W tym poście dowiemy się o silniku krokowym. Będziemy badać, czym jest silnik krokowy, jego podstawowy mechanizm roboczy, typy silnika krokowego, tryby krokowe, a na koniec jego zalety i wady.
Co to jest silnik krokowy?
Silnik krokowy jest silnikiem bezszczotkowym, którego obracający się wał (wirnik) wykonuje jeden obrót z określoną liczbą kroków. Ze względu na skokowy charakter obrotów zyskuje miano silnika krokowego.
Zapewnia silnik krokowy precyzyjna kontrola kąta obrotu i prędkość. Jest to konstrukcja z otwartą pętlą, co oznacza, że nie zastosowano mechanizmu sprzężenia zwrotnego do śledzenia obrotu.
Może zmieniać prędkość, zmieniać kierunek obrotów i błyskawicznie blokować się w jednej pozycji. Liczba stopni zależy od liczby zębów znajdujących się w wirniku. Na przykład: jeśli silnik krokowy składa się z 200 zębów, to
360 (stopnie) / 200 (liczba zębów) = 1,8 stopnia
Tak więc każdy krok będzie wynosił 1,8 stopnia. Silniki krokowe są sterowane przez mikrokontrolery i układ sterownika. Jest szeroko stosowany w drukarkach laserowych, drukarkach 3D, napędach optycznych, robotyce itp.
Podstawowy mechanizm roboczy:
Silnik krokowy może składać się z kilku biegunów nawiniętych izolowanym drutem miedzianym zwanym stojanem lub nieruchomą częścią silnika. Ruchoma część silnika nazywana jest wirnikiem, który składa się z kilku liczb zębów.
Kiedy jeden biegun jest zasilany, najbliższe zęby zostaną wyrównane z tym pobudzonym biegunem, a drugi ząb na wirniku będzie nieznacznie przesunięty lub nie wyrównany z innymi nie zasilanymi biegunami.
Następny biegun zostanie zasilony, a poprzedni zostanie pozbawiony energii, teraz niewyrównane bieguny zostaną wyrównane z aktualnie zasilanym biegunem, co spowoduje wykonanie jednego kroku.
Następny biegun zostaje pobudzony, a poprzedni zostaje odłączony, co powoduje wykonanie kolejnego kroku i cykl ten trwa kilka razy, aby wykonać jeden pełny obrót.
Oto kolejny bardzo prosty przykład działania silnika krokowego:
Generalnie zęby wirnika są magnesami rozmieszczonymi naprzemiennie na biegunie północnym i południowym. Podobnie jak bieguny odpychają się iw przeciwieństwie do przyciągania biegunów, teraz uzwojenie bieguna „A” jest zasilane i przyjmuje biegun pod napięciem jako biegun północny, a wirnik jako biegun południowy, przyciąga to biegun południowy wirnika do stojana bieguna „A”, jak pokazano na ilustracji.
Teraz biegun A jest pozbawiony napięcia, a biegun „B” jest zasilany, teraz biegun południowy wirnika zrówna się z biegunem „B”. Podobny biegun „C” i biegun „D” będą zasilane i odłączane w ten sam sposób, aby zakończyć jeden obrót.
Do tej pory zrozumiałbyś, jak działa mechanizm silnika krokowego.
Rodzaje silnika krokowego:
Istnieją trzy rodzaje silników krokowych:
• Stepper z magnesami trwałymi
• Zmienny niechętny krokowy
• Hybrydowy synchroniczny krokowy
Stepper z magnesem trwałym:
Silniki krokowe z magnesami trwałymi wykorzystują zęby z magnesami trwałymi w wirniku, które są rozmieszczone na przemian biegunowo (północ-południe-północ-południe ……), co zapewnia większy moment obrotowy.
Zmienny niechętny krokowy:
Zmienny oporny krokowy wykorzystuje miękki materiał żelazny jako wirnik z kilkoma zębami i działa w oparciu o zasadę, że minimalna niechęć występuje przy minimalnej szczelinie, co oznacza, że najbliższe zęby wirnika są przyciągane do bieguna, gdy jest zasilane, tak jak metal jest przyciągany w kierunku magnesu.
Hybrydowy synchroniczny stepper:
W hybrydowym silniku krokowym obie powyższe metody są połączone w celu uzyskania maksymalnego momentu obrotowego. Jest to najpopularniejszy typ silnika krokowego, a także droga metoda.
Tryby krokowe:
Istnieją 3 rodzaje trybów krokowych
• Tryb pełnego taktowania
• Tryb półstopniowy
• Tryb mikro krokowy
Tryb pełnego kroku:
W trybie pełnego kroku można zrozumieć następujący przykład: jeśli silnik krokowy ma 200 zębów, to jeden pełny krok to 1,8 stopnia (co podano na początku artykułu), nie obróci się o mniej ani o 1,8 stopnia.
Pełny krok dzieli się dalej na dwa typy:
• Tryb jednofazowy
• Tryb dwufazowy
W obu trybach fazowych wirnik wykonuje jeden pełny krok, podstawowa różnica między tymi dwoma to: tryb pojedynczy daje mniejszy moment obrotowy, a tryb dwufazowy daje większy moment obrotowy.
• Tryb jednofazowy:
W trybie jednofazowym tylko jedna faza (grupa uzwojeń / biegun) jest zasilana w danym czasie, jest to metoda najmniej energochłonna, ale daje również mniejszy moment obrotowy.
• Tryb dwufazowy:
W trybie dwufazowym, dwufazowy (dwie grupy uzwojeń / biegun) jest zasilany w określonym czasie, co wytwarza większy moment obrotowy (30% do 40%) w trybie jednofazowym.
Tryb pół kroku:
Tryb półokręgu jest wykonywany dla podwójnej rozdzielczości silnika. W połowie kroku, jak sugeruje nazwa, zajmuje połowę jednego pełnego stopnia, zamiast pełnego 1,8 stopnia, pół kroku zajmuje 0,9 stopnia.
Pół kroku uzyskuje się, zmieniając naprzemiennie tryb jednofazowy i dwufazowy. Zmniejsza obciążenie części mechanicznych i zwiększa płynność obrotów. Pół kroku zmniejsza moment obrotowy o około 15%. Ale moment obrotowy można zwiększyć, zwiększając prąd doprowadzany do silnika.
Micro stepping:
Micro stepping jest wykonywany w celu uzyskania płynnego obrotu. Jeden pełny krok jest podzielony na 256 kroków. Do mikro-stopniowania potrzebny jest specjalny kontroler mikrokrokowy. Jego moment obrotowy jest odejmowany o około 30%.
Sterowniki muszą wprowadzić falę sinusoidalną, aby zapewnić rotację płynu. Przetworniki mają dwa wejścia sinusoidalne z fazowaniem 90 stopni.
Zapewnia najlepszą kontrolę nad obrotami i znacznie zmniejsza naprężenia mechaniczne oraz zmniejsza hałas podczas pracy.
Główne zalety i wady silnika krokowego można poznać z następujących punktów:
Zalety:
• Najlepsza kontrola nad obrotem kątowym.
• Wysoki moment obrotowy przy małej prędkości.
• Natychmiastowa zmiana kierunku obrotów.
• Minimalna konstrukcja mechaniczna.
Niedogodności:
• Energia jest pobierana nawet podczas braku obrotu, co ma na celu zablokowanie wirnika w ustalonej pozycji.
• Brak mechanizmu sprzężenia zwrotnego, który korygowałby błędy rotacji i śledził bieżącą pozycję.
• Wymaga skomplikowanego obwodu sterownika.
• Moment obrotowy jest zmniejszany przy większej prędkości.
• Nie jest łatwo sterować silnikiem przy większej prędkości.
Poprzedni: Największe mity o oświetleniu LED Dalej: Obliczanie czasu ładowania / rozładowania kondensatora za pomocą stałej RC