Silnik krokowy budowa, działanie i zastosowanie

13 lutego 2019 0

Autor:

Silnik krokowy jest silnikiem elektrycznym, który charakteryzuje się impulsowym zasilaniem prądem elektrycznym. Dzięki temu wirnik nie obraca się ruchem ciągłym, tylko za każdym razem wykonuje ruch o ustalony wcześniej kąt obrotu. Z tego powodu nadaje się do ustalania precyzyjnej pozycji przy sterowaniu w otwartej pętli sprzężenia zwrotnego.

Technologia z dnia na dzień ulega zmianom. Idą więc za tym również zmiany w automatyce. Z tego powodu silniki krokowe są coraz dokładniejsze i mają coraz wyższą prędkość obrotową. Co więcej, ze względu na wykorzystanie optymalnych materiałów, koszt produkcji silników krokowych jest coraz niższy. Nic więc dziwnego, że jest tak chętnie wybieranym rodzajem, szczególnie do budowy systemów pozycjonujących.

Silnik krokowy umożliwia łatwe sterowanie drogi i prędkości obrotowej w zakresie do kilkuset obrotów na minutę, zależnie od parametrów silnika i sterownika. Charakterystyczną cechą silnika krokowego jest utrzymywanie rotora w zadanej pozycji. Silnik krokowy – przekształca impulsy elektryczne w dyskretne ruchy mechaniczne. Droga kątowa lub liniowa, którą przebywa wirnik jest proporcjonalna do liczby impulsów (kroków) jeśli silnik posiada 200 kroków na obrót, to gdy podamy 50 impulsów przez sterownik to silnik obróci się o 1/4 obrotu. Natomiast prędkość części ruchomej silnika zależy do częstotliwości tych impulsów.  Obrót silnika w odpowiednią stronę zależy od sposobu podania kierunku przepływu natężenia prądu przez cewkę silnika.

Silnik krokowy budowa

Ze względu na swoją budowę, najpopularniejsze okazują się silniki hybrydowe, które posiadają magnesy trwałe. Podzespoły posiadają liczbę wyprowadzeń 4 (klasyczny silnik dwufazowy), 6 (uzwojenia mają środkowe odczepy) i 8 (uzwojenia podzielone na pół, przez co często silnik jest nazywany czterofazowym). To jak podzielone są uzwojenia ma wpływ na konfigurację pracy silnika. Tutaj najlepiej sprawdza się silnik z największą liczbą wyprowadzeń, ponieważ sposób ich połączenia determinuje właściwości silnika.

 

Jeśli silnik ma mniejsze prędkości obrotowe, wykorzystuje się w nim połączenie szeregowe. Z kolei przy połączeniu równoległym silnik uzyska wyższe prędkości obrotowe, do czego będzie konieczny wyższy prąd zasilania. Ponieważ silniki krokowe nie są wyposażone w szczotki, na ich trwałość mają wpływ tylko łożyska.

Pomimo wielu zalet, silniki te mają również swoje minusy, a największym jest spadek momentu, który następuje wraz ze wzrostem prędkości obrotowej. Dodać do tego warto również możliwość pojawienia się rezonansów mechanicznych, dlatego dobrze jest pamiętać, że silniki krokowe nie powinny uzyskiwać wysokich prędkości obrotowych i dużych przyspieszeń.

Jak działa silnik krokowy?

Każdy silnik krokowy do sprawnego działania potrzebuje sterowników, które zapewniają mikrokrok. Umożliwia on pozycjonowanie ze zwiększoną rozdzielczością. Ruch wirnika jest zależny od ilości impulsów sterujących, z kolei prędkość kątowa jest proporcjonalna do częstotliwości impulsów.

Warto również wiedzieć, że wyróżnia się dwa rodzaje silników krokowych. Pierwszy z nich to silnik bipolarny, w którym sterowanie cechuje się uzyskaniem wyższego momentu z silnika i wymaga przy tym bardziej zaawansowanego sterownika w porównaniu do drugiego rodzaju, czyli silnika unipolarnego.

Silnik krokowy zastosowanie

Silniki krokowe swoją popularność zyskują przede wszystkim dzięki nieskomplikowanej budowie, a także względnie prostemu sterowaniu. Dzięki temu czas i koszty ich wdrożenia są naprawdę niskie. Najczęściej stosowane są w maszynach CNC (drukarki 3D, frezarki, wypalarki, plotery), automatyce, robotyce, urządzeniach pomiarowych oraz autach.

Parametry silnika krokowego

– Napięcie znamionowe uzwojeń
– Napięcie zasilania
– Nominalne natężenie prądu, jakie można stosować, by nie przeciążać silnika.
– Rezystancja uzwojenia.
– Moment bezwładności rotora.
– Moment trzymający – moment nieruchomego silnika przy zasilaniu znamionowym prądem,
– Charakterystyka momentu silnika w funkcji liczby impulsów na s (pps).
– Maksymalna prędkość pracy (bez obciążenia).
– Prędkość start-stopowa.
– Wymiar długość korpusu silnika, zazwyczaj wzdłuż osi obrotu.
– Masa – waga silnika

Rodzaje sterowań silnika krokowego

Podstawowe stosowane obecnie rodzaje sterowań silników krokowych to:
– sterowanie pełnokrokowe,
– sterowanie półkrokowe,
– sterowanie mikrokrokowe.

Sterowanie pełnokrokowe

 

Jednocześnie pracują dwie fazy. Kolejność pracy jest następująca :
Wynikiem tego rodzaju sterowania są takie same ruchy jak przy sterowaniu jednofazowym z tym, że pozycja wirnika jest przesunięta o pół kroku.

Schemat pracy w trybie pełnokrokowym:

AB-A’B-A’B’-AB’

Sterowanie półkrokowe

Sterowanie półkrokowe jest bardziej złożone. Stojan zasilany jest naprzemiennie na jedną, a następnie dwie fazy. Daje to w efekcie dwukrotnie mniejszy krok i pozwala na wyeliminowanie w dużym stopniu drgań mechanicznych silnika w trakcie pracy.

Schemat pracy w trybie półkrokowym:

AB-B-A’B-A’-A’B’-B’-AB’-A.

Sterowanie mikrokrokowe

Sterowanie mikrokrokowe różni się od pełnokrokowego tym, że każdy krok podzielony jest na wiele mniejszych. Dzięki temu uzyskuje się przede wszystkim większą rozdzielczość, a co za tym idzie bardziej płynną pracę i zmniejszenie wpływu rezonansów silnika. W praktyce zadowalające rezultaty zmniejszenia wpływu rezonansu silnika krokowego uzyskuje się już przy podziale 1/8 i 1/16.

Wymiary silnika krokowego

Tabela przedstawia wymiary silników krokowych (Wielkość NEMA przeliczona jest na mm)

NEMARozmiar flanszyTypowa długość silnika krokowego
NEMA 1435 x 35mmod 20 do 34mm
NEMA 1639 x 39mmod 20 do 40mm
NEMA 1742 x 42mmod 28 do 48mm
NEMA 2357 x 57mmod 41 do 112mm
NEMA 2460 x 60mmod 45 do 90mm
NEMA 3280 x 80mmod 63 do 150mm
NEMA 3486 x 86mmod 63 do 150mm
NEMA 43110 x 110mmod 115 do 165mm
NEMA 51134 x 134mmod 115 do 226mm

Symbole i oznaczenia w silniku krokowym

A – silnik krokowy z osią z jednej strony
B – silnik krokowy z osią wyprowadzoną z obu stron

M – silnik 400 krokowy (0,9 deg)

Podłączenie sterownika silnika krokowego z płytą

Rys. Schemat podłączenia sterowników silnika krokowego z płytą główna

Jak dobrać silnik krokowy

W podanym filmie dowiemy się podstawowych informacji o silnikach krokowych oraz jak dobrać silnik krokowy uwzględniając parametry, rodzaje, moment , siłe , indukcyjność , napięcie , prąd.

Poniższy film przedstawia ile siły potrafi wygenerować silnik krokowy. Test siły silników na śrubie kulowej

W innym naszym artykule opisujemy budowę, działanie i zastosowanie zintegrowanych silników krokowych – https://www.ebmia.pl/wiedza/porady/automatyka-porady/zintegrowany-silnik-krokowy/

UdostępnijShare on FacebookShare on Google+Tweet about this on Twitter

Powiązane produkty

Newsletter
Bądź na bieżąco