Nema 17 для системы контроля протечек. Чем отличаются типы шаговых двигателей Nema

Компания SteepLine занимается производством станков с числовым программным управлением (ЧПУ). В нашем производстве применяются шаговые двигатели стандарта Nema. Дискретное вращение вала с фиксированным углом поворота позволяет добиться максимально точного шага перемещения каретки с закреплённым инструментом. Мощность двигателя зависит от размеров корпуса и соединительного фланца.

Моторы для станков ЧПУ от SteepLine

Фрезерные (или фрезерно-гравировальные) станки широко применяются в обработке самых разнообразных материалов: древесины, металлов, камня, пластика. В производстве фрезерных станков с ЧПУ компания SteepLine применяет только качественные элементы, благодаря чему изделия отличаются надёжностью и долговечностью. В то же время использование современных разработок позволяет создавать станки, способные на тончайшие и точнейшие манипуляции.

На сайте сайт вы можете выбрать и купить шаговый двигатель для станков ЧПУ формата Nema 17, а также любые другие комплектующие для станков. Также по заказу мы можем собрать станок под индивидуальные потребности клиента. Оплата производится банковским переводом, картой либо наличными деньгами. Доставка осуществляется транспортными компаниями, но возможен и самовывоз: Россия, Ростовская область, г. Каменск-Шахтинский, пер. Полевой 43.

Биполярный шаговый двигатель с фланцем 42 мм(стандарт NEMA17). Маломощные двигатели NEMA17 подходят для использования с системах с числовым программным управлением, где нет нагрузки на перещаемый узел - в сканерах, выжигателях, 3D-принтерах, установщиках компонентов и т.п.

(Общие технические параметры) шаговый двигатель 42HS4813D5

  • Технические характеристики
  • Модель:_______________________________________________ 42HS4813D5
  • Фланец:____________________________________ 42 мм (стандарт NEMA 17)
  • Размеры мотора:________________________________________ 42х42х48 мм
  • Размеры вала:______________________________________________ 28х5 мм
  • Вес:________________________________________________________ 0.35 кг
  • Ток: __________________________________________________________1.3 А
  • Сопротивление фазы: _________________________________________1.5 Ом
  • Индуктивность обмотки:_______________________________________ 2.8 мГн
  • Крутящий момент: ___________________________________________5.2 Н/см
  • Момент удержания:__________________________________________ 2.8 Н/см
  • Инерция ротора:_____________________________________________ 54 г/см2
  • Рабочие температуры:________________________________ от -20°С до +85°С
  • Шаг:___________________________________________________________1.8°
  • Полный оборот:______________________________ выполняется за 200 шагов
  • Разъём:___________________4 PIN, длина провода 70 см, съёмный коннектор

Оплата

Вы можете выбрать любой удобный для Вас способ оплаты: банковский перевод, оплата банковской картой или наличные деньги в офисе компании.

Доставка по России

Доставка товара осуществляется ТК: СДЭК, Деловые линии, ПЭК, КиТ, ЖелДорЭкспедиция.) - см. доставка

Доставка и отгрузка товара осуществляется транспортными компаниями, после оплаты заказа. Стоимость доставки будет рассчитана менеджером после оплаты заказа. Доставка оплачивается полностью заказчиком при получении груза.

Самовывоз

Вы можете самостоятельно забрать Ваш заказ на складе по адресу Россия, Ростовская область, г. Каменск-Шахтинский, пер. Полевой 43 (координаты для навигатора 48.292474, 40.275522). Для крупногабаритных заказов воспользуйтесь транспортным средством.

Шаговые двигатели используются при изготовлении оборудования и станков с ЧПУ. Они не дорогостоящие и очень надежные, чем и заслужили такую популярность.

Отличия между типами двигателей Nema

В зависимости от размера сечения шаговые двигатели классифицируют на Nema 17, Nema 23, Nema 34 и т. д. Величина сечения определяется умножением цифры (17, 23, 34 и т. д.) на 0,1 дюйма. Сечение указывается в мм (для Nema 17 - 42 мм, для Nema 23 - 57 мм, для Nema 34 - 86 мм и т. д.).

Другим отличием является длина двигателя. По этому параметру наиболее применим в станках, это самый оптимальный вариант по мощности и стоимости.

Шаговые двигатели отличаются и по мощности, основной показатель - момент силы. От него зависит, в станках с какими габаритами будет применяться двигатель. Шаговые двигатели Nema 23 способны создавать момент до 30 кг*см, Nema 34 - до 120 кг*см и до 210кгс*см для шаговых двигателей с сечением 110 мм.

