Питание для 4 двигателей 28BYJ-48, вопросы скорости

[vintproykt]

Здравствуйте, дорогие форумчане! Вот купил по незнанию эти дешёвки: двигатели 28BYJ-48 на 5 В. Есть подробное описание моего проекта: ссылка.

Переделывать в биполярный, чтобы ускорить вращение ходового винта, не выгодно уже ни по срокам, ни по кошельку, потому что к мотору потом понадобится плата с H-мостом.
Есть к каждому из 4-х двигателей плата-драйвер на базе ULN2003A. Сама платка сильно не ограничивает в выходном токе - 500 мА на один канал.

Что сказать насчёт винтовой передачи? Это будет улитка. Представьте только: 1 мм за 4 секунды при худшем раскладе. А всё лишь потому что я не уделил больше времени поиску зубчатых ремней. Хотя, извините, по цене они ужас как дорогие. Ладно, для дипломного и так сойдёт!

Это всё лирика, так что вернёмся к нашим двигателям. Согласно некоторым наблюдениям, ток на обмотках, требуемый для быстрого перемещения - 200 мА, а для остановки - 250 мА. При этом помним, что обмотки включаются в последовательности А-АБ-Б-БВ-В-ВГ-Г-ГА, либо обратно для вращения против часовой стрелки, в полушаговом режиме. Вопрос о половинном или полном шаге - решает лишь использовать однофазное намагничивание или нет.

Ведь если я не ошибаюсь, включаются максимум 2 обмотки за раз, что говорит об общем потреблении двигателя в 200-250 мА. Предположим, что все моторчики были приостановлены после нескольких манипуляций. 250 мА на все двигатели - 1 А. А ещё лучше будет программно снимать питание с входов, чтобы двигатели просто так не нагревались.

Мне нужно стабильно запускать все 4 двигателя: два из них вращаются синхронно (ось X), поэтому входы к их драйверам от контроллера подключаются в связке параллельно. Хватит ли для этой цели обычного переносного блока питания от модема (D-Link, скажем) на 5 В с током 1 А? Всё ведь сходится?

Ещё вопрос: пишут, что номинальная скорость 28BYJ-48 - 15 об/мин, а возможно и 25 об/мин для быстроты. Чему верить, если в официальной спецификации от Kiatronics на этот счёт информации нет?

Как вычислить номинальное число оборотов для двигателя?

Схема включения с МК ULN2003A: PDF.

Двигатели на самом деле имеют 5 проводов (во Fritzting только с 6-ю был) - красные для питания. Заземление как таковое в них не используется.

[nevkon]

По вашей же ссылке пишут что сопротивление обмотки обычно 31 Ом и доходит вниз до 24 Ом. Питается ШД от 5В, следовательно 5В/24Ом=208мА тока на обмотку, на 1 двигатель максимум 416мА, на 4 двигателя до 1.664 ампера, следовательно не подойдет ваш БП, ведь кроме ШД еще и обвязка есть захочет, минимум 2А для стабильной работы.
Разгоняется ШД просто - во время движения подавать не 5В, а 12В, а при ужержании подавать 5В и менее для слабого нагрева ШД.

[vintproykt]

ведь кроме ШД еще и обвязка есть захочет, минимум 2А для стабильной работы.

Спасибо, что рассчитали ток на обмотке. Просто я не очень ориентируюсь как раз в этих "обвязках" - в каком они месте?
Пожалуй, это единственная сложность при расчёте такого простого двигателя.

[vintproykt]

В принципе, я могу на днях отыскать измерительные инструменты (как я без них вообще совался в это дело! ) и измерить силу тока на обмотках.

Пожалуй, ещё одна непонятная вещь - если номинальное напряжение 5 В для данных двигателей, то как можно объяснить повышение питающего напряжения (как часто рекомендуют, до 12 В)? Закон Ома прост и ясен, но насколько долго моторчики будут выдерживать такой большой нагрев от тока ― может кто-то имел отрицательный опыт с этим режимом работы?

[Serg]

Закон Ома прост и ясен

Но тут он не так важен. Тут важна скорость нарастания/спада тока в катушке, а она пропорцинальна напряжению.

[nevkon]

Все верно говорите, закон Ома прост и ясен пока в схеме не появляется индуктивность которая кроме активного сопротивления имеет еще и реактивное. Советую хотя бы статью в вики почитать: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0 ... 1%82%D0%B8

[vintproykt]

Ну как же я раньше не заметил! Сегодня рассчитал скорость вала: ровно 4 оборота в минуту в полушаговом режиме (от заявленных сообществом 15-25). Однако как ни крути, один оборот с первого разгона (acceleration: 10000) проходит за 14 секунд - значит, чем дальше, тем медленнее? Мне бы 12 об/мин, а тут вот что.

