Разработка электропривода "нестандартного" ШД-5 (шаговый)

lbvfy523

Здравствуйте уважаемые Коты и Кошечки.
Извините глупого Щенка за то, что осмелился попросить Вас "поймать мне мышку".
Чтобы не тратить ваше драгоценное время, просто скажу: интернет рыл, форумы просматривал, с самим господином Беликовым О.В. (Институт Ядерной Физики г. Новосибирск) разработавшим привод шагового двигателя ШД-5Д1МУЗ общался.... а "мышеловка" только в принципиальной схеме. Вот она:

схема.jpg: (105.26 КБ) 1233 скачивания

Как я уже говорил, я Щенок и мои лапы не "заточены" под паяльник, уж извините - таким мама родила. Но не смотря на это - буду повторять (просто выхода другого у меня нет!). Технологию ЛУТ изучил (даже пробовал!- вроде получилось), про хлорное железо знаю (то-же попробовал), с ЯВНО обозначенными компонентами (такими как микросхемы, транзисторы) -разобрался и даже "скачал" data-шиты на них.
А теперь просьба (можете сразу кинуть в меня тапком за наглость).
Помогите выбрать (подобрать) подходящие конденсаторы и резисторы с этой схемы (с номиналами я разобрался, но из за отсутствия практики и очень большого количества "мышей" выпускаемых разными производителями да и ещё и в различных исполнениях и при этом с одинаковыми номиналами - я совсем запутался!)
P.S. Для разводки топологии печатной платы (во какие слова из Вашего языка пришлось выучить

) - изучаю прогу TopoR ну и за одно DeltaDesign Trial 2.0, авось когда и пригодится.
Всё, за сим Вам и тапки в лапы! Дмитрий, Хакасия.

Реклама

mickbell

Вы морально готовы паять SMD (паяемые на поверхность) компоненты? Тогда предлагаю остановиться именно на них. Кто не пробовал, обычно опасается иметь дело с SMD-компонентами, хотя на самом деле их монтировать даже легче, чем выводные. Резисторы размера 0805, кроме токоизмерительных шунтов, которые размером 2512. Конденсаторы - тоже SMD 0805 или 1206, керамика, диэлектрик NP0 для малых емкостей и X5R для больших (0.1 мкФ). Напряжение - соответственно тому, что на схеме, 100 В для "силовой" части и 25 В для остальных. А вообще схема довольно странная, как будто её автор издевался над тем, кто её будет разбирать. Но это - только моё личное впечатление. По номиналам (странно обозначенным) нет вопросов?

Реклама

vlasovzloy

А как себя поведет драйвер верхнего ключа у ir2113 без доп питания при большой длительности сигнала на входе?

lbvfy523

mickbell писал(а): По номиналам (странно обозначенным) нет вопросов?

Вы уж меня простите, но для меня (во всяком случае пока) вся эта схема - просто буквы и значки (пока разбираюсь, прогресс есть). Единственное "странное обозначение" которое я выявил, это обозначение микросхемы обозначенной на схеме как 1401СА3. При поиске информации по ней выяснилось, что такой МС не существует, есть К1401СА3 (сделал вывод что автор просто опечатался). Ещё было выявлено странное обозначение диода Шотки 50QS100 (элемент VD10 ) - тоже опечатался? (есть диод Шотки 50SQ100).

Уважаемые Коты, буду Вам признателен если Вы меня "ткнёте носом" в странно обозначенные номиналы и компоненты (просто перечислите их), этим вы направите меня на "правильное" направление поиска.

Если есть интерес (необходимость), могу выложить имеющуюся у меня информацию по этому приводу (есть даже фото этого привода), но она не полная.

Реклама

mickbell

Злой, да, с указанным номиналом C24 максимальная длительность импульса может быть где-то сотни микросекуд. Если увеличить номинал раз этак в сто или тыщщщщу, то можно добиться достаточной длительности, но всё равно минимальная частота будет ограничена. Затормозить вал двигателя не получится.
ТС, микросхемы с буквой К - ширпотребный вариант таковых без буквы, так что это не очепятка. Другое дело, что нынче хрен найдёшь советские микросхемы, проще туда постваить любую подходящую буржуйскую. Конкретных типов не называю, ибо не знаю, где вы будете закупаться. О номиналах. Скажем конденсатор 104 - это сокращённое обозначение номинала 0.1 мкФ: 10 - значащие цифры, 4 - количество нулей после них (в пикофарадах). На схемах такое обозначение не принято. По конкретным типам - или назывете место добычи компонентов, или смотрим на номенклатуру чипа-и-дипа.

