для исследователей рынка.

Единственное место, где можно немного ознакомится с номенклатурой отечественных шаговиков – сайт Электропривода. С 2014 года на сайте представлены шаговые двигатели, которые могут представлять интерес для «широкой публики». Но будьте внимательны! Основное содержание сайта — шаговики от FULLING MOTOR. То, что имеет маркировку FL – импорт, то, что имеет в маркировке буквы «ШД» в различных вариантах – либо СССР (с развалов, разборов и складов хранения) либо современное производств РФ.

  Правда некоторые производители стали выплывать из тени, выставляя свои шаговики на различных выставках… Например, рекламка от Сарапульского электрогенераторного завода:

Рис 1. Рекламная листовка от одного из производителей шаговых двигателей в РФ…

Как я уже говорил – есть одно исключение – Kippribor – единственный производитель в РФ, выпускающий шаговики «общего назначения». Злые языки твердили, что у него – голимый Китай, но наступил «момент истины». В то время, как многие производители «отечественного» оборудования вынуждены рассылать заказчикам письма о снятии отдельных позиций с производства из-за санкций, Кипприбор рассылает письма, что он готов выпускать всю свою линейку в условиях любых санкций и ограничений, как бы намекая на полную локализацию производства в России.

Номенклатура и цены у него в открытом доступе:

Рис 2. Прайс-лист на шаговые двигатели от Кипприбор.

В общем – суслики есть, просто вы их не видите.

Теперь вернемся к вопросам 3D-печати, а точнее принтеростроения.

Возможно ли изготовление 3D-принтера организациями или ИП на отечественных шаговиках?

Да, безусловно. Есть один «продаван», который торгует широкой номенклатурой шаговиков различных производителей, в том числе и подходящих для приборостроения. Есть один производитель с широкой дилерской сетью, чьи шаговики сделаны в традиционном форм-факторе NEMA (от 17 до 34 типоразмера). Для организации купить их не проблема.

Возможно ли изготовление 3D-принтера любителями на отечественных шаговиках?

Глубоко сомневаюсь. На сайте электропривода нет никаких намеков на розничные продажи частным лицам. Если кто не согласен – пусть предоставит пруфы в виде конкретной покупки на небольшую сумму в розницу частному лицу (не ИП).

Кипприбор давно сам ничем не торгует, а продает через дилеров. В основном – через дилерскую сеть ОВЕН. Большинство дилеров жутко не любят не то, что розничные продажи, но даже мелкие поставки организациям и ИП – выхлопа мало, затрат много… Хотя… если пробежаться по всем дилерам – возможно, кто-то и торгует в розницу частным лицам.

Имеет ли смысл изготовление 3D-принетра на отечественных шаговиках?

Что касается политического/маркетингового/рекламного смысла – я не разбираюсь, ничего сказать не могу  – китайские шаговики и доступнее и дешевле… но! Пиар, реклама, импортозамещение, качество изготовления, гарантийные обязательства, обратная связь с производителем…

Знаменитый «пурелоджик» в лице ООО «Станкопром» вполне успешно торгует своими шаговиками, которые дороже ноунейм Китая, и ничего… Собственный бренд, собственная гарантия, производство в Китае вполне оказываются востребованными на нашем рынке.

На этом пока все!

Удачных покупок.

И помните – если вы не видите суслика, это не значит, что его нет!

PS. Еще раз хочу напомнить – Электропривод – продаван, а не производитель. Основная линейка на сайте – Китай, а не РФ.

Пурелоджик в лице ООО «Станкопром» (г.Воронеж) себя позиционирует как импортер шаговиков из Китая, не смотря на собственный бренд и маркировку.

Кипприбор является производителем шаговых двигателей.

Шаговый двигатель

Определение и значение — Merriam-Webster

шаг · за

ˈste-pər 

: тот (например, быстрая лошадь или танцор), который шагает

Примеры предложений

Недавние примеры в Интернете

Наступить на чьи-то ботинки — значит вторгнуться в их пространство, их свободу, их самоощущение, и это опасно для степпера .

— Солт-Лейк-Трибьюн , 8 декабря 2022 г.

Универсальный тренажер Bowflex Max Trainer M9представляет собой как эллипсоид, так и шаговый двигатель в одном компактном корпусе.

— Майк Ричард, Men’s Health , 30 ноября 2022 г.

Эта универсальная модель 3-в-1 от NordicTrack гарантирует персонализированную и плавную тренировку в качестве эллиптического тренажера, беговой дорожки и степпера .

