Silniki krokowe

Silniki krokowe są jednymi z najczęściej stosowanych napędów w automatyce, umożliwiają kontrolę położenia kątowego i prędkości obrotowej rotora w bardzo szerokim zakresie. Silniki krokowe uzyskują prędkości obrotowe od zera nawet do kilku tysięcy obrotów na minutę. Maksymalna prędkośc obrotowa silnika krokowego zależy od jego paramentrów, jakości wykonania i jakości sterowania. Niewątpliwą zaletą silników krokowych jest utrzymywanie rotora w określonej pozycji z danym dla silnika krokowego momentem trzymującym. Dzięki po zatrzymaniu obrotów położenie napędzanych elementów nie będzie ulegało zmianie, konsekwencją tego jest ciągły pobór prądu. W przypadku wyłączenia zasilania silnika, rotor przestaje być utrzymywany.

Aplikacje silników krokowych

Ze względu na istotne cechy charakterystyczne silniki krokowe mogą być wykorzystywane do/w:

• automatyzacji produkcji
• technice pozycjonowania
• przemyśle samochodowym (automotive)

Budowa silników krokowych

Typowy silnik krokowy (ang. stepper motor) zbudowany jest z dwóch podstawowych elementów: rotora (element obrotowy) i stojana (element stały).
Rodzaje silników krokowych:

• z magnesem stałym,
• ze zmienną reluktancją,
• hybrydowy,
• tarczowy.

Zasada działania silników krokowych

Wewnątrz silnika krokowego wytwarzane są bieguny magnetyczne, która są odpychane lub przyciągane w jego wnętrzu. Silniki o zmiennej reluktancji posiadają stojan wraz z uzwojeniami, które będąc zasilane wytwarzają pola magentyczne. Rotor posiada nacięte zęby, które są przyciągane przez bieguny stojana, w ten właśnie sposób powstaje ruch rotora.

Silnik krokowy o zmiennej reluktancji

W przypadku silników z magnesem stałym rotor nie posiada uzębienia, ma kształ walca, który jest namagnesowany naprzemian wzduż własnej osi obrotu. Stojan tak jak w poprzednim przypadku posiada uzwojenia, które wytwarzają przyciągające/odpychające bieguny.
Silniki krokowe z magnesem stałym charakteryzują się większym momentem obrotowym.

Silnik krokowy z magnesem trwałym

Silnik krokowy hybrydowy charakteryzuje się najlepszymi parametrami pracy w zakresie uzyskiwanych prędkości obrotowych, momentów oraz zmian częstotliwości. Jego budowa łączy cechy silników o zmiennej reluktancji oraz silników z magnesami trwałami. Rotor w silnikach krokowych hybrydowych oprócz nacięć jest również naprzemiennie namagnesowany wzdłuż osi.
Większość silników krokowych dostępnych na rynku to właśnie silniki hybrydowe. Niewątpliwą wadą silników hybrydowych jest ich cena, która znacznie przewyższa cenę silników VR (zmienna reluktancja) czy z magnesami trwałymi.
Rozdzielczość silników hybrydowych wynosi zwykle 100-400 kroków na pełen obrót.

Silnik krokowy hybrydowy

Sterowanie silników krokowych

Metody sterowania silników krokowych:

• falowe,
• pełnokrokowe,
• półkrokowe,
• mikrokrokowe.

Zalety i wady silników krokowych

Zalety silników krokowych:

• niski koszt
• wysoki moment przy niskich obrotach
• trzymanie pozycji
• pozycjonowanie w pętli otwartej

• niskie prędkości obrotowe
• skomplikowane sterowanie
• gubienie kroków
• wysoka temperatura podczas trzymania pozycji

Foto: www.societyofrobots.com