PS. Теперь уже у меня дурацкий вопрос. Может быть, я ни хрена не понимаю, но нахрена здесь косой полумост? Одного нижнего ключа разве недостаточно? Понятно, что косой полумост умеет рекуперировать энергию из катушки в источник, но если для этого нужен верхний ключ с проблемой запитать его драйвер... то, может быть, рекуперация не стоит того гемора?

PPS. Сзему критиковать буду потом, когда доберусь до копа. С планшетки неудобно.

Реклама

lbvfy523

Уважаемые форумчане, я пока вообще не понимаю о чём Вы говорите (косой полумост, верхний ключ и т.д.).
Дело в том, что в настоящее время очень много различных драйверов и шаговых двигателей на постоянных магнитах. НО их основной недостаток - ограниченная частота оборотов (с гарантией отработки шага) и сильное падение крутящего момента с ростом оборотов.
Поэтому эти ШД раскручивают до 1500 об. это их предел, далее уже необходимо ставить обратную связь или переходить на так называемые "сервы", а это уже совсем другие "бабки" и танцы с бубном.
Я надеюсь, что понятие шагового двигателя Вам известно. Они (ШД) отличаются от простых двигателей тем, что управляются "Импульсами", один импульс поворачивает ротор на определённый угол.
Принцип управления ШД-5 такой-же, НО так как у него нет постоянных магнитов, управление делится на 2 режима:
1. Импульсный - на обмотки поступают управляющие импульсы "Шаг +" и "Шаг -". Двигатель совершает вращательное движение.
2. Режим удержания - в этом режиме на соответствующие обмотки поступает пониженное питание и ротор занимает и удерживает соответствующее положение.
вот описание разработанного в 2002 г. электропривода, Беликовым О.В.

электропривод ЭШД-5.pdf: (365.79 КБ) 734 скачивания

ЭШД-5 модернизация привода сверлильного станка.pdf: (928.79 КБ) 712 скачиваний

диплом ШД-5Д1МУ3.pdf: (430.69 КБ) 1362 скачивания

Схема взята отсюда

Реклама

mickbell

lbvfy523 писал(а):Уважаемые форумчане, я пока вообще не понимаю о чём Вы говорите (косой полумост, верхний ключ и т.д.).

Ничего страшного, со временем поймёте. Мне (и явно не только мне) эта схема представляется недоработанной, так что прежде чем давать по ней какие-то рекомендации, хочется обсудить её, выявить возможные косяки с тем, чтобы потом у вас же было меньше проблем с её наладкой.
Теперь о непонятностях. На силовой части схемы есть два мощных полевых транзистора (MOSFET), коммутирующих обмотку ШД, это и есть ключи (они работают в ключевом режиме: включён или выключен, то есть поводит ток или нет). Один из них, верхний, на схеме обозначенный VT1, имеет особенность: его исток имеет плавающий потенциал относительно общего провода. Поскольку управляющее напряжение на затвор подаётся относительно истока, то получается, что его драйвер (усилитель, который формирует импульсы, открывающие верхний ключ) должен сам иметь плавающий потенциал. Он такой и есть, но существует проблема его питания - оно так же должно плавать относительно общего провода, как и исток. Для этого предназначен конденсатор C24, который заряжается от источника питания 15 В при низком выходном напряжении, а при высоком питает драйвер накопленным в себе зарядом. Проблема в том, что ёмкость его небольшая, предназначенная для недолгой работы при формировании высокочастотных импульсов. Здесь история другая: ШД может вращаться медленно, при этом импульсы, подаваемые на его обмотки, могут быть настолько длинными, что конденсатор просто не сможет обеспечить питанием драйвер, и импульс прекратится раньше времени. Мало того, прекратится он не сразу, а будет снижать амплитуду постепенно; так же не сразу, а постепенно будет закрываться верхний ключ и при этом окажется в "полуоткрытом" состоянии. А это уже опасно для него: мощность есть поизведение напряжения на ток, и когда и ток через него есть, и напряжение на нём, то он перегреется и умрёт.

Serj66610

lbvfy523 писал(а):Поэтому эти ШД раскручивают до 1500 об. это их предел

Это не их предел...это предел параметров коммутирующих элементов электроники.....так как даже если в вашем ШД окажется всего-лишь 20 полюсов то на 1500об/мин(или 30 Гц) меобходимая частота коммутации составит 600Гц...вот и попробуйте коммутировать 6-12 ключей с дед-таймами с такой частотой и с таким напряжением.

