Silnik krokowy

Ten artykuł od 2013-08 wymaga zweryfikowania podanych informacji. Należy podać wiarygodne źródła, najlepiej w formie przypisów bibliograficznych. Część lub nawet wszystkie informacje w artykule mogą być nieprawdziwe. Jako pozbawione źródeł mogą zostać zakwestionowane i usunięte. Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tego artykułu. Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu.

Animacja uproszczonego silnika krokowego reluktancyjnego unipolarnego. Wirnik jest wykonany jako tarcza zębata.
Krok 1: Elektromagnes górny (1) jest załączony, przyciągając najbliższe zęby wirnika do zębów stojana tego elektromagnesu, przesuwając wirnik
Krok 2: Elektromagnes górny (1) jest wyłączany, a włączany jest elektromagnes prawy (2), pociągając zęby wirnika do zębów elektromagnesu prawego (2). W tym przykładzie prowadzi to do obrotu o 3,6°
Krok 3 i 4: Włączany jest kolejny elektromagnes wywołując obrót wirnik silnika o kolejny krok

Silnik krokowy. Zasada działania silnika reluktancyjnego: po zmianie zasilania z pasma A do B wirnik wykonuje skok tak, aby reluktancja dla strumienia była najmniejsza, czyli ustawiając się „pod” zębem stojana

Budowa wewnętrzna silnika krokowego z magnesem trwałym

Silnik krokowy, silnik skokowy – silnik elektryczny, w którym impulsowe zasilanie prądem elektrycznym powoduje, że jego wirnik nie obraca się ruchem ciągłym, lecz wykonuje za każdym razem ruch obrotowy o ściśle ustalony kąt.

Dzięki temu kąt obrotu wirnika jest ściśle zależny od liczby dostarczonych impulsów prądowych, a prędkość kątowa wirnika jest dokładnie równa częstotliwości impulsów pomnożonej przez wartość kąta obrotu wirnika w jednym cyklu pracy silnika.

Kąt obrotu wirnika pod wpływem działania jednego impulsu może mieć różną wartość, zależnie od budowy silnika – jest to zwykle wartość od kilku do kilkudziesięciu stopni. Silniki krokowe, zależnie od przeznaczenia, są przystosowane do wykonywania od ułamków obrotu na minutę do kilkuset obrotów na minutę.

Rodzaje silników krokowych

Są trzy podstawowe typy silników krokowych pod względem budowy^[1]:

• silnik z magnesem trwałym,
• silnik o zmiennej reluktancji,
• silnik hybrydowy.

Inny podział wyróżnia silniki bipolarne (4 wyprowadzenia) i unipolarne (5 lub 6 wyprowadzeń).

Zastosowania

Silniki krokowe są stosowane wszędzie tam, gdzie kluczowe znaczenie ma możliwość precyzyjnego sterowania ruchem, utrzymanie pozycji i zmiana o określoną wartość, w układzie z otwartą pętlą sterowania:

• w szeroko rozumianej automatyce – w mechanicznych urządzeniach regulacyjnych (np. automatycznych zaworach);
• w urządzeniach pomiarowych np. zegarach kwarcowych do przesuwania wskazówek;
• w robotyce – do sterowania ruchem ramion robotów, kół w automatycznych wózkach widłowych itp.;
• w drukarkach igłowych i atramentowych oraz ploterach – do sterowania ruchem głowicy drukującej/igły i przesuwu papieru/folii;
• w napędach CD/DVD – do sterowania ruchem głowicy czytającej zawierającej laser;
• w samochodach – otwieranie przepustnicy.

Zalety i wady silników krokowych

Zalety

• Kąt obrotu silnika jest proporcjonalny do liczby impulsów wejściowych.
• Silnik pracuje z pełnym momentem w stanie spoczynku (o ile uzwojenia są zasilane).
• Precyzyjne pozycjonowanie i powtarzalność ruchu – dobre silniki krokowe mają dokładność ok. 3–5% kroku i błąd ten nie kumuluje się z kroku na krok.
• Możliwość bardzo szybkiego rozbiegu, hamowania i zmiany kierunku.
• Niezawodne – ze względu na brak szczotek. Żywotność silnika zależy zatem tylko od żywotności łożysk.
• Zależność obrotów silnika od dyskretnych impulsów umożliwia sterowanie w pętli otwartej, przez co silnik krokowy jest łatwiejszy i tańszy w sterowaniu.
• Możliwość osiągnięcia bardzo małych prędkości synchronicznych obrotów z obciążeniem umocowanym bezpośrednio na wale silnika.
• Szeroki zakres prędkości obrotowych uzyskiwany dzięki temu, że prędkość jest proporcjonalna do częstotliwości impulsów wejściowych.
• Jedną z najbardziej znaczących zalet silnika krokowego jest możliwość dokładnego sterowania w pętli otwartej. Praca w pętli otwartej oznacza, że nie potrzeba sprzężenia zwrotnego – informacji o położeniu. Takie sterowanie eliminuje potrzebę stosowania kosztownych urządzeń sprzężenia zwrotnego, takich jak np. enkodery optoelektroniczne. Pozycje okeśla się zliczając impulsy wejściowe od położenia skrajnego. Ponieważ (patrz: wady) w silniku krokowym może jednak wystąpić zjawisko gubienia kroków, np. przy niewłaściwym sterowaniu lub nadmiernym obciążeniu silnika, nie można tej zalety traktować jako gwarantowanej dla każdego silnika krokowego i dowolnych warunków jego pracy.

Wady

• Rezonanse mechaniczne pojawiające się przy niewłaściwym sterowaniu.
• Trudności przy pracy z bardzo dużymi prędkościami.
• W praktyce małe maksymalne obroty: rzędu kilku-kilkuset obrotów na minutę.
• Występuje zjawisko gubienia kroków
• Duży pobór prądu
• Duża emisja ciepła

Przypisy