Взаимодействие шагового двигателя и шпинделя

Механизмы радиальной подачи инструмента и вращения, которые имеет , содержат шаговые двигатели. Механизм же осевого перемещения содержит еще один двигатель. Они должны строго взаимодействовать друг с другом и обеспечивать равномерность вращения шпинделя.

Управление шаговым двигателем с помощью платы Arduino.

В данной статье мы продолжаем разбираться с темой шаговых двигателей. В прошлый раз мы подключили к плате Arduino NANO небольшой моторчик 28BYJ-48 (5V). Сегодня мы будем делать то же самое, но с другим мотором - NEMA 17, серии 17HS4402 и другим драйвером - A4988.

Шаговый мотор NEMA 17 - это биполярный двигатель с высоким крутящим моментом. Может поворачиваться на заданное число шагов. За один шаг совершает оборот на 1,8°, соответственно полный оборот на 360° осуществляет за 200 шагов.
Биполярный двигатель имеет две обмотки, по одной в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля переполюсовывается драйвером. Соответственно, от мотора отходят четыре провода.

Такой мотор широко применяется в станках ЧПУ, 3D принтерах, сканерах и т. д.
Управляться он будет с помощью платы Arduino NANO.

Эта плата способна выдавать напряжение 5V, тогда как мотор работает от большего напряжения. Мы выбрали блок питания 12V. Так что нам понадобится дополнительный модуль - драйвер, способный управлять более высоким напряжением через маломощные импульсы Arduino. Для этого отлично подходит драйвер А4988.

Драйвер шагового двигателя А4988.

Плата создана на базе микросхемы A4988 компании Allegro - драйвера биполярного шагового двигателя. Особенностями A4988 являются регулируемый ток, защита от перегрузки и перегрева, драйвер также имеет пять вариантов микрошага (вплоть до 1/16-шага). Он работает от напряжения 8 - 35 В и может обеспечить ток до 1 А на фазу без радиатора и дополнительного охлаждения (дополнительное охлаждение необходимо при подаче тока в 2 A на каждую обмотку).

Характеристики:

Модель: A4988;
напряжения питания: от 8 до 35 В;
возможность установки шага: от 1 до 1/16 от максимального шага;
напряжение логики: 3-5.5 В;
защита от перегрева;
максимальный ток на фазу: 1 А без радиатора, 2 А с радиатором;
расстояние между рядами ножек: 12 мм;
размер платы: 20 х 15 мм;
габариты драйвера: 20 х 15 х 10 мм;
габариты радиатора: 9 х 5 х 9 мм;
вес с радиатором: 3 г;
без радиатора: 2 г.

Для работы с драйвером необходимо питание логического уровня (3 - 5,5 В), подаваемое на выводы VDD и GND, а также питание двигателя (8 - 35 В) на выводы VMOT и GND. Плата очень уязвима для скачков напряжения, особенно если питающие провода длиннее нескольких сантиметров. Если эти скачки превысят максимально допустимое значение (35 В для A4988) ,то плата может сгореть. Одним из способов защиты платы от подобных скачков является установка большого (не меньше 47 мкФ) электролитического конденсатора между выводом питания (VMOT) и землёй близко к плате.
Соединение или разъединение шагового двигателя при включённом драйвере может привести к поломке двигателя!
Выбранный мотор совершает 200 шагов за полный оборот на 360°, что соответствует 1,8° на шаг. Микрошаговый драйвер, такой как A4988 позволяет увеличить разрешение за счёт возможности управления промежуточными шагами. Например, управление мотором в режиме четверти шага даст двигателю с величиной 200-шагов-за-оборот уже 800 микрошагов при использовании разных уровней тока.
Разрешение (размер шага) задаётся комбинациями переключателей на входах (MS1, MS2, и MS3).

MS1 MS2 MS3 Разрешение микрошага
Низкий Низкий Низкий Полный шаг
Высокий Низкий Низкий 1/2 шага
Низкий Высокий Низкий 1/4 шага
Высокий Высокий Низкий 1/8 шага
Высокий Высокий Высокий 1/16 шага

Каждый импульс на входе STEP соответствует одному микрошагу двигателя, направление вращения которого зависит от сигнала на выводе DIRECTION. Выводы STEP и DIRECTION не подтянуты к какому-либо конкретному внутреннему напряжению, поэтому их не стоит оставлять плавающими при создании приложений. Если вы просто хотите вращать двигатель в одном направлении, можно соединить DIR непосредственно с VCC или GND. Чип 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 соседнему контакту SLEEP на печатной плате, чтобы подать на него высокий уровень и включить плату.