Я попробовал управлять в полношаговом режиме и скорость возросла в 2 раза (получилось примерно 8,33 RPM). Это уже лучше, но не достаточно для того, чтобы не испытывать butthurt при отладке. Любое увеличение скорости спасает жизни, но переделывать двигатели в биполярные нецелесообразно, ведь тогда понадобятся H-мосты, которые мне, увы, не по карману.

Программные (аппаратные) скорости, задаваемые в контроллере, около 1500 шагов в секунду и более в целом не влияют на ускорение, но меньшие значения сокращают скорость вала. Разгон установлен очень большой (10000) для простоты расчёта настоящей скорости. Короче, все соки выжимаю. В спецификации прописано, что частота двигателя - 100 Гц - что это означает, если рассматривать подробнее? Вот есть некая граничная частота, хотя библиотека AccelStepper спокойно устанавливает импульсы на выводах с той частотой, которую кристалл на контроллере позволяет (Arduino Uno). Как мне найти эту граничную частоту, не посоветуете ли методику?

Измерил реальное внешнее напряжение на контроллере. Без подачи на двигатель: 4,8 В (нет тех заявленных 5 В, попробую проверить другой источник питания, кроме того, что остался от модема D-Link). При отдаче на одну фазу напряжение на VIN составляет 4,37 В; при подаче на две фазы - 4,31 В (всегда в полношаговом режиме). Ну что ж, наверное, придётся разбирать сам двигатель и измерять силу тока в обмотках, чтобы понять, какая мне нужна мощность.

Теперь я ничего не понимаю. Помогите выкрутиться из этой ситуации, братцы.

[Mamont]

Простенькя схема дающая разгонный импульс. Контроллер как и прежде пуляет шаги, а на двигатель , пока не зарядится конденсатор , подается повышенное напряжение. Подбирая емкость конденсатора можно задать время подачи этого напряжения

[vintproykt]

Простенькя схема дающая разгонный импульс. Контроллер как и прежде пуляет шаги, а на двигатель , пока не зарядится конденсатор , подается повышенное напряжение. Подбирая емкость конденсатора можно задать время подачи этого напряжения

Спасибо за идею, уважаемый!

Предполагаю, что вашу схему следует разместить прямо перед подачей на каждую катушку. Но откуда на эмиттере VT2 возьмутся +30 В? Неужели нужен ещё один источник питания?

До обмоток у меня последовательное соединение через JST разъём. Обмотки показаны на рисунке:

Понятно, что они питаются током, притягивают ротор, происходит нагрев и всё на этом.

Как адаптировать вашу схему, вариант есть. Вот обмотка 2 левой катушки соединяется в коллекторную цепь VT2, а 4 - коллектор VT3, а вокруг катушки соединяем диод VD3. И так же для второй катушки.

Но к чему соединять Uвх? Есть четыре OUT выхода с драйвера и все они устанавливают верную последовательность включения обмоток (при отсутствии ошибок в программе, конечно). Всё тотально меняется и приводит к выводу, что драйверы могут и не понадобиться, если составить надёжную и верную схему.

Скажите, я правильно рассуждаю? Какое распространённое название у такой схемы? Или в каких пределах должны быть номиналы элементов Cр, VT1-3, VD1-3, Rб1-3? Действительно ли мне нужен выносной источник питания на 12-30 В? Импульсный блок питания есть, но его габариты уже отпугивают.

[Mamont]

Переводим в другую плоскость.
Есть массивная железная дверь, висит на хреновых петлях, чтобы она двигалась с угловой скоростью 90 градусов в секунду, усилие на ручке - 1кг.
Допустим ты хочешь ее использовать как вентилятор - ветер гонять. Прикладывая поочередно туда-сюда усилие по 1кг, ты не получишь частоту открытия-закрытия 0.5герца. (90 градусов туда, 90 градусов туда (еще чучуть и кипяток)

А если вначале будешь давать усилие 500кг, а потом , как разгонится, 1кг, то частота открытия приблизится к 0.5гц

[vintproykt]

Переводим в другую плоскость.
Есть массивная железная дверь, висит на хреновых петлях, чтобы она двигалась с угловой скоростью 90 градусов в секунду, усилие на ручке - 1кг.
Допустим ты хочешь ее использовать как вентилятор - ветер гонять. Прикладывая поочередно туда-сюда усилие по 1кг, ты не получишь частоту открытия-закрытия 0.5герца. (90 градусов туда, 90 градусов туда (еще чучуть и кипяток)

А если вначале будешь давать усилие 500кг, а потом , как разгонится, 1кг, то частота открытия приблизится к 0.5гц

Благодарю за интересную мысль!

В моём случае, управление исходит из контроллера Arduino Uno, который выдаёт на 1-2 из 4 выводов импульсы. В идеале, быстрая смена фаз должна приводить в быстрое движение ротор двигателя. Я так понял, есть ограничение по частоте, именуемое как "минимальная ширина импульса" в библиотеке AccelStepper, которую по каким-то причинам не удаётся установить ниже 20 мкс (50 кГц). Уже пробовал, но показания не изменились.

Но, естественно, я не получаю 50 тысяч шагов в секунду, что меня и смущает во всех этих расчётах...

Кстати, какую функцию (кривую) использовать для разгона с 500 до 1 кг?

[Mamont]

. Я так понял, есть ограничение по частоте, именуемое как "минимальная ширина импульса" в библиотеке AccelStepper,

Фактическое ограничение по частоте определяется индуктивностью двигателя.
dI=U/L*dt
dI в идеале должно вырасти до Iном. Вот и найдешь от туда dt- время шага

Чем меньше индуктивность двигателя, тем до больших оборотов его можно разогнать. Поэтому при выборе двигателя смотрят L и крутящий момент, остальное вторично (цена в том числе).
У быстрых двигателей L порядка 3мГн, средних 8-10, медленных 20-30. В твоем двигателе не указано, но думаю порядка 50+мГн. В добавок еще и редуктор 1:64 стоит

[vintproykt]

. Я так понял, есть ограничение по частоте, именуемое как "минимальная ширина импульса" в библиотеке AccelStepper,

Фактическое ограничение по частоте определяется индуктивностью двигателя.
dI=U/L*dt
dI в идеале должно вырасти до Iном. Вот и найдешь от туда dt- время шага

Чем меньше индуктивность двигателя, тем до больших оборотов его можно разогнать. Поэтому при выборе двигателя смотрят L и крутящий момент, остальное вторично (цена в том числе).

Good clue, sir!
Да вот не соображу, как измерить индуктивность: в спецификации нет столь важной информации. А любые измерения обмоток мультиметром для меня в новинку, ведь я даже правильно шкалу реостата определить не могу, а тут - катушка. Может, я плохо ищу...

В твоем двигателе не указано, но думаю порядка 50+мГн.

Спасибо за предположение, но как вы определяли?

[Mamont]

Спасибо за предположение, но как вы определяли?

Маленький ток рабочий ток - значит много витков. много витков - большая индуктивность.
Причем 50мгн это я оптимистически нарисовал, может там все 100мгн
В моем станке стоят движки, 3.5А, 1.6В, 6мгн. Драйвер при смене шага подает на них 32В в течении 1мс, потом переходит в режим шим уменьшения тока.
Без нагрузки раскручиваются до 2000-2500 об/мин.

[vintproykt]

Спасибо за предположение, но как вы определяли?

Маленький ток рабочий ток - значит много витков. много витков - большая индуктивность.
Причем 50мгн это я оптимистически нарисовал, может там все 100мгн

Да, всё же было бы полезно узнать индуктивность, ибо это критически недостающая переменная для понимания того, какая наибольшая скорость развивается от статора.
Столкнулся ещё с небольшой фундаментальной проблемой - не могу измерить ток на обмотках. Испытания провожу на постоянно включённой обмотке: при начале измерений иногда проскакивает значение около 0.01 * 2000 мкА, что показывает мультиметр, но фантомно падает в нуль. Понимаю, что в измерении тока катушек индуктивности есть свои особенности, а тем более униполярного двигателя, где на всех обмотках общее питание от плюса. Есть ли смысл использовать какие-либо средства измерения помимо мультиметра?

В моем станке стоят движки, 3.5А, 1.6В, 6мгн. Драйвер при смене шага подает на них 32В в течении 1мс, потом переходит в режим шим уменьшения тока.
Без нагрузки раскручиваются до 2000-2500 об/мин.

1,6 В и 3,5 А - номинальные значения ваших двигателей? Позвольте поинтересоваться, что это за двигатели?