Шаговые двигатели изначально разрабатывались под прецизионное оборудование,требующее высокого крутящего момента на валу+фиксация угла поворота("магнитное залипание")...то,что из стали сунуть куда не попадя,от самокатов до электромобилей-вина полностью

Спойлер

в кривых руках папы Карло,который выстругал Буратино длинный нос,вместо длиной пиписки и Мальвина отдалась Пьеро....я это к тому,что миром могли-бы править подполковники Деревянко,а правят-угрюмые комики в робище в черно-белую полоску.

lbvfy523

mickbell писал(а): Здесь история другая: ШД может вращаться медленно, при этом импульсы, подаваемые на его обмотки, могут быть настолько длинными, что конденсатор просто не сможет обеспечить питанием драйвер, и импульс прекратится раньше времени. Мало того, прекратится он не сразу, а будет снижать амплитуду постепенно; так же не сразу, а постепенно будет закрываться верхний ключ и при этом окажется в "полуоткрытом" состоянии. А это уже опасно для него: мощность есть поизведение напряжения на ток, и когда и ток через него есть, и напряжение на нём, то он перегреется и умрёт.

Вот поэтому автор и реализовал "дробность шага" на 4, то-есть основной "импульс" (шаг) делится на 4 микрошага. При этом управляющий ток нарастает тоже с некоторым приращением и достигает максимального в 4 микроимпульсе. Если в течение 1 секунды не поступает управляющих импульсов то ток удержания снижается до 6 вольт. В Реализованном автором ЭШД-5, реализовано отключение питания от ШД автоматически по прошествии 10 сек. (См. "модернизация сверлильного станка" в приложении).

mickbell

То есть, если я правильно понял, длинные импульсы формируются высокочастотным ШИМом? Тогда, наверно, будет нормально работать.
Следующий непонятный момент: зачем нужен левый датчик тока?

lbvfy523

Уважаемые форумчане, двумя постами ранее я Выложил (во вложениях) всю имеющуюся у меня информацию по данному приводу. Это всё, что я смог нарыть в инете. Ещё я могу добавить фотографию платы. Первая схема, как я понял, это 1 силовой канал управляющей 1 обмоткой шагового двигателя, на плате их 6 (по числу фаз двигателя)

mickbell

Предлагается изучить документацию? Как будет время, гляну, что там. Наверно, завтра днём. А по той схеме есть вопросы?

Added. Посмотрел. Смысла, правда, особого в том не было, разве что моё подозрение про ненужность второго датчика тока подтвердилось. Что дальше? Как я понимаю, сейчас надо составить нечто вроде перечня элементов или ведомости покупных по той схеме - так, что ли?

lbvfy523

mickbell писал(а):Предлагается изучить документацию? Как будет время, гляну, что там. Наверно, завтра днём. А по той схеме есть вопросы?

Added. Посмотрел. Смысла, правда, особого в том не было, разве что моё подозрение про ненужность второго датчика тока подтвердилось. Что дальше? Как я понимаю, сейчас надо составить нечто вроде перечня элементов или ведомости покупных по той схеме - так, что ли?

Вот накидал в ЕКСЕЛЕ перечень элементов с найденной информацией по ним. Прошу помощи в проверке правильности исходных данных, особенно по конденсаторам и диодам (с резисторами вроде разобрался

)

Файлы Excel вставлять нельзя?
Как быть?

И все замечания по схеме тоже желательно.

......"моё подозрение про ненужность второго датчика тока подтвердилось.".....
Поясните. Мне это ни о чём (пока) не говорит.

mickbell писал(а): Резисторы размера 0805, кроме токоизмерительных шунтов, которые размером 2512. Конденсаторы - тоже SMD 0805 или 1206, керамика, диэлектрик NP0 для малых емкостей и X5R для больших (0.1 мкФ). Напряжение - соответственно тому, что на схеме, 100 В для "силовой" части и 25 В для остальных. А вообще схема довольно странная, как будто её автор издевался над тем, кто её будет разбирать. Но это - только моё личное впечатление. По номиналам (странно обозначенным) нет вопросов?

Про токоизмеритедьные шунты - на схеме какие элементы? R...

Про конденсаторы - ХR5 применить для С.....
NP0 применить для С.....
mickbell - разрешите скинуть Вам в ЛС файл Excel c моими изысканиями для проверки?

mickbell

lbvfy523 писал(а):mickbell - разрешите скинуть Вам в ЛС файл Excel c моими изысканиями для проверки?