Схема соединения.

Мы использовали вот такой блок питания (12V).

Для удобства подключения к плате Arduino UNO, мы использовали собственноручно сделанную деталь. Пластиковый корпус напечатан на 3D принтере, к нему приклеены контакты.

Также, использовали такой набор проводов, у части из них с одного конца контакт, с другого штырёк, у других контакты с обоих сторон.

Соединяем всё согласно схеме.

Потом открываем среду разработки программ для Arduino и пишем программу, вращающую мотор сначала в одну сторону на 360°, потом в другую.

/*Программа для вращения шагового мотора NEMA 17, серии 17HS4402 + драйвер A4988. Сначала мотор совершает полный оборот в одну сторону, потом в другую*/

const int pinStep = 5;


const int pinDir = 4;


const int move_delay = 3;

//шагов на полный оборот


void setup()
{

pinMode(pinStep, OUTPUT);
pinMode(pinDir, OUTPUT);


digitalWrite(pinDir, LOW);
}


void loop()
{

digitalWrite(pinDir, HIGH);

for(int i = 0; i < steps_rotate_360; i++)
{
digitalWrite(pinStep, HIGH);
delay(move_delay);
digitalWrite(pinStep, LOW);
delay(move_delay);
}

delay(move_delay*10);


digitalWrite(pinDir, LOW);

for(int i = 0; i < steps_rotate_360; i++)
{
digitalWrite(pinStep, HIGH);
delay(move_delay);
digitalWrite(pinStep, LOW);
delay(move_delay);
}

delay(move_delay*10);
}

Если мы хотим, чтобы мотор просто постоянно вращался в ту или иную сторону, то можно подключить контакт драйвера DIRECTION к земле (вращение по часовой стрелке) или питанию (против часовой) и залить в Arduino такую простенькую программу:

/*Программа для вращения шагового мотора NEMA 17, серии 17HS4402 + драйвер A4988. Программа приводит мотор в движение.
По-умолчанию вращение происходит по часовой стрелке, так как на контакт DIRECTION драйвера подключён к земле. Если его подключить к питанию 5V, то
мотор вращается против часовой стрелки*/
/*целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Step на драйвер. Каждый импульс от этого контакта - это перемещение мотора на один шаг*/
const int pinStep = 5;

//временная задержка между шагами мотора в мс
const int move_delay = 3;

/*Функция, в которой происходит инициализация всех переменных программы*/
void setup()
{
/*задаём контакту Step режим вывода, то есть он выдают напряжение*/
pinMode(pinStep, OUTPUT);
//устанавливаем начальный режим
digitalWrite(pinStep, LOW);
}

/*Функция-цикл в которой задаётся поведение программы*/
void loop()
{
/*через заданную задержку происходит перемещение мотора на один шаг*/
digitalWrite(pinStep, HIGH);
delay(move_delay);
digitalWrite(pinStep, LOW);
delay(move_delay);
}

Всё это мы рассматривали шаговый режим мотора, то есть 200 шагов за полный оборот. Но, как уже было описано, мотор может работать, в 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 шаговых режимах, в зависимости от того, какая комбинация сигналов подаётся на контакты драйвера MS1, MS2, MS3.
Давайте с этим потренируемся, подключим эти три контакта к плате Arduino, согласно схеме, и зальём код программы.

Код программы, которая демонстрирует все пять режимов работы мотора, вращая мотор в одну и другую сторону на 200 шагов в каждом из этих режимов.

/*Программа для вращения шагового мотора NEMA 17, серии 17HS4402 + драйвер A4988. В программе попеременно сменяются режимы шага: полношаговый, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 шага, при каждом из них мотор совершает оборот на 200 шагов в одну сторону, потом в другую*/
/*целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Step на драйвер. Каждый импульс от этого контакта - это перемещение мотора на один шаг*/
const int pinStep = 5;

/*целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Direction на драйвер. Наличие импульса - мотор вращается в одну сторону, отсутствие - в другую*/
const int pinDir = 4;

//временная задержка между шагами мотора в мс
const int move_delay = 3;

