{"id":2425,"date":"2019-12-19T13:07:37","date_gmt":"2019-12-19T12:07:37","guid":{"rendered":"https:\/\/botland.com.pl\/blog\/?p=2425"},"modified":"2025-01-17T10:42:18","modified_gmt":"2025-01-17T09:42:18","slug":"silniki-krokowe-jak-to-dziala","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/botland.com.pl\/blog\/silniki-krokowe-jak-to-dziala\/","title":{"rendered":"Silniki krokowe – Jak to dzia\u0142a?"},"content":{"rendered":"Czas czytania:<\/span> 10<\/span> min.<\/span><\/span>\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t
\n\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t
<\/div>\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\tSilniki krokowe - Ceny<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t
Falowniki, kt\u00f3re steruj\u0105 prac\u0105 silnika<\/strong> w spos\u00f3b skalarny, zmieniaj\u0105 cz\u0119stotliwo\u015b\u0107 napi\u0119cia zasilania, co wywo\u0142uje zmian\u0119 pr\u0119dko\u015bci obrotowej silnika. R\u00f3wnolegle przekszta\u0142cana jest tak\u017ce warto\u015b\u0107 napi\u0119cia przekazywanego na zaciski.<\/div>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t

<\/p>\n

Wyobra\u017amy sobie prost\u0105 czynno\u015b\u0107, jak\u0105 jest dotkni\u0119cie opuszkiem palca w czubek nosa. Spr\u00f3bujmy teraz zrobi\u0107 to z zamkni\u0119tymi oczami – w dalszym ci\u0105gu si\u0119 \u0142atwo udaje, a wszystko dzi\u0119ki impulsom steruj\u0105cym wysy\u0142anym z m\u00f3zgu do unerwienia uk\u0142adu narz\u0105d\u00f3w ruchu. Pozornie niepowi\u0105zane ze sob\u0105 czynno\u015bci, takie jak wykonywanie skoku o tyczce, operacja chirurgiczna przeszczepu rog\u00f3wki oka, honowanie tulei cylindra silnika t\u0142okowego, czy kalibracja urz\u0105dze\u0144 pomiarowych wymagaj\u0105 obecno\u015bci wsp\u00f3lnego czynnika, jakim jest precyzja ruch\u00f3w ludzkich r\u0105k. Teraz wyobra\u017amy sobie, \u017ce chcemy zbudowa\u0107 rami\u0119 robota, kt\u00f3rego zadaniem jest odwzorowanie wsp\u00f3\u0142pracy mi\u0119\u015bni r\u0119ki z uk\u0142adem kostnym za pomoc\u0105 zespo\u0142u odpowiednio po\u0142\u0105czonych ze sob\u0105 k\u00f3\u0142, przek\u0142adni, zawias\u00f3w, ram i innych cz\u0119\u015bci ruchomych – czy to nie brzmi imponuj\u0105co? Jednym z najwi\u0119kszych problem\u00f3w przy stworzeniu takiej konstrukcji, jest dobranie odpowiedniego nap\u0119du, kt\u00f3ry jest jednym z najwa\u017cniejszych czynnik\u00f3w pod k\u0105tem precyzji wykonywanych ruch\u00f3w. Zwyk\u0142e silniki elektryczne, kt\u00f3rych wirnik obraca si\u0119 w spos\u00f3b ci\u0105g\u0142y (spotykane m.in. w elektronarz\u0119dziach r\u0119cznych) nie b\u0119d\u0105 dostatecznie spe\u0142nia\u0142y swojego zadania w takiej aplikacji. W tym celu, popularnie wykorzystywane s\u0105 silniki, kt\u00f3re sterowane z odpowiedniego uk\u0142adu elektronicznego, w odr\u00f3\u017cnieniu od konwencjonalnych silnik\u00f3w elektrycznych wykorzystuj\u0105 wirnik obracaj\u0105cy si\u0119 w spos\u00f3b dyskretny, gdzie sko\u0144czona ilo\u015b\u0107 pojedynczych krok\u00f3w reprezentowanych przez obr\u00f3t o powtarzalny k\u0105t tworzy po zsumowaniu obr\u00f3t o k\u0105t pe\u0142ny. W tym artykule przedstawimy czym s\u0105 silniki krokowe, jakie s\u0105 ich tajniki budowy i zasada dzia\u0142ania, w jakich aplikacjach mo\u017cna je spotka\u0107, a tak\u017ce jakie s\u0105 ich wady i zalety. Zatem je\u015bli interesuje Ci\u0119, co to jest silnik krokowy<\/b>, to czytaj dalej.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Konwencjonalne silniki elektryczne – nie dla robot\u00f3w?<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Zanim przejdziemy do budowy i zasady dzia\u0142ania silnika krokowego, przyjrzyjmy si\u0119 dlaczego konwencjonalny silnik elektryczny szczotkowy, w kt\u00f3rym wirnik obraca si\u0119 w spos\u00f3b ci\u0105g\u0142y, nie jest za dobrym rozwi\u0105zaniem w konstrukcjach robot\u00f3w w kwestii precyzji wykonywanych ruch\u00f3w. Silniki komutatorowe pr\u0105du sta\u0142ego zbudowane s\u0105 z elementu nieruchomego (stojana) w kszta\u0142cie pier\u015bcienia walcowego przeci\u0119tego na p\u00f3\u0142 wzd\u0142u\u017c jego osi wysoko\u015bci oraz elementu ruchomego – wirnika tworzonego przez uzwojenia, do kt\u00f3rych jest dostarczane napi\u0119cie zasilaj\u0105ce za po\u015brednictwem szczotek w\u0119glowych lub w\u0119glowo-grafitowych i pier\u015bcieni komutatora \u2013 specjalnego obwodu prze\u0142\u0105czaj\u0105cego, dzi\u0119ki kt\u00f3remu wirnik wykonuje obr\u00f3t w jednym kierunku. Pole magnetyczne zasilanego wirnika (elektromagnesu) oddzia\u0142uje z polem magnetycznym stojana (magnesu sta\u0142ego), wprawiaj\u0105c wirnik w ruch obrotowy. Silniki elektryczne mog\u0105 r\u00f3wnie\u017c pracowa\u0107 w oparciu o zjawisko indukcji elektromagnetycznej, bez u\u017cywania komutatora \u2013 dotyczy to m.in. maszyn asynchronicznych z wirnikiem klatkowym i pomocniczym obwodem fazy rozruchowej oraz pier\u015bcieniowym ze zmienn\u0105 rezystancj\u0105 uzwoje\u0144 oraz maszyn synchronicznych, w kt\u00f3rych uzwojenie wzbudzenia, zwykle umieszczone na wirniku, jest zasilane pr\u0105dem sta\u0142ym. Zar\u00f3wno silniki pr\u0105du sta\u0142ego, jak i przemiennego mo\u017cna spotka\u0107 w wielu maszynach i urz\u0105dzeniach u\u017cytku domowego i profesjonalnego o zasilaniu sieciowym i bateryjnym \u2013 m.in. w pralkach, klimatyzatorach, elektronarz\u0119dziach r\u0119cznych, komputerach, przeno\u015bnikach ta\u015bmowych, suwnicach, dronach, zabawkach, pojazdach i wielu innych. Niezale\u017cnie o konstrukcji silnika i jego zasady dzia\u0142ania, jego zadaniem jest przetworzenie energii elektrycznej na energi\u0119 mechaniczn\u0105. Poza takimi rozwi\u0105zaniami jak zmiana liczby par biegun\u00f3w wirnika oraz prze\u0142\u0105czanie uzwoje\u0144, r\u00f3wnie\u017c wsp\u00f3\u0142czesna elektronika i oprogramowanie, umo\u017cliwiaj\u0105 precyzyjne sterowanie prac\u0105 silnika z uwzgl\u0119dnieniem pr\u0119dko\u015bci obrotowej i kierunku obrot\u00f3w. Teraz za\u0142\u00f3\u017cmy, \u017ce chcemy zbudowa\u0107 zrobotyzowane rami\u0119 robota o nap\u0119dzie elektrycznym, kt\u00f3ry wykonuje do\u015b\u0107 wymy\u015blne zadanie \u2013 poprzez wykonywanie na po\u0142\u0105czeniach ruchomych jego ramienia ruch\u00f3w obrotowych o k\u0105cie z dok\u0142adno\u015bci\u0105 do 1\u00ba, robot chwyta kubek z naszym ulubionym napojem i przenosi go na biurku \u2013 od dzbanka do okolicy myszy komputerowej. Stosuj\u0105c jeden lub kilka odpowiednio zamontowanych silnik\u00f3w elektrycznych wprawiaj\u0105cych w ruch rami\u0119 robota, kt\u00f3re s\u0105 za\u0142\u0105czane i wy\u0142\u0105czane na bardzo kr\u00f3tkie czasy pracy, uzyskujemy w ten spos\u00f3b zmian\u0119 pozycji geometrycznej o jaki\u015b k\u0105t i zatrzymanie ramienia w tej pozycji. S\u0119k w tym, \u017ce nie wiadomo, o jaki dok\u0142adny k\u0105t wirniki poszczeg\u00f3lnych silnik\u00f3w wykona\u0142y obr\u00f3t, co jest zale\u017cne od wielu czynnik\u00f3w, takich jak parametry elektryczne i mechaniczne silnika – jego mocy, parametr\u00f3w przebiegu czasowego napi\u0119cia zasilania, momentu na wale oraz parametr\u00f3w mechanicznych ramienia robota. Robot zbudowany w oparciu o konwencjonalne silniki elektryczne, m\u00f3g\u0142by najwy\u017cej doprowadzi\u0107 do rozlania naszego ulubionego napoju \u2013 w najgorszym przypadku na klawiatur\u0119 komputera. Aby temu zapobiec, najlepiej do naszego niecnego planu wykorzysta\u0107 silniki krokowe \u2013 szczeg\u00f3lny rodzaj silnik\u00f3w pr\u0105du sta\u0142ego, kt\u00f3ry przewa\u017caj\u0105c nad konwencjonalnymi silnikami, mo\u017ce wykonywa\u0107 obroty o dok\u0142adny k\u0105t, w zale\u017cno\u015bci od parametr\u00f3w konstrukcyjnych silnika i przyrz\u0105d\u00f3w wsp\u00f3\u0142pracuj\u0105cych z nim.<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Silniki krokowe \u2013 charakterystyka<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Cho\u0107 silniki krokowe r\u00f3wnie\u017c wykorzystuj\u0105 napi\u0119cie sta\u0142e tak jak tradycyjne silniki pr\u0105du sta\u0142ego obracaj\u0105ce si\u0119 w spos\u00f3b ci\u0105g\u0142y, to ich konstrukcja jest nieco odmienna wzgl\u0119dem tych drugich. Podstawow\u0105 r\u00f3\u017cnic\u0105 jest brak szczotek i komutatora \u2013 element\u00f3w odpowiadaj\u0105cych za zasilanie wirnika i jego obracanie si\u0119 w sta\u0142ym kierunku. Silniczek krokowy – co to jest?<\/b> Za co odpowiada to urz\u0105dzenie? W dalszej cz\u0119\u015bci artyku\u0142u dowiesz si\u0119 wi\u0119cej.\u00a0<\/p>\n

Silnik krokowy – co to jest?<\/h2>\n

Silnik krokowy to swego rodzaju silnik bezszczotkowy, jednak pod t\u0105 nazw\u0105 znane s\u0105 przede wszystkim silniki pr\u0105du sta\u0142ego oznaczane jako BLDC, a tak\u017ce podobne konstrukcje w postaci maszyn synchronicznych z magnesami trwa\u0142ymi, kt\u00f3re s\u0105 zasilane napi\u0119ciem przemiennym. Kolejn\u0105 r\u00f3\u017cnic\u0105 jest konstrukcja wirnika. W zwyk\u0142ym silniku pr\u0105du sta\u0142ego, ruch obrotowy powstaje w wyniku oddzia\u0142ywania pola magnetycznego magnesu trwa\u0142ego (stojana) z polem magnetycznym elektromagnesu (wirnika) pochodz\u0105cym od pr\u0105du w jego uzwojeniach.\u00a0<\/p>\n

Budowa silnika krokowego<\/h2>\n

Natomiast w silniku krokowym, wyst\u0119puje odwrotna sytuacja – to wirnik jest zbudowany z magnesu trwa\u0142ego, a uzwojenie jest tworzone przez elektromagnesy. Nast\u0119pn\u0105 r\u00f3\u017cnic\u0105 konstrukcyjn\u0105, jest budowa stojana i wirnika. Zamiast monolitycznego magnesu (stojana) i jednego przewodu u\u0142o\u017conego w uzwojenia (wirnika), silnik krokowy wykorzystuje wirnik w postaci magnesu sta\u0142ego w kszta\u0142cie przypominaj\u0105cym ko\u0142o z\u0119bate, kt\u00f3ry jest podzielony na okre\u015blon\u0105 projektowo liczb\u0119 sekcji oraz stojan, kt\u00f3rego uzwojenie jest podzielone na tak\u0105 sam\u0105 ilo\u015b\u0107 sekcji jak wirnik.\u00a0<\/p>\n

Zasada dzia\u0142ania silnika krokowego<\/h2>\n

Wreszcie, kluczowa r\u00f3\u017cnica – silnik krokowy mo\u017ce nie tylko obraca\u0107 si\u0119 w spos\u00f3b precyzyjny, ale mo\u017ce tak\u017ce na zasadzie sprz\u0119\u017cenia zwrotnego – podtrzyma\u0107 sta\u0142\u0105 pozycj\u0119 w odpowiedzi na zadawane obci\u0105\u017cenie mechaniczne wa\u0142u wirnika, co jest bardzo wa\u017cne ju\u017c na etapie projektowania robot\u00f3w i innych uk\u0142ad\u00f3w elektromaszynowych. Odpowiedni uk\u0142ad sterowania zapewnia dostarczenie napi\u0119cia do uzwoje\u0144 silnika krokowego w spos\u00f3b impulsowy, dzi\u0119ki czemu w odpowiedzi uzyskujemy na wale wirnika odpowiedni\u0105 warto\u015b\u0107 momentu podtrzymania, kt\u00f3ry powoduje utrzymanie wirnika w okre\u015blonej sta\u0142ej pozycji, nawet przy zmianie obci\u0105\u017cenia mechanicznego. W tradycyjnych silnikach elektrycznych, taki efekt jest trudny do osi\u0105gni\u0119cia, \u017ceby nie powiedzie\u0107 \u2013 awykonalny.<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Fizyczne podstawy konstrukcji silnika krokowego i ich wp\u0142yw na jego zasad\u0119 dzia\u0142ania<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Silnik krokowy – co to? Jak dzia\u0142a? Aby odpowiedzie\u0107 na te pytania, przedstawimy teraz zasad\u0119 dzia\u0142ania silnika krokowego w oparciu o jego konstrukcj\u0119. W skr\u00f3cie, wirnik obraca si\u0119 w spos\u00f3b dyskretny \u2013 zgodnie z nazw\u0105 maszyny \u2013 o konkretn\u0105 ilo\u015b\u0107 policzalnych ma\u0142ych krok\u00f3w w wyniku podawania napi\u0119cia na uzwojenia stojana w spos\u00f3b impulsowy, tzn. impuls\u00f3w pola magnetycznego, kt\u00f3rych \u017ar\u00f3d\u0142em jest przep\u0142ywaj\u0105cy w uzwojeniach pr\u0105d wymuszony zadanym napi\u0119ciem. Wirnik silnika krokowego jest zbudowany z dw\u00f3ch tarczy, namagnesowanych przeciwnie wzgl\u0119dem siebie \u2013 podobnie jak w przypadku ziemskiego pola magnetycznego, ka\u017cda z tarcz stanowi biegun odpowiednio p\u00f3\u0142nocny (N) i po\u0142udniowy (S). Kraw\u0119dzie obu tarcz oddzia\u0142uj\u0105 wzgl\u0119dem siebie wskutek przeciwnego namagnesowania. Stojan umiejscowiony wok\u00f3\u0142 wirnika, stanowi\u0105 niezale\u017cne wzgl\u0119dem siebie elektromagnesy, kt\u00f3rych bieguny po\u0142\u0105czone ze sob\u0105 w pary roz\u0142o\u017cone przeciwsobnie wzgl\u0119dem siebie, kt\u00f3re w wyniku podania napi\u0119cia, powoduj\u0105 obr\u00f3cenie si\u0119 wirnika. Ilo\u015b\u0107 jednocze\u015bnie w\u0142\u0105czonych par biegun\u00f3w, wyznacza ilo\u015b\u0107 krok\u00f3w, kt\u00f3re razem tworz\u0105 k\u0105t obrotu wirnika. Przyk\u0142adowo, je\u015bli stojan tworzy 100 par biegun\u00f3w i chcemy, aby silnik wykona\u0142 obr\u00f3t o k\u0105t 36\u00ba, w\u00f3wczas wymagane jest podanie napi\u0119cia na 10 par biegun\u00f3w kolejno roz\u0142o\u017conych wzgl\u0119dem siebie.<\/p>\n

\u00a0<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

W jaki spos\u00f3b silnik krokowy si\u0119 obraca?<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

\u017beby prosto zobrazowa\u0107 zasad\u0119 dzia\u0142ania silnika krokowego z magnesami trwa\u0142ymi, przedstawimy j\u0105 na prymitywnym modelu, kt\u00f3rego stojan jest wyposa\u017cony w dwie pary biegun\u00f3w z uzwojeniami, a tarcza wirnika jest czteroz\u0119bna, jej struktura magnetyczna jest dwubiegunowa \u2013 oznacza to, \u017ce jego rozdzielczo\u015b\u0107 krokowa – czyli liczba krok\u00f3w na pe\u0142ny obr\u00f3t wynosi 4, co oznacza, \u017ce dla pojedynczego kroku, wirnik silnika wykonuje obr\u00f3t o k\u0105t 90\u00ba. Elektromagnesy s\u0105 roz\u0142o\u017cone na wz\u00f3r kompasu \u2013 tzn, tak jakby wskazywa\u0142y kierunki \u2013 p\u00f3\u0142noc, wsch\u00f3d, po\u0142udnie i zach\u00f3d lub analogicznie do tarczy zegara wskaz\u00f3wkowego \u2013 odpowiednio na miejscu godzin ”12”, ”3\u201d, ”6” i ”9”. W pierwszym kroku, w\u0142\u0105czenie pary elektromagnes\u00f3w na godzinach ”3\u201d i ”9\u201d powoduje powstanie pola magnetycznego, kt\u00f3re odpycha wirnik powoduj\u0105c jego obr\u00f3t \u0107wier\u0107 obrotu. W drugim kroku, elektromagnesy ”3\u201d i ”9\u201d zostaj\u0105 wy\u0142\u0105czone i w tym samym momencie zostaj\u0105 za\u0142\u0105czone elektromagnesy ”12\u201d i ”6”, kt\u00f3re oddzia\u0142uj\u0105c z polem magnetycznym wirnika, powoduj\u0105 jego obr\u00f3cenie o kolejne \u0107wier\u0107 obrotu. W trzecim kroku, zostaj\u0105 wy\u0142\u0105czone uzwojenia ”12\u201d i ”6” oraz w\u0142\u0105czone ponownie uzwojenia ‘3\u201d i ”9\u201d – \u017ceby wirnik kontynuowa\u0142 obr\u00f3t w tym samym kierunku, konieczne jest podanie napi\u0119cia o biegunowo\u015bci odwrotnej wzgl\u0119dem napi\u0119cia podanego w pierwszym kroku. Czwarty krok jest identyczny jak drugi, ale tu r\u00f3wnie\u017c jest wymagane podanie napi\u0119cia o wstecznej biegunowo\u015bci, aby wirnik obraca\u0142 si\u0119 w tym samym kierunku.<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Liczba par biegun\u00f3w, rozdzielczo\u015b\u0107 krokowa i jej wp\u0142yw na dok\u0142adno\u015b\u0107 pracy silnika krokowego<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Z zasady dzia\u0142ania silnika krokowego o dw\u00f3ch parach uzwoje\u0144 wynika, \u017ce s\u0105 one w\u0142\u0105czane i wy\u0142\u0105czane naprzemiennie. W konstrukcjach o wi\u0119kszej ilo\u015bci par biegun\u00f3w stojana i wirnika, mo\u017cna zauwa\u017cy\u0107 mniejsze odst\u0119py k\u0105towe mi\u0119dzy uzwojeniami \u2013 przyk\u0142adowo, silnik o trzech parach biegun\u00f3w b\u0119dzie mia\u0142 elektromagnesy roz\u0142o\u017cone co 60\u00ba, a dla czterech par biegun\u00f3w \u2013 co 45\u00ba. Istniej\u0105 tak\u017ce konstrukcje z nieparzyst\u0105 liczb\u0105 biegun\u00f3w \u2013 np. silnik z trzema uzwojeniami tak jak w klasycznych silnikach tr\u00f3jfazowych pr\u0105du przemiennego, ma uzwojenia roz\u0142o\u017cone z odst\u0119pami o 120\u00ba wzgl\u0119dem siebie. Natomiast tarcze wirnika silnika krokowego na swoich brzegach maj\u0105 z\u0119by roz\u0142o\u017cone na obwodzie tarczy, a elektromagnesy stojana maj\u0105 naci\u0119cia roz\u0142o\u017cone w identycznych odst\u0119pach jak na tarczach wirnika. Im wi\u0119ksza ilo\u015b\u0107 z\u0119b\u00f3w, tym wi\u0119ksza rozdzielczo\u015b\u0107 krokowa silnika oraz wi\u0119ksze mo\u017cliwo\u015bci wykorzystania silnika w aplikacjach wymagaj\u0105cych wzmo\u017conej dok\u0142adno\u015bci.<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Zalety i wady silnik\u00f3w krokowych w praktyce<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Silniki krokowe maj\u0105 sporo zalet. Ich zastosowanie umo\u017cliwia precyzyjne sterowanie r\u00f3\u017cnymi procesami technologicznymi. W zale\u017cno\u015bci od rozdzielczo\u015bci krokowej silnika, mo\u017cliwe jest uzyskanie obrotu o wymagany k\u0105t. Jednak w przypadku podawania na uzwojenia zbyt du\u017cej liczby impuls\u00f3w np. w ci\u0105gu sekundy, silnik mo\u017ce nie nad\u0105\u017ca\u0107 za uk\u0142adem sterowania, co jest zjawiskiem wysoce niepo\u017c\u0105danych, zw\u0142aszcza w zastosowaniach profesjonalnych \u2013 ograniczeniem jest w\u00f3wczas mechanika cz\u0119\u015bci ruchomych oraz parametry materia\u0142\u00f3w ferromagnetycznych u\u017cytych na wirnik i stojan. W\u00f3wczas dobrym wyj\u015bciem z takiej problematycznej sytuacji, jest wykorzystanie serwomechanizmu z mechanizmem sprz\u0119\u017cenia zwrotnego. Serwomechanizm posiada na elemencie obrotowym wbudowan\u0105 tarcz\u0119 enkodera wsp\u00f3\u0142pracuj\u0105c\u0105 z ogniwem fotoelektrycznym oraz z\u0142\u0105cze do podawania napi\u0119\u0107 zasilania i sterowania. Podzia\u0142 pola tarczy na czarne i bia\u0142e wycinki ko\u0142a o takich samych wymiarach, umo\u017cliwia poprzez czujnik fotoelektryczny dostarczenie informacji do uk\u0142adu sterowania o tym o jaki k\u0105t obr\u00f3ci\u0142 si\u0119 wirnik serwomechanizmu. Takie wykorzystanie sprz\u0119\u017cenia zwrotnego pozwala na uzyskanie precyzyjnej kontroli nad po\u0142o\u017ceniem serwa w por\u00f3wnaniu do zwyk\u0142ego silnika krokowego, ale r\u00f3wnie\u017c jest to rozwi\u0105zanie bardziej kosztowne, st\u0105d silniki krokowe s\u0105 bardziej popularne wzgl\u0119dem serwomechanizm\u00f3w. Cho\u0107 cz\u0119sto silniki krokowe nie doganiaj\u0105 precyzj\u0105 dzia\u0142ania serwomechanizm\u00f3w, to s\u0105 mimo to r\u00f3wnie\u017c wysoce niezawodne. W odpowiedzi na zadane impulsy steruj\u0105ce, silnik odpowiada ustawieniem po\u0142o\u017cenia wa\u0142u w dok\u0142adn\u0105 pozycj\u0119 zadan\u0105 przez uk\u0142ad sterowania w po\u0142\u0105czeniu z dok\u0142adn\u0105 i szybk\u0105 reakcj\u0105 na zmian\u0119 pr\u0119dko\u015bci obrotowej. Ponadto wysoki moment obrotowy oraz niskie wibracje w dolnym zakresie pr\u0119dko\u015bci obrotowej, przemawiaj\u0105 za u\u017cywaniem tych silnik\u00f3w w aplikacjach wymagaj\u0105cych szybkich zmian po\u0142o\u017cenia obiekt\u00f3w nap\u0119dzanych na kr\u00f3tkich odleg\u0142o\u015bciach. Silniki krokowe r\u00f3wnie\u017c zdoby\u0142y popularno\u015b\u0107 w szeroko rozumianym przemy\u015ble, gdzie wymagana jest wysoka dok\u0142adno\u015b\u0107, np. w zautomatyzowanej produkcji p\u00f3\u0142przewodnik\u00f3w, element\u00f3w mechanicznych, paneli fotowoltaicznych, aparatury diagnostycznej, sprz\u0119tu fotograficznego, drukarek, a w motoryzacji jest elementem odpowiadaj\u0105cym za podtrzymywanie obrot\u00f3w silnika spalinowego na biegu ja\u0142owym.<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Wynalezienie silnika krokowego<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Pierwszy silnik krokowy zosta\u0142 skonstruowany w 1912 roku przez Franka Wooda, a po r\u00f3\u017cnych modyfikacjach po dziesi\u0119ciu latach doczeka\u0142 si\u0119 opatentowania poprzez publikacj\u0119 pt. \u201cSztuka wykonywania ruch\u00f3w krok po kroku\u201d. Wynalazek Wooda wykorzystywa\u0142 stojan z\u0142o\u017cony z pi\u0119ciu elektromagnes\u00f3w roz\u0142o\u017conych na obwodzie ko\u0142a, w\u0142\u0105czanych w r\u00f3\u017cnych kombinacjach powoduj\u0105c wprawienie wirnika w ruch obrotowy za pomoc\u0105 pola magnetycznego. Mamy wi\u0119c ju\u017c stworzony silnik krokowy – za co on odpowiada<\/b>? Wg konstruktora, wynalazek ma za zadanie pokaza\u0107 wykonywanie ruchu obrotowego w spos\u00f3b krokowy przy wykorzystaniu naturalnych w\u0142asno\u015bci materia\u0142\u00f3w ferromagnetycznych.\u00a0<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Moment hamowania a moment podtrzymania<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Moment hamowania silnika krokowego odnosi si\u0119 do niewielkiego oporu, kt\u00f3ry jest wyczuwalny, kiedy kr\u0119cimy wa\u0142em silnika, kt\u00f3ry jest wy\u0142\u0105czony spod \u017ar\u00f3d\u0142a napi\u0119cia zasilaj\u0105cego. Obecno\u015b\u0107 tego momentu, jest spowodowana oddzia\u0142ywaniem pola magnetycznego stojana z polem magnetycznym wirnika i jest zale\u017cna od kszta\u0142tu p\u0119tli histerezy indukcji magnetycznej materia\u0142\u00f3w (ich charakterystyki magnesowania – tj. indukcji magnetycznej w funkcji nat\u0119\u017cenia pola magnetycznego). Za\u015b moment podtrzymania obrazuje ile si\u0142y w zale\u017cno\u015bci od d\u0142ugo\u015bci ramienia obci\u0105\u017cenia na wale mo\u017ce zosta\u0107 maksymalnie dostarczonej przy maksymalnej warto\u015bci pr\u0105du pobieranego przez uzwojenia silnika. Jest to jeden z kluczowych parametr\u00f3w przy doborze silnika krokowego pod konkretn\u0105 aplikacj\u0119.<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Sterowanie silnik\u00f3w krokowych w uk\u0142adzie z otwartym i zamkni\u0119tym sprz\u0119\u017ceniem zwrotnym<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Jednym z g\u0142\u00f3wnych atut\u00f3w konstrukcji silnik\u00f3w krokowych, jest przystosowanie ich konstrukcji do pracy w uk\u0142adzie otwartej p\u0119tli sprz\u0119\u017cenia zwrotnego, gdzie silnik jest sterowany sekwencj\u0105 impuls\u00f3w o sta\u0142ych parametrach przebiegu, gdzie nie ma konieczno\u015bci pod\u0142\u0105czania sprz\u0119\u017cenia zwrotnego. Dzi\u0119ki temu koszt aplikacji jest obni\u017cony. Takie rozwi\u0105zanie jest jednak obarczone zwi\u0119kszon\u0105 podatno\u015bci\u0105 na wibracje, pomini\u0119cie krok\u00f3w przy zbyt wysokiej cz\u0119stotliwo\u015bci impuls\u00f3w steruj\u0105cych, a tak\u017ce problemami z osi\u0105gni\u0119ciem du\u017cych pr\u0119dko\u015bci. W\u00f3wczas, w aplikacjach wymagaj\u0105cych wi\u0119kszej niezawodno\u015bci oraz stabilno\u015bci dzia\u0142ania, dobrze jest wprowadzi\u0107 zamkni\u0119te sprz\u0119\u017cenie zwrotne, gdzie mi\u0119dzy uk\u0142adem sterowania a silnikiem jest ci\u0105g\u0142a wymiana informacji nt. parametr\u00f3w pracy silnika, takich jak pr\u0119dko\u015b\u0107 i po\u0142o\u017cenie k\u0105towe wirnika. W\u00f3wczas silnik znacznie zyskuje na wydajno\u015bci i dor\u00f3wnuje parametrom technicznym system\u00f3w opartych na serwomechanizmach. Natomiast wad\u0105 takiego rozwi\u0105zania s\u0105 zwi\u0119kszone koszty.<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Silniki reluktancyjne<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Innym rodzajem silnika krokowego, kt\u00f3ry ma nieco prostsz\u0105 konstrukcj\u0119 w por\u00f3wnaniu do silnik\u00f3w opartych o magnesy sta\u0142e, jest silnik krokowy o zmiennej reluktancji. Silniki te, wyst\u0119puj\u0105 z wirnikiem wykonanym z materia\u0142\u00f3w magnetycznie mi\u0119kkich oraz z diamagnetyk\u00f3w (materia\u0142\u00f3w nie wykazuj\u0105cych w\u0142a\u015bciwo\u015bci magnetycznych), ale podobnie jak silniki krokowe z magnesami sta\u0142ymi, wykorzystuj\u0105 stojan z uzwojeniami zasilanymi. Poniewa\u017c wirnik nie jest namagnesowany lub jest bardzo s\u0142abo namagnesowany, mi\u0119dzy nim a stojanem nie wyst\u0119puje oddzia\u0142ywanie, kiedy w uzwojeniach stojana nie p\u0142ynie pr\u0105d – st\u0105d silniki krokowe typu reluktancyjnego nie dostarczaj\u0105 momentu hamuj\u0105cego. Cho\u0107 wykazuj\u0105 stosunkowo niski moment obrotowy w por\u00f3wnaniu do konstrukcji z magnesami sta\u0142ymi, to przy \u015brodkowym i g\u00f3rnym zakresie obrot\u00f3w okazuj\u0105 si\u0119 by\u0107 lepszym rozwi\u0105zaniem z uwagi na niski spadek momentu obrotowego, a ponadto charakteryzuj\u0105 si\u0119 cich\u0105 prac\u0105, dzi\u0119ki czemu s\u0105 bardzo dobrym rozwi\u0105zaniem dla aplikacji pracuj\u0105cych w obszarach o zaostrzonych normach emisji ha\u0142asu.<\/p>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Inne rodzaje: Konstrukcje hybrydowe – po\u0142\u0105czenie technologii reluktancyjnej z magnesami sta\u0142ymi<\/h2>\n

<\/p>\n

<\/p>\n

Istnieje trzeci rodzaj silnika krokowego, kt\u00f3ry \u0142\u0105czy w sobie zalety konstrukcji reluktancyjnych i z magnesami sta\u0142ymi. Wirnik stanowi\u0105 dwie sekcje wykonane z magnes\u00f3w sta\u0142ych o przeciwnie skierowanych wzgl\u0119dem siebie si\u0142ach. Na obwodzie wirnika znajduj\u0105 si\u0119 z\u0119by, kt\u00f3re s\u0105 wzgl\u0119dem siebie przesuni\u0119te w przeciwfazie – tzn, na wysoko\u015bci z\u0119b\u00f3w ko\u0142a bieguna p\u00f3\u0142nocnego, na kole bieguna po\u0142udniowego znajduj\u0105 si\u0119 wr\u0119by i analogicznie w drug\u0105 stron\u0119. Stojan silnika jest r\u00f3wnie\u017c wyprofilowany na kszta\u0142t koresponduj\u0105cy z z\u0119bami wirnika. Takie rozwi\u0105zanie u\u0142atwia przep\u0142yw strumienia magnetycznego przez szczeliny powietrzne, co na tle konstrukcji reluktancyjnych i z magnesami sta\u0142ymi, wp\u0142ywa du\u017co bardziej korzystnie na moment podtrzymania, moment dynamiczny oraz moment hamowania. Ponadto, silniki hybrydowe wykazuj\u0105 wy\u017csz\u0105 rozdzielczo\u015b\u0107 krokow\u0105 od swoich protoplastycznych konstrukcji o tej samej mocy – jedne z najbardziej precyzyjnych konstrukcji odznaczaj\u0105 si\u0119 rozdzielczo\u015bci\u0105 na poziomie 500 krok\u00f3w, gdzie pojedynczy krok jest r\u00f3wnowa\u017cny obrotowi wirnika o k\u0105t 0,72\u00ba. Istnieje mo\u017cliwo\u015b\u0107 rozszerzenia tej rozdzielczo\u015bci przez u\u017cycie odpowiedniego sterownika z funkcj\u0105 microsteppingu, tj. podzia\u0142u standardowego pojedynczego kroku na jeszcze mniejsze kroki, co pozwala na wykorzystanie silnika w bardziej zaawansowanych aplikacjach, w tym drukarkach 3D – tym sposobem obiekty drukowane zyskuj\u0105 na wierno\u015bci odwzorowania. Konstrukcje hybrydowe odznaczaj\u0105 si\u0119 wysokimi osi\u0105gami pracy, ale wymagaj\u0105 wy\u017cszej precyzji wykonania i st\u0105d r\u00f3wnie\u017c odpowiednio wy\u017cszych nak\u0142ad\u00f3w finansowych wzgl\u0119dem silnik\u00f3w reluktancyjnych i bazuj\u0105cych na magnesach sta\u0142ych. Niemniej jednak, silnik krokowy hybrydowy coraz bardziej zyskuje na popularno\u015bci zar\u00f3wno w\u015br\u00f3d hobbyst\u00f3w, jak i profesjonalist\u00f3w.<\/p>\n

<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t

\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t
\n\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n

Silniki krokowe – FAQ<\/h2>\n\n
\n
\n