W tym artykule instruktażowym dowiesz się jak działa silnik krokowy. Omówimy podstawowe zasady działania silników krokowych, ich tryby jazdy oraz typy krokowców według budowy. Możesz obejrzeć poniższy film lub przeczytać artykuł pisany.
Zasada działania
Silnik krokowy jest bezszczotkowym silnikiem prądu stałego, który obraca się w krokach. Jest to bardzo przydatne, ponieważ może być precyzyjnie pozycjonowany bez żadnego czujnika sprzężenia zwrotnego, co stanowi sterownik z otwartą pętlą. Silnik krokowy składa się z wirnika, który zazwyczaj jest magnesem trwałym i jest otoczony przez uzwojenia stojana. Jak aktywować uzwojenia krok po kroku w określonej kolejności i niech prąd przepływa przez nich będą namagnesować stojana i zrobić bieguny elektromagnetyczne odpowiednio, które spowodują napęd do silnika. Tak więc jest to podstawowa zasada działania silników krokowych.
Modele napędu
Istnieje kilka różnych sposobów napędzania silnika krokowego. Pierwszym z nich jest Wave Drive lub Single-Coil Excitation. W tym trybie aktywujemy tylko jedną cewkę na raz, co oznacza, że dla przykładowego silnika z 4 cewkami, wirnik wykona pełny cykl w 4 krokach.
Następnym jest tryb Full Step Drive, który zapewnia znacznie wyższy moment obrotowy, ponieważ zawsze mamy 2 aktywne cewki w danym momencie. Nie poprawia to jednak rozdzielczości steppera i ponownie wirnik wykona pełny cykl w 4 krokach.
Do zwiększenia rozdzielczości steppera używamy trybu Half Step Drive. Ten tryb jest właściwie kombinacją poprzednich dwóch trybów.
Mamy tutaj jedną aktywną cewkę, po której następują 2 aktywne cewki i znowu jedną aktywną cewkę, po której następują 2 aktywne cewki i tak dalej. Tak więc w tym trybie uzyskujemy podwójną rozdzielczość przy tej samej konstrukcji. Teraz wirnik wykona pełny cykl w 8 krokach.
Jednakże obecnie najczęściej stosowaną metodą sterowania silnikami krokowymi jest Microstepping. W tym trybie dostarczamy do cewek zmienny kontrolowany prąd w postaci fali sinusoidalnej. Zapewni to płynny ruch wirnika, zmniejszy naprężenia części i zwiększy dokładność silnika krokowego.
Innym sposobem na zwiększenie rozdzielczości silnika krokowego jest zwiększenie liczby biegunów wirnika i liczby biegunów stojana.
Rodzaje silników krokowych według budowy
Według budowy istnieją 3 różne rodzaje silników krokowych: krokowy z magnesem trwałym, krokowy ze zmienną reluktancją i hybrydowy synchroniczny silnik krokowy.
Sterownik z magnesem trwałym posiada wirnik z magnesem trwałym, który jest napędzany przez uzwojenia stojana. Tworzą one bieguny o przeciwnej polaryzacji w stosunku do biegunów wirnika, co napędza wirnik.
Kolejny typ, silnik krokowy o zmiennej reluktancji, wykorzystuje wirnik z miękkiego żelaza, który nie ulega namagnesowaniu. Wirnik posiada zęby, które są odsunięte od stojana i gdy aktywujemy uzwojenia w określonej kolejności, wirnik porusza się odpowiednio tak, aby mieć minimalną odległość pomiędzy stojanem a zębami wirnika
Silnik synchroniczny hybrydowy jest kombinacją dwóch poprzednich silników krokowych. Posiada on uzębiony wirnik z magnesem trwałym oraz uzębiony stojan. Wirnik ma dwie sekcje, które mają przeciwną biegunowość, a ich zęby są przesunięte, jak pokazano tutaj.
To jest widok z przodu powszechnie używanego hybrydowego silnika krokowego, który ma 8 biegunów na stojanie, które są aktywowane przez 2 uzwojenia, A i B. Jeśli więc uaktywnimy uzwojenie A, namagnesujemy 4 bieguny, z których dwa będą miały polaryzację południową, a dwa północną.
Widzimy, że w takim układzie zęby wirnika są ustawione w jednej linii z zębami biegunów A i nie są ustawione w jednej linii z zębami biegunów B. Oznacza to, że w następnym kroku, gdy wyłączymy bieguny A i aktywujemy bieguny B, wirnik będzie poruszał się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a jego zęby ustawią się w jednej linii z zębami biegunów B.
Jeśli będziemy aktywować bieguny w określonej kolejności, wirnik będzie poruszał się w sposób ciągły. Tutaj możemy również użyć różnych trybów jazdy, takich jak napęd falowy, napęd pełnokrokowy, napęd półkrokowy i mikrokrokowy, aby jeszcze bardziej zwiększyć rozdzielczość silnika krokowego.