— Майк Ричард, Men’s Health , 30 ноября 2022 г.

Up Challenge, фитнес-соревнование, спонсируемое Health Action Council, на пути к тому, чтобы войти в топ- степпер из более чем 500 участников.

— Кливленд , 23 ноября 2022 г.

Или его степпер Matrix , беговая дорожка и велотренажер для кардио.

— Кэти Дюпер, Men’s Health , 7 июля 2022 г.

Последней компанией Texas two- stepper является компания Johnson & Johnson, которая использовала этот маневр, чтобы частично защитить себя от претензий, связанных с детской присыпкой из талька.

— Nr Editors, National Review , 3 марта 2022 г.

Эллиптический тренажер — это кросс-тренажер, который имитирует движение лестницы — степпера , беговой дорожки и велотренажера.

— Бре Ричи, chicagotribune.com , 28 марта 2021 г.

Три фиксирующих шага по высоте превращают степпер в устойчивую платформу для подъема.

— Крис Хэчи, 9 лет0011 BGR Canada , 10 февраля 2021 г.

Узнать больше

Эти примеры предложений автоматически выбираются из различных онлайн-источников новостей, чтобы отразить текущее использование слова «степпер». Мнения, выраженные в примерах, не отражают точку зрения Merriam-Webster или ее редакторов. Отправьте нам отзыв.

История слов

Первое известное использование

1835, в значении, определенном выше

Путешественник во времени

Первое известное использование шагового двигателя было
в 1835 г.

Посмотреть другие слова того же года

Словарные статьи рядом с

stepper

степь

степпер

шаговый двигатель

Посмотреть другие записи поблизости

Процитировать эту запись
«Степпер».

Словарь Merriam-Webster. com , Merriam-Webster, https://www.merriam-webster.com/dictionary/stepper. По состоянию на 31 декабря 2022 г.

Ссылка на копию

Последнее обновление:
18 декабря 2022 г.
— Обновлены примеры предложений

Подпишитесь на крупнейший словарь Америки и получите тысячи дополнительных определений и расширенный поиск без рекламы!

Merriam-Webster без сокращений

ретроспективный

См. Определения и примеры »

Получайте ежедневно по электронной почте Слово дня!

Слова, названные в честь людей

• Тёзка купальника Жюль Леотар какую профессию имел?

• Акробат
  Судить
• Хирург
  Пожарный

Вы знаете, как это выглядит… но как это называется?

ПРОЙДИТЕ ТЕСТ

Сможете ли вы составить 12 слов из 7 букв?

ИГРАТЬ

Группы степперов | Meetup

Крупнейшие группы Steppers

• 1

  Степперы Орландо — Soul Line Dance и Chicago Steppin

  2,064 Степперы Орландо и Line Dancers | Орландо, США

  Orlando Steppers Connection

  Организован Orlando Steppers Connection

  Orlando Steppers Connection

  Организован Orlando Steppers Connection

• 2

  Встреча степперов в столице

  1,673 степперов | Raleigh, USA

  Sharvin Whitted

  Организатор Sharvin Whitted

  Sharvin Whitted

  Организатор Sharvin Whitted

• 3

  Seasoned4s

  Seasoned4s

  Seasoned4s

  Новый Орлеан, США. 0134

  644 Шаговые двигатели | Raleigh, USA

  Annette

  Организовано Annette

  Annette

  Организовано Annette

• 5

  Chicago Stepping и Detroit Ballroom Hampton Roads, VA

  630 Steppers/Detroit Ballrydancers | VA

  630 Steppers/Detroit Ballrooms | Вирджиния-Бич, США

  Уэс

  Организатор Уэс

  Уэс

  Организатор Уэс

• 6

  Аутентичные степперы Коннектикута и Бруклина

  257 Чикагские степперы | Стэмфорд, США

  Мишель Грин

  Организатор Мишель Грин

  Мишель Грин

  Организатор Мишель Грин

• 7

  Чикагский степпинг-класс

  700 Участников | Пеннсаукен, США

  Ким Картер

  Организатор Ким Картер

  Ким Картер

  Организатор Ким Картер

• 8

  Сакраменто Чикаго Stepping Meetup Group

  26 членов | Сакраменто, США

  Роджер Уоррик-младший

  Организатор: Роджер Уоррик-младший

  Роджер Уоррик-младший

  Организатор: Роджер Уоррик-младший

• 9

  Chicago Step3pin Class 90 Фейетвилл, США

  Бернадетт «Берни» Р.