//шагов на полный оборот
const int steps_rotate_360 = 200;


bool StepMode = {
{ 0, 0, 0},
{ 1, 0, 0},
{ 0, 1, 0},
{ 1, 1, 0},
{ 1, 1, 1} };

//размер массива StepMode
const int StepModeSize = 5;

/*Функция, в которой происходит инициализация всех переменных программы*/
void setup()
{
/*задаём контактам Step и Direction режим вывода, то есть они выдают напряжение*/
pinMode(pinStep, OUTPUT);
pinMode(pinDir, OUTPUT);

for(int i = 0; i < StepModePinsCount; i++)
{

}

//устанавливаем начальный режим
digitalWrite(pinStep, HIGH);
digitalWrite(pinDir, LOW);
}

/*Функция-цикл в которой задаётся поведение программы*/
void loop()
{
for(int i = 0; i < StepModeSize; i++)
{
for(int j = 0; j < StepModePinsCount; j++)
{
digitalWrite(StepModePins[j], StepMode[i][j] == 1 ? HIGH: LOW);
}

//вращаем мотор в одну сторону, затем в другую
MakeRoundRotation();
}
}

/*функция, в которой мотор совершает 200 шагов в одном направлении, затем 200 в обратном*/
void MakeRoundRotation()
{
//устанавливаем направление вращения
digitalWrite(pinDir, HIGH);

for(int i = 0; i < steps_rotate_360; i++)
{
digitalWrite(pinStep, HIGH);
delay(move_delay);
digitalWrite(pinStep, LOW);
delay(move_delay);
}

delay(move_delay*10);

//устанавливаем направление вращения обратное
digitalWrite(pinDir, LOW);

for(int i = 0; i < steps_rotate_360; i++)
{
digitalWrite(pinStep, HIGH);
delay(move_delay);
digitalWrite(pinStep, LOW);
delay(move_delay);
}

delay(move_delay*10);
}

Ну, и последнее, что нам осталось добавить в схему, так это внешнее управление. Как и в предыдущей статье добавим кнопку, задающую направление вращения и переменный резистор (потенциометр), который будет менять скорость вращения. Скоростей же у нас будет только 5, по количеству возможных режимов шага для мотора.

Дополняем схему новыми элементами.

Для подключения кнопок воспользуемся такими проводочками.

Код программы.

/*Программа для вращения шагового мотора NEMA 17, серии 17HS4402 + драйвер A4988. В схему включены кнопка с 3мя положениями (I, II, среднее - выключено) и потенциометр. Кнопка регулирует направление вращения мотора, а данные с потенциометра показывают какой из пяти режимов шага мотора включить (полношаговый, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 шага)*/
/*целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Step на драйвер. Каждый импульс от этого контакта - это перемещение мотора на один шаг*/
const int pinStep = 5;

/*целочисленная константа, хранящая номер цифрового контакта Arduino, который подаёт сигнал Direction на драйвер. Наличие импульса - мотор вращается в одну сторону, отсутствие - в другую*/
const int pinDir = 4;

/*Контакты от двух положений кнопки - цифровые*/
const int ButtonOn1 = 9;
const int ButtonOn2 = 10;

/*Контакт регистрирующий значение потенциометра - аналоговый*/
const int PotenciomData = 1;

//временная задержка между шагами мотора в мс
const int move_delay = 3;

/*целочисленная константа, показывающая временную задержку между считыванием состояния кнопки и потенциометра*/
const int CheckButtonDelay = 15;

/*Целочисленная переменная показывающая, сколько прошло времени и не пора ли считывать состояние кнопки*/
int CurrentButtonDelay = 0;

/*контакты на драйвере, задающие режим шага мотора - MS1, MS2, MS3*/
int StepModePins = {8, 7, 6};

//размер массива StepModePins
const int StepModePinsCount = 3;

//состояние кнопки включено-выключено
int ButtonState = 0;

//направление вращения согласно кнопке I - 1, II - 0
int ButtonDirection = 0;

/*Массив, хранящий состояния контактов MS1, MS2, MS3 драйвера, при которых задаются разные режимы вращения: полношаговый, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16я шага*/
bool StepMode = {
{ 0, 0, 0},
{ 1, 0, 0},
{ 0, 1, 0},
{ 1, 1, 0},
{ 1, 1, 1} };

//размер массива StepMode
const int StepModeSize = 5;

//текущий индекс массива StepMode
int StepModeIndex = 0;

