Шаговый двигатель

Описание

В 3D принтерах используются шаговые двигатели типоразмера NEMA 17, то есть посадочные отверстия унифицированы и габаритно отличаются только по длине. Шаговые двигатели вращаются дискретно. Обычный двигатель делает 200 шагов на оборот. Для более плавного вращения драйвер шагового двигателя делит полный шаг на микрошаги. Обычно используется драйвер A4988 с дроблением шага на 16 микрошагов, а это уже 3200 микрошагов на один оборот. Подобные двигатели используются в обычных чернильных принтерах, только меньшей мощности. Нам нужны биполярные двигатели, имеющие четыре провода.

У обесточенного двигателя момент удержания не равен нулю вследствие действия постоянных магнитов ротора. Этот момент обычно составляет около 10% максимального момента, обеспечиваемого двигателем.

Если запитать одновременно две обмотки двигателя, то момент будет равен сумме моментов, обеспечиваемых обмотками по отдельности. При этом, если токи в обмотках одинаковы, то точка максимума момента будет смещена на половину шага. На половину шага сместится и точка равновесия ротора. Этот факт положен в основу реализации полушагового режима. Ротор вращается в след за магнитным полем статора, стремясь занять положение равновесия. Смещение точки равновесия ротора говорит о том, что ротор можно зафиксировать в любой произвольной позиции. Для этого нужно лишь правильно установить отношение токов в фазах. Именно этот факт используется при реализации микрошагового режима. В результате обеспечиваются меньшие вибрации и практически бесшумная работа вплоть до нулевой частоты. К тому же меньший угол шага способен обеспечить более точное позиционирование.

Размеры

Самые распространённые модели

Модель	Угол шага, град	Длина, мм	Ток, А	Сопротивление обмотки, Ом	Момент удержания, Н*m	Вес, г
17HS4401	1,8	40	1,7	1,5	0,4	280
17HS4402	1,8	40	1,3	2,5	0,4	280
17HS8401	1,8	48	1,8	1,8	0,52	400
42BYGHW609	1,8	40	1,7	1,5	0,4	240
42BYGHW811	1,8	48	2,5	1,25	0.48	340
GZGW09	1,8	34	0,84	5,75	0,48	220

Подключение

Провода желательно свить в косички от наводок.

Обмотки определяются очень просто - при закорачивании (соединении выводов обмотки) ротор двигателя прокручивается с большим усилием. Также это можно определить мультиметром.

Уменьшение вибраций

Возможно использование амортизаторов (демпферов) на двигатели для уменьшения вибраций. Выглядят они обычно так

Так же можно встретить двигатели с уже установленным амортизатором. В некоторых случаях это не оправдано.

Источники информации и полезные ссылки

1. 3D printing guides - How steppers work and how to adjust their drivers
2. 17HSxxxx Datasheet
3. Базовые знания о шаговых двигателях