Ага, попробуйте.

lbvfy523

Чёт я совсем запутался. Труден котеев язык

Выручайте.
Начну по порядку: Маркировка резисторов
Элемент R37 - К51 = 0,51 кОм = 510 Ом
Элемент R34 - К10 = 0,1 кОм = 100 Ом
Элемент R35 - 100 = 100 Ом (тогда чем отличаются элементы R34 и R35 между собой, если их номиналы одинаковы?) Или я что-то упустил?
Элемент R 47 - 4К7 = 4,7 кОм. и так далее.
если я не Прав - ткните носом куда посмотреть

С конденсаторами вообще засада.
№ на схеме номинал на схеме номинал (нФ, пФ, мкФ)
С22 104 0,1 мкФ (100 нФ)
С23 220р 220 пФ
С24 0,1 ?
С25 201 200 пФ (0,2 нФ)
С26 104 0,1 мкФ (100 нФ)
С27 302 3000 пкФ (3 нФ)
С60 47 47 пкФ
если я не Прав - ткните носом куда посмотреть

По диодам: На схеме обозначен только один диод (элемент D1 N4937), значит ли это, что все остальные (явно не обозначенные) будут его эквивалентами?

lbvfy523

Март! Коты на крышах паяютьь?

Кошечек - с наступившим ЖЕНСКИМ ДНЁМ!

Ну неужели у меня в предыдущем посте нет ошибок?

список элементной базы для ЭШД-5.pdf: (251.42 КБ) 437 скачиваний

mickbell

1. Конденсаторы.
C23, C60 - явно неправильные. Оба - блокировочные по питанию, ёмкость их должна быть значительная. Видимо, имелось в виду 220 нФ (хотя непонятно, зачем плодить зоопарк, можно поставить и 100 нФ, и 1 мкФ), и, понятно, электроглитические конденсаторы на пиковые ёмкости не делают, C60 - 47 микрофарад на напряжение 100 В. Типы - ну это, как я уже много раз говорил, зависит от того, что продают в ближайшей посудной лавке. Которые "электролиты" - с ними и так понятно, берите, какие есть, остальные - керамические. Я обычно ставлю SMD керамику размера 0805.

2. Резисторы.
R34 - ошибка (скорее, опечатка), где красным написано: K10 0.1 кОм = 10 Ом, на самом деле 100. Остальное вроде всё правильно. А зачем 4.7 кОм выбран выводной MF? По-моему, ни к чему, он ничем не хуже остальных, вполне тоже может быть SMD 0805.

3. Диоды
D2 и D3 на самом деле не нужны. А вот R35 и R42 лучше бы поменьше, от 10 до 22 Ом. Такое делают для того, чтобы избежать сквозного тока через оба ключа, но в вашем случае (топология "косой полумост") он всяко будет, но он здесь не опасен. Да и в случае обычного полумоста сама микросхема своим нутром обеспечивает "мёртвое время" - когда оба ключа закрыты. Но если уж так хотите - ставьте тоже 1N4937.
D4-D7 - я бы поставил, к примеру, BAT54S, как раз двое в одном корпусе. Это не мост, это просто два диода. В случае BAT54 существуют четыре варианта исполнения: просто BAT54 - одиночный диод, BAT54A - два диода с общим анодом, BAT54C - два диода с общим катодом и BAT54S - два последовательно соединённых диода.

Общие замечания. Не знаю, как Чип-и-дип, а Промэлектроника не продаёт SMD-шную мелочь поштучно, только кратно 10 штукам. Оно и правильно: им легче отмерять, а цена у компонентов копеечная, и, главное, если возьмёте точь-в-точь, а потом потеряете (что случается иногда) - обидно будет терять ещё и время, снова добираясь до магазина. Когда купите - конденсаторы обязательно подпишите прямо на ленте, что это за - потому как на самих конденсаторах маркировки не бывает. Я обычно пишу: номинал, рабоче напряжение, материал диэлектрика. Например: 100n 50V X7R. Резисторы можно не подписывать, номинал на них обычно указан. Обязательно подпишите диоды и транзисторы - они маркируются, но странным образом, потом с непривычки замаетесь искать соответствие с нормальным обозначением типа.

lbvfy523 писал(а):P.S. Для разводки топологии печатной платы (во какие слова из Вашего языка пришлось выучить ) - изучаю прогу TopoR ну и за одно DeltaDesign Trial 2.0, авось когда и пригодится.

На это я как-то не обратил внимание раньше. Топор... ну не знаю, не знаю... Видел я платы, этим Топором разведённые. Действительно, топором. Не знаю, кто им пользуется. Я до последнего времени работал в Пикаде 2006, но на работе решили перейти на Альтиум Дизайнер, работаю в нём теперь. "Для себя" есть бесплатная альтернатива CircuitMaker той же фирмы. Кто-то пользуется Иглом, Диптрэйсом... Неплохо развивается бесплатный Кикад, отслеживаю его, вероятно, когда-то освою всерьёз. А Топор... так, поржать только. ИМХО.

lbvfy523

mickbell, Спасибо за помощь!
Как Вы поняли, я в электронике ПОЛНЫЙ НОЛЬ. Изучать её плотно нет ни желания ни времени (да и не моё это). Просто сложилась такая ситуация, что есть "халявные" ШД-5Д1МУЗ, а нормальных (по адекватной цене) драйверов на рынке для них нет. Списался с автором этой схемы - озвученная им цена в 17000 руб. за один драйвер, просто убила. Начал искать информацию и СЛУЧАЙНО нашел его диплом со схемой. Передо мной стоит простая задача - скопировать данную схему и запустить 3 своих движка. Так как в нашей глухомани нет приличных электронщиков - вынужден повторять эту схему сам. Если кто-то предложит помощь в её воплощении в жизнь - буду благодарен.
Как я уже писал выше, эти движки (при правильном управлении) выдают очень хорошие характеристики, как раз под мои задачи по деревообработке.
Ещё раз благодарю за помощь.
По Топору..... Существует мнение, что топология разведённая методом сплайнов меньше подвержена помехам и наводкам (во какие слова появились в моём лексиконе

). Возможно это не так-я не в курсе. А за озвученные проги - отдельное спасибо!

mickbell

По деревообработке??? Не проще ли было бы найти небольшой асинхронный двигатель и купить частотный привод? Они нынче недороги, особенно на небольшие мощности.
Что касается вашей квалификации... я даже не знаю, как дальше двигаться. Конечно, чем смогу - помогу, в том числе и какими-то советами по изготовлению и наладке (наверно, не только я, кто-то ещё поучаствует), но основную работу делать вам, собственными лапами. Хотя бы осциллографом располагаете? Без него браться за работу, наверно, не стоит.

lbvfy523 писал(а):По Топору..... Существует мнение, что топология разведённая методом сплайнов меньше подвержена помехам и наводкам (во какие слова появились в моём лексиконе ). Возможно это не так-я не в курсе.

Это не мнение существует, это сами топорщики так говорят. Сам себя не похвалишь... Грамотно разведённая печатная плата (обязательно многослойная!) тоже не подвержена помехам и наводкам. Кстати, о платах. Как собираетесь их выполнять?

PS. В ближайшей перспективе у меня могут быть проблемы (а могут и не быть) со свободным временем и, соответственно, с появлением на сайте. Если что-то захотите сказать или спросить, а меня нет - пишите ЛС, мне на мыло придёт уведомление.

lbvfy523

mickbell, Вы не поверите - осциллограф ЕСТЬ, но как им пользоваться?. Наварное если я Вам предложу воспользоваться (при постройке пешеходной тропинки в Вашем саду) тахеометром, нивелиром и теодолитом, у Вас возникнут такие-же чувства как у меня сейчас

это я про осциллограф.
Для предложения работы - нужно сделать правильную принципиальную схему всего драйвера (6 силовых каналов на 6 обмоток), а уж потом искать исполнителя. Или я не прав? Конечно не задаром, но за 17000*3=51000 р. меня просто за я...а подвесит вторая половинка.
Если будет принципиальная (правильная) схема, то я думаю, что изготовить плату (вытравить, купить компоненты, припаять) для меня не составит труда (руки вроде не из....). А вот грамотно подобрать компоненты - у меня знаний не хватает. (да и образование у меня строительной направленности, максимум из электротехники могу рассчитать электроснабжение строительной площадки и т.п.).
Поэтому буду искренне благодарен, за любую полезную информацию и помощь, касательно этой схемы и её компонентов.
Так как моя квалификация в электронике (родился слепым

) то и вопрос такой-же:
....Которые "электролиты" - с ними и так понятно..... - а вот для меня совсем не очевидно. На схеме это какие элементы?

....D4-D7 - я бы поставил, к примеру, BAT54S, как раз двое в одном корпусе. Это не мост, это просто два диода. В случае BAT54 существуют четыре варианта исполнения: просто BAT54 - одиночный диод, BAT54A - два диода с общим анодом, BAT54C - два диода с обгдеим катодом и BAT54S - два последовательно соединённых диода....... СПАСИБО - понятно где мышь живётььь, и как её пойматьььь

Добавлено after 11 minutes 1 second:

mickbell писал(а): Кстати, о платах. Как собираетесь их выполнять?

Планирую ЛУТ методом. И травить перекисью водорода и лимонной кислоты.

А деревообработка бывает разная, в том числе и ЧПУ. Надо пробовать новый уровень, в том числе и лазерная резка. Вот тут-то, асинхронники и частотники уже не применимы.