/*Функция, в которой происходит инициализация всех переменных программы*/
void setup()
{
/*задаём контактам Step и Direction режим вывода, то есть они выдают напряжение*/
pinMode(pinStep, OUTPUT);
pinMode(pinDir, OUTPUT);

for(int i = 0; i < StepModePinsCount; i++)
{
pinMode(StepModePins[i], OUTPUT);
}

/*контакты от кнопки и потенциометра устанавливаем в режим входных*/
pinMode(ButtonOn1, INPUT);
pinMode(ButtonOn2, INPUT);
pinMode(PotenciomData, INPUT);

//устанавливаем начальный режим
digitalWrite(pinStep, LOW);
digitalWrite(pinDir, LOW);
}

/*Функция-цикл в которой задаётся поведение программы*/
void loop()
{
if(CurrentButtonDelay >= CheckButtonDelay)
{
CheckButtonState();
CurrentButtonDelay = 0;
}

if(ButtonState == 1)
{
MakeMotorStep();
}

delay(move_delay);
CurrentButtonDelay += move_delay;
}

//функция, в которой совершается один шаг мотора
void MakeMotorStep()
{
digitalWrite(pinStep, HIGH);
digitalWrite(pinStep, LOW);
}

/*функция, в которой проверяется текущее состояние кнопки и потенциометра*/
void CheckButtonState()
{
int CurrentButtonState = 0, CurrentButtonDirection = 0, CurrentStepModeIndex = 0;

bool readbuttonparam = digitalRead(ButtonOn1);

if(readbuttonparam)
{
CurrentButtonState = 1;
CurrentButtonDirection = 1;
}

readbuttonparam = digitalRead(ButtonOn2);

if(readbuttonparam)
{
CurrentButtonState = 1;
CurrentButtonDirection = 0;
}

if(ButtonState != CurrentButtonState)
{
ButtonState = CurrentButtonState;
}

if(ButtonDirection != CurrentButtonDirection)
{
ButtonDirection = CurrentButtonDirection;
digitalWrite(pinDir, ButtonDirection);
}

CurrentStepModeIndex = map(analogRead(PotenciomData), 0, 1023, 0, StepModeSize-1);
if(StepModeIndex != CurrentStepModeIndex)
{
StepModeIndex = CurrentStepModeIndex;
for(int i = 0; i < StepModePinsCount; i++)
{
digitalWrite(StepModePins[i], StepMode[i]);
}
}
}

Униполярный двухфазный шаговый двигатель (stepper motor) - привод, который способен поворачиваться на заданное количество шагов. Один полный оборот разбит на 200 шагов. Таким образом, вы можете заставить повернуться вал мотор на произвольный угол, кратный 1,8°.

Двигатель имеет стандартный в промышленности размер фланца 42 мм, известный как типоразмер Nema 17. Такие двигатели часто используются для создания координатных станков с ЧПУ, 3D-принтеров и других механизмов, где необходимо точное позиционирование.

Выводы мотора - 6 проводов со свободными концами, где каждая тройка подведена к концам и центру обмотки, отвечающей за свою фазу. Таким образом вы можете подключить двигатель как в униполярном, так и в биполярном режиме. Для управления мотором с помощью микроконтроллера понадобится драйвер-посредник такой как драйвер шагового двигателя (Troyka-модуль) , сборка Дарлингтона ULN2003 или H-мост L293D . Для контроля с помощью Arduino также подойдёт плата расширения Motor Shield .

Подробнее о подключении шаговых моторов к Arduino вы можете прочитать в статье на официальной вики.

Для крепления колёс, шкивов и других элементов на валу мотора удобно использовать специальную втулку-переходник .

Рекомендованное напряжение питания мотора - 12 В. При этом ток через обмотки составит 400 мА. Если в вашем устройстве сложно получить указанный режим питания, вы можете вращать мотор и с помощью меньшего напряжения. В этом случае соответственно снизится потребляемый ток и крутящий момент.

Характеристики

  • Шаг: 1,8°±5% (200 на оборот)
  • Номинальное напряжение питания: 12 В
  • Номинальный ток фазы: 400 мА
  • Крутящий момент (holding torque): не менее 3,17 кг×см
  • Крутящий момент покоя (detent torque): 0,2 кг×см
  • Максимальная скорость старта: 2500 шагов/сек
  • Диаметр вала: 5 мм
  • Длина вала: 24 мм
  • Габариты корпуса: 42×42×48 мм (Nema 17)
  • Вес: 350 г