Silnik krokowy 42BYGH118-01B Silnik krokowy 42BYGH118-01B

Silnik krokowy – Budowa, zasada działania i zastosowania

Silnik krokowy to unikalny rodzaj silnika elektrycznego, który obraca się o określony kąt (tzw. krok) w odpowiedzi na impulsy elektryczne. Zamiast obracać się w sposób ciągły, jak to ma miejsce w przypadku silników prądu stałego (DC) lub prądu przemiennego (AC), silnik krokowy wykonuje ruchy o stałych kątach, co czyni go idealnym do zastosowań wymagających precyzyjnej kontroli pozycji i prędkości. Ze względu na swoje specyficzne właściwości, znalazł szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach, takich jak robotyka, automatyka przemysłowa, urządzenia medyczne czy drukarki 3D.

Budowa silnika krokowego

Silnik krokowy składa się z dwóch głównych części: stojana i wirnika. Stojan to nieruchoma część silnika, zawierająca zestaw cewek elektromagnetycznych, które generują zmienne pole magnetyczne. Wirnik, będący ruchomą częścią silnika, wykonuje określone ruchy kątowe w zależności od przyłożonego pola magnetycznego. Ze względu na konstrukcję, silniki krokowe można podzielić na trzy główne typy:

  1. Silniki krokowe o zmiennej reluktancji (Variable Reluctance)
    • W silnikach tych wirnik wykonany jest z materiału ferromagnetycznego i posiada zęby, które przyciągane są przez uzwojenia stojana. Zmiana stanu uzwojeń prowadzi do przesuwania się wirnika z zęba na ząb.
  2. Silniki krokowe hybrydowe
    • Są połączeniem silników o zmiennej reluktancji i silników o magnesie trwałym. Wirnik składa się z dwóch magnetycznych biegunów (północnego i południowego), co pozwala na bardziej precyzyjne kontrolowanie ruchu i większy moment obrotowy w porównaniu do silników o zmiennej reluktancji.
  3. Silniki krokowe z magnesem trwałym
    • Wirnik w tego typu silnikach zawiera magnesy trwałe, które oddziałują z polami magnetycznymi generowanymi przez cewki stojana. Tego typu silniki charakteryzują się stosunkowo dużym momentem obrotowym, ale niższą precyzją w porównaniu do hybrydowych.
Silnik krokowy WOBIT 42BYGH118-01B
Silnik krokowy 42BYGH118-01B

Zasada działania

Działanie silnika krokowego opiera się na sterowaniu sekwencyjnym przepływem prądu przez uzwojenia stojana. Każde przełączenie cewki powoduje przesunięcie wirnika o określony kąt. Przykładowo, w standardowym silniku krokowym 200 kroków przypada na jeden pełny obrót, co oznacza, że kąt jednego kroku wynosi 1,8°. Zwiększając liczbę kroków w jednym pełnym obrocie, można osiągnąć jeszcze większą precyzję, co jest kluczowe w wielu zastosowaniach.

Silniki krokowe mogą pracować w różnych trybach, takich jak:

  1. Tryb pełnokrokowy (Full Step)
    • W tym trybie, cewki stojana są zasilane w określonej kolejności, powodując ruch wirnika o pełny krok przy każdym przełączeniu. Jest to najbardziej podstawowy tryb pracy, charakteryzujący się dużym momentem obrotowym, ale stosunkowo niską precyzją.
  2. Tryb półkrokowy (Half Step)
    • W trybie półkrokowym silnik wykonuje kroki mniejsze o połowę niż w trybie pełnokrokowym, co zwiększa precyzję i zapewnia płynniejszy ruch. W tym trybie zasilane są jednocześnie dwie cewki, a następnie jedna, co redukuje wibracje silnika.
  3. Tryb mikrokrokowy (Microstepping)
    • To najbardziej zaawansowany tryb pracy silnika krokowego, w którym zmienia się prąd zasilający uzwojenia w sposób ciągły, co pozwala na wykonywanie bardzo małych kroków (do ułamka pełnego kroku). Zapewnia to płynniejszy ruch, większą precyzję i redukcję hałasu, ale wymaga bardziej skomplikowanego sterowania.

Zastosowania silników krokowych

Silniki krokowe znajdują szerokie zastosowanie w urządzeniach wymagających precyzyjnego sterowania położeniem i prędkością. Do najpopularniejszych zastosowań należą:

  • Robotyka: Precyzyjna kontrola ruchu ramion robotów, mechanizmów obrotowych oraz manipulatorów.
  • Drukarki 3D: Dokładne przesuwanie głowicy drukującej oraz stołu roboczego, co pozwala na tworzenie trójwymiarowych modeli z dużą precyzją.
  • Maszyny CNC: Sterowanie ruchem narzędzi w trójosiowych maszynach do obróbki materiałów.
  • Sprzęt medyczny: Ruch mechanizmów w aparaturze do rezonansu magnetycznego (MRI), tomografii komputerowej (CT) i innych urządzeniach diagnostycznych.
  • Urządzenia optyczne: Precyzyjne ustawianie soczewek w kamerach i mikroskopach.
  • Napędy dysków twardych: Sterowanie ruchem głowicy odczytującej, umożliwiające szybki i dokładny dostęp do danych.

Zalety i wady silników krokowych

Zalety:

  • Precyzyjna kontrola położenia: Dzięki pracy w dyskretnych krokach możliwe jest dokładne ustalanie pozycji wirnika bez potrzeby stosowania sprzężenia zwrotnego.
  • Proste sterowanie: Silniki krokowe można kontrolować za pomocą mikrokontrolera lub dedykowanego sterownika bez potrzeby stosowania skomplikowanych algorytmów.
  • Płynna praca w trybie mikrokrokowym: Tryb mikrokrokowy pozwala na redukcję wibracji i hałasu, co jest szczególnie ważne w aplikacjach wymagających cichej pracy.

Wady:

  • Ograniczona prędkość: Ze względu na skokowy charakter ruchu, silniki krokowe osiągają mniejsze prędkości obrotowe w porównaniu do silników prądu stałego.
  • Brak sprzężenia zwrotnego: Standardowe silniki krokowe nie posiadają informacji zwrotnej o położeniu, co może prowadzić do utraty kroków i błędów w pozycjonowaniu.
  • Zwiększone zużycie energii: Silniki krokowe pobierają prąd nawet wtedy, gdy stoją w miejscu, co zwiększa ich zapotrzebowanie na energię w porównaniu do innych silników.

Podsumowanie

Silniki krokowe to niezwykle wszechstronne i precyzyjne urządzenia, które znalazły szerokie zastosowanie w automatyce, robotyce, medycynie i przemyśle. Choć posiadają pewne wady, ich zalety, takie jak precyzyjna kontrola pozycji i prostota sterowania, sprawiają, że są idealnym wyborem do wielu aplikacji wymagających dokładności i niezawodności. W miarę postępu technologii i rozwoju układów sterujących, silniki krokowe będą dalej udoskonalane, aby sprostać coraz bardziej wymagającym aplikacjom.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Przegląd prywatności

Ta strona korzysta z ciasteczek, aby zapewnić Ci najlepszą możliwą obsługę. Informacje o ciasteczkach są przechowywane w przeglądarce i wykonują funkcje takie jak rozpoznawanie Cię po powrocie na naszą stronę internetową i pomaganie naszemu zespołowi w zrozumieniu, które sekcje witryny są dla Ciebie najbardziej interesujące i przydatne.

Ściśle niezbędne ciasteczka

Niezbędne ciasteczka powinny być zawsze włączone, abyśmy mogli zapisać twoje preferencje dotyczące ustawień ciasteczek.

Jeśli wyłączysz to ciasteczko, nie będziemy mogli zapisać twoich preferencji. Oznacza to, że za każdym razem, gdy odwiedzasz tę stronę, musisz ponownie włączyć lub wyłączyć ciasteczka.

Ciasteczka stron trzecich

Ta strona korzysta z Google Analytics do gromadzenia anonimowych informacji, takich jak liczba odwiedzających i najpopularniejsze podstrony witryny.

Włączenie tego ciasteczka pomaga nam ulepszyć naszą stronę internetową.