Start Artykuły Elektronika Silniki krokowe

Partnerzy

 

www.prototypy.com

helion

www.elektroda.pl

www.zestawyuruchomieniowe.pl

Kredyty Gdynia

Translate this



Silniki krokowe PDF Drukuj
Ocena użytkowników: / 25
SłabyŚwietny 
środa, 28 lipca 2010 15:34
Silnik krokowyWedług normy PN-87/E-01006 silnik krokowy (zwany także skokowym), jest to silnik przekształcający ciąg sterujących impulsów elektrycznych na ciąg przesunięć kątowych lub liniowych. Silnik przetwarza sygnał (impuls) sterujący na ustalone położenie wału bezpośrednio, bez konieczności stosowania jakichkolwiek sprzężeń zwrotnych.

Kąt obrotu wału silnika krokowego jest proporcjonalny do liczby sygnałów sterujących i może przyjmować wartości będące całkowitą wielokrotnością minimalnego kąta obrotu zwanego kątem krokowym. Kąt krokowy (pojedynczy skok) zależy od konstrukcji silnika. W obecnie dostępnych na rynku silnikach pojedynczy krok może wynosić od 0,32° w silnikach 5-cio fazowych do 90° w silnikach jednofazowych.

Silniki krokowe znajdują coraz częstsze zastosowanie ze względu na swoje zalety, równocześnie silników krokowych nie da się wykorzystać w pewnych konstrukcjach ze względu na niektóre z ich zasadniczych wady. Do zalet należy zaliczyć głównie precyzyjne sterowanie, wysoki moment trzymający i rozruchowy oraz brak konieczności sprzężenia zwrotnego do ustalenia  wirnika względem stojana. Niestety szereg wad dyskwalifikuje silniki skokowe w pewnych konstrukcjach. Należą do nich głównie, mała prędkość maksymalna wirnika rzędu kilkuset obrotów na minutę, gwałtownie malejący moment przy dużych prędkościach obrotowych. Przy dużych częstotliwościach impulsowania może wystąpić też niekorzystne zjawisko gubienia kroków. Silniki te również nie należą do energooszczędnych, pobierają znaczny prąd i przy tym emitują dużo ciepła.

Silnik krokowy znajduje zastosowanie wszędzie tam gdzie wymagana jest precyzja ustawienia wału, na przykład do pozycjonowania głowic w napędach DVD, w drukarkach do przesuwania papieru lub kasety z tuszem  czy do szeroko pojętego sterowania urządzeniami automatyki. Ze względu na wymienione wady silników krokowych nie stosuje się ich do napędu pojazdów elektrycznych z uwagi na ich duże zapotrzebowanie na energię elektryczną czy w układach napędów dużych mocy ponieważ silniki krokowe budowane są na stosunkowo niewielkie moce.

 

Rodzaje silników krokowych

Zasadniczo można wyróżnić trzy rodzaje silników krokowych: silniki o wirniku aktywnym, silniki o wirniku biernym i silniki hybrydowe . Czynnikiem decydującym o rodzaju silnika są rozwiązania wykorzystane w jego budowie. Obecnie na rynku można spotkać każdy z wymienionych typów silników krokowych. Można znaleźć  wiele firm oferujących silniki krokowe.  Przykładem może być firma Wobit, która jest jednocześnie największym dostawcą silników krokowych na rynek polski [odnośnik].

Silnik o wirniku aktywnym (PM) jest maszyną posiadająca na wirniku bieguny magnetyczne wykonane z twardej magnetycznie stali (najczęściej materiały z dodatkiem pierwiastków metali ziem rzadkich, Nd-Fe-B, Alnico, ferryty barowe, strontowe), charakteryzują się dużym momentem obrotowym i hamującym, co wpływa na krótkie czasy rozruchu i zatrzymania, dużą sprawnością, zdolnością do rozwijania dużego momentu obrotowego przy nieruchomym wirniku, oraz stabilnością pracy ze stałą prędkością. Zaznaczyć należy również tłumiące działanie magnesów trwałych (moment hamujący działa w bezprądowym stanie uzwojeń). Do wad należy zaliczyć dużą bezwładność wirnika oraz wpływ ewentualnych zmian parametrów magnesu trwałego na charakterystyki. Typowe wartości skoku: 7,5º÷18º.

Silnik o wirniku biernym (VR) nazywany jest również silnikiem reluktancyjnymjest maszyną charakteryzuje się najprostszą budową. Wirnik maszyny wykonany z blachy elektrotechnicznej  jest uzębiony, lecz nie ma żadnego uzwojenia. W stanie bezprądowym, nie występuje żaden moment obrotowy. Silniki tego typu charakteryzują się małą bezwładnością wirnika, a w związku z tym, pracując z niewielkimi obciążeniami, zaliczają się do maszyn szybko reagujących (silniki wykonawcze układów automatyki). Do wad należy zaliczyć podatność na drgania oscylacyjne wirnika. Silniki tego typu pracują przy dużych częstotliwościach, dochodzących do 20 000 skoków/s i większych. Typowo spotykane wartości skoków to: 1,8º÷15º.

Silnik hybrydowy (HB) jest najnowszą konstrukcją silników skokowych. Silniki te wyposażone są w wirnik bierny oraz magnesy trwałe, wzmacniające przepływ wywołany impulsem sterującym dla pożądanego ustawienia zębów. Magnesy trwałe umieszcza się na stojanie lub wirniku. Cechą charakterystyczną hybrydowego silnika skokowego jest mała wartość skoku oraz duża częstotliwość i duży moment obrotowy. Z tego też powodu, maszyny tego typu dominują na współczesnym rynku. Do wad tej konstrukcji należy zaliczyć dużą bezwładność wirnika oraz pojawiające się, znaczne siły osiowe działające na łożyska. Typowe wartości skoku mieszczą się w granicach: 0,36º÷9º.

Kolejny podział silników krokowych dotyczy sposobóu połączenia i budowy uzwojeń silnika. Silniki skokowe dzieli się na bipolarne i unipolarne. Silnik bipolarny o dwóch fazach ma jedno uzwojenie na fazę, natomiast unipolarny ma jedno uzwojenie z odczepem środkowym (rys. 4.1).

 

 

1648761972.gif

Rys. 1.1. Uproszczona budowa silnika a) unipolarnego, b) bipolarnego.

Istnieją także silniki posiadające po dwa uzwojenia na fazę. Mogą one pracować zarówno w trybie unipolarnym jak i bipolarnym. Silniki można zazwyczaj wstępnie rozpoznać po ilości wyprowadzeń, i tak silniki bipolarne posiadają 4 przewody (rys. 4.2), silniki unipolarne 5 lub 6  przewodów (rys. 4.3),  a silniki uniwersalne aż 8 przewodów (rys. 4.4. Silniki unipolarne mogą występować w wersjach z połączonymi wyprowadzeniami środków uzwojeń (5 przewodowe) lub z wyprowadzonymi niezależnymi odczepami (6 przewodowe). Każdy silnik unipolarny może pracować jako bipolarny, wystarczy potraktować odczepu środkowe jako zbędne i zasilać tylko końce cewek. Silnik zwany najczęściej nie bez powodu uniwersalnym ma możliwość pracy bipolarnej i unipolarnej. Wyprowadzenia wszystkich końców uzwojeń daje możliwość łatwego adaptowania silnika do potrzeb, wystarczy odpowiednio połączyć wyprowadzenia dla uzyskania silnika bipolarnego lub unipolarnego. Poniżej przedstawiono schematy wyprowadzeń uzwojeń silników 4,6 i 8 przewodowych.

3712597885.gif

Rys. 1.2. Schemat uzwojeń i wyprowadzeń silnika 4 przewodowego.

773345303.gif

Rys. 1.3. Schemat uzwojeń i wyprowadzeń silnika 6 przewodowego.

2246360716.gif

Rys. 1.4. Schemat uzwojeń i wyprowadzeń silnika 8 przewodowego.

Przy sterowaniu silnikiem bipolarnym całe pasmo uzwojenia bierze jednocześnie udział w pracy, natomiast przy sterowaniu silnikiem unipolarnym jednocześnie jest włączona połowa pasma. Sterowanie silnikami bipolarnymi jest bardziej kłopotliwe od sterowania silnikami unipolarnymi. Wymagany jest bardziej skomplikowany układ sterowania,  ale daje to wymierne korzyści. Dzięki wykorzystaniu całego pasma w silnikach bipolarnych dostępny jest maksymalny możliwy moment obrotowy w przeciwieństwie do silników unipolarnych gdzie otrzymuje się jedynie połowę dostępnego momentu ponieważ pole magnetyczne wytwarzane jest tylko przez pół cewki.

 

Sterowanie silnikami krokowymi

Silniki skokowe są sterowane za pomocą odpowiednich impulsów doprowadzonych do ich uzwojeń. Sposób podawania impulsów i ich przesunięcia względem siebie decyduje o chwilowym położeniu wirnika. Sterowanie silnikami skokowymi można zasadniczo podzielić na 4 rodzaje. Sterowanie falowe, krokowe, półkrokowe i mikrokrokowe.

Sterowanie falowe – zwane także sterowaniem jednofazowym co ma uzasadnione podstawy ponieważ, w jednym chwili zasilana jest tylko jedna faza silnika, w wyniku czego uzyskuje się obrót wirnika o pełny krok. Zaletą takiego sterowania jest jego prostota, ponieważ jednocześnie należy zasilać jedynie jedną fazę silnika. Wadą natomiast jest niewielki moment trzymający, ponieważ pole wytwarzane jest tylko w jednej z faz. Przebiegi napięć w tej metodzie sterowania pokazano na rysunku 4.5.

 

2618291504.gif

Rys. 1.5. Przebiegi napięć sterujących silnikiem krokowym w trybie fazowym (sterowanie 1/4).


Sterowanie pełno krokowe – zwane także, dwu-fazowym. Sposób sterowania podobny jest do sterowania falowego lecz tym przypadku zasilane są dwie fazy w tym samym momencie (rys. 4.6). Pozycja wirnika przesunięta jest o pół kroku w stosunku do pozycji wirnika w sterowaniu fazowym. Dzięki jednoczesnemu przepływowi prądu przez dwa uzwojenia moment trzymający jest w pełni wykorzystywany, wadą takiego rozwiązania jest większy pobór prądu, a co za tym idzie szybkie nagrzewanie się silnika.

3685715936.gif

Rys. 1.6. Przebiegi napięć sterujących silnikiem krokowym w trybie pełnokrokowym (sterowanie 2/4).


 

3872368208.gif

Rys. 1.7. Przebiegi napięć sterujących silnikiem krokowym w trybie półkrokowym.


Sterowanie mikrokokrokowe - w sterowaniu tym prądy w uzwojeniach zmieniają się płynnie rozbijając w ten sposób pełen krok na wiele mniejszych kroczków. Praca z mikrokokiem polega na obracaniu polem magnetycznym stojana w sposób bardziej płynny niż w sterowaniu pełno i półkrokowym powoduje to mniejsze drgania i umożliwia bezszumowe poruszanie silnika do poziomu częstotliwości 0Hz. Dzięki pracy z mikrokrokiem możliwe jest uzyskanie dokładniejszego pozycjonowania. Istnieje wiele różnych typów mikrokroku o podziale od 1/3 do 1/256 pełnego kroku lub jeszcze mniejszym. Taki typ sterowania daje właściwie prawie płynna pracę silnika bez zauważalnych przeskoków kątowych wirnika. Sterowniki mikrokrokowe należą do najbardziej skomplikowanych układów. Do niedawna nie były często wykorzystywane z uwagi właśnie na skomplikowanie układu sterującego. Obecnie dostępnych na rynku jest cały szereg dedykowanych układów elektronicznych do sterowania mikrokrokowego. Dzięki temu metoda ta jest coraz częściej stosowana w urządzeniach posiadających silniki krokowe,  bo daje wielkie możliwości, a także poprawia dokładność wykonywanych operacji.

DataOdwiedzinKomentarze
Suma241426
So. 2170
Pt. 20160
Cz. 19120
Śr. 18120
 

Komentarze  

 
+1 #1 Greg 2011-12-05 15:56
Mała literówka w 5 zdaniu od końca:
Zamiast "Taki tym sterowania ..." powinno być :Taki typ sterowania ...".

Pozdrawiam,
Greg
Cytować
 
 
0 #2 admin 2011-12-05 17:42
Dziękuję bardzo za trafną uwagę
Cytować
 
 
+1 #3 djostry 2011-12-07 19:29
Dobry artykuł.
Cytować
 
 
+1 #4 xxx 2015-02-15 10:57
"Obecnie dostępnych na rynku jest cały szereg dedykowanych układów elektronicznych do sterowania mikrokrokowego."

Barakuje jakiegoś linku lub nazwy najbardziej popularnego. Nie wiadomo gdzie szukać dalej. Trzeba z powrotem do googla a z niego trafiłem tu. Poza tym super artykuł.
Cytować
 
 
+1 #5 Papaj 2015-11-30 20:29
Pozdrawiam mechatroników z turku ;D Artykuł pomocny bardzo !
Cytować
 
 
0 #6 Darude 2015-11-30 22:40
Przydatny i pomocny!
Dziękujemy za pozdrowienia i również pozdrawiamy :D
Cytować
 

Dodaj komentarz


Kod antysapmowy
Odśwież

Licznik

Artykuł przeczytano: 24154

Sonda

Skąd wiesz o www.mikrokontrolery.org
 

Statystyka

Użytkowników : 1
Artykułów : 28
Zakładki : 1
Odsłon : 388786

Facebook

Logowanie



www.mikrokontrolery.org, Powered by Joomla! Designed by SiteGround web hosting