Ako fungujú krokové motory

V tomto príspevku sa dozvieme o krokovom motore. Budeme skúmať, čo je krokový motor, jeho základný pracovný mechanizmus, typy krokového motora, režimy krokovania a nakoniec jeho výhody a nevýhody.

Čo je to krokový motor?

Krokový motor je bezkartáčový motor, ktorého rotujúci hriadeľ (rotor) dokončí jednu rotáciu so stanoveným počtom krokov. Vďaka stupňovitej povahe rotácie získava meno ako krokový motor.

Krokový motor poskytuje presná kontrola uhla otáčania a rýchlosť. Jedná sa o otvorenú slučku, čo znamená, že nie je implementovaný žiadny mechanizmus spätnej väzby na sledovanie rotácie.

Môže okamžite meniť rýchlosť, meniť smer otáčania a zaistiť sa v jednej polohe. Počet krokov je určený počtom zubov v rotore. Napríklad: ak krokový motor pozostáva z 200 zubov, potom

360 (stupeň) / 200 (počet zubov) = 1,8 stupňa

Takže každý krok bude mať 1,8 stupňa. Krokové motory sú riadené mikrokontrolérmi a obvodom budiča. Je široko používaný v laserových tlačiarňach, 3D tlačiarňach, optických jednotkách, robotike atď.

Základný pracovný mechanizmus:

Krokový motor môže pozostávať z niekoľkých počtov pólov navinutých izolovaným medeným drôtom nazývaným stator alebo nepohyblivá časť motora. Pohyblivá časť motora sa nazýva rotor, ktorý sa skladá z niekoľkých zubov.

Keď je jeden pól napájaný, najbližšie zuby sa vyrovnajú s týmto napájaným pólom a druhý zub na rotore sa mierne posunie alebo nezarovná s ostatnými beznapäťovými pólmi.

Nasledujúci pól bude napájaný a predchádzajúci pól bude odpojený od energie. Nezaradené póly sa teraz vyrovnajú s aktuálne napájaným pólom, čo robí jediný krok.

Nasledujúci pól je napájaný a predchádzajúci pól je odpojený od energie, čo znamená ďalší krok a tento cyklus pokračuje niekoľkokrát, aby sa urobilo jedno úplné otočenie.

Tu je ďalší veľmi jednoduchý príklad fungovania krokového motora:

Zuby rotora sú obvykle magnety usporiadané striedavo na severný a južný pól. Rovnako ako póly odpudzujú a na rozdiel od priťahovania pólov je teraz vinutie pólu „A“ pod napätím a predpokladá sa, že pól pod napätím je ako severný pól a rotor ako južný pól, čo priťahuje južný pól rotora smerom k statoru pólu „A“, ako je to znázornené na obrázku.

Teraz je pól A bez napätia a pól „B“ je pod napätím, teraz sa južný pól rotora vyrovná s pólom „B“. Podobný pól „C“ a pól „D“ sa budú napájať a vypínať rovnakým spôsobom na dokončenie jednej rotácie.

Teraz by ste pochopili, ako funguje krokový motor.

Typy krokového motora:

Existujú tri typy krokových motorov:

• Stepper s permanentným magnetom
• Variabilný neochotný stepper
• Hybridný synchrónny stepper

Krokový magnet s permanentným magnetom:

Krokové motory s permanentnými magnetmi používajú zuby s permanentnými magnetmi v rotore, ktoré sú usporiadané striedavo s pólmi (sever-juh-sever-juh ...), čo zaisťuje vyšší krútiaci moment.

Variabilný neochotný krokovač:

Variabilný krokový reluktant používa materiál mäkkého železa ako rotor s niekoľkými počtom zubov a pracuje na princípe, že minimálne reluktanty sa vyskytujú pri minimálnej medzere, čo znamená, že najbližšie zuby rotora sú priťahované k pólu, keď sú pod napätím, ako je kov priťahovaný smerom k magnetu.

Hybridný synchrónny stepper:

V hybridnom krokovom motore sa kombinuje vyššie uvedená metóda, aby sa dosiahol maximálny krútiaci moment. Toto je najbežnejší typ krokového motora a tiež drahá metóda.
Krokové režimy:

Existujú 3 typy režimov krokovania

• Režim plného krokovania
• Režim polovičného kroku
• Mikro krokový režim

Režim úplného kroku:

V režime úplného kroku sa dá porozumieť nasledujúcemu príkladu: ak má krokový motor 200 zubov, potom je jeden celý krok 1,8 stupňa (ktorý je uvedený na začiatku článku), nebude sa otáčať o menej alