Jak działają silniki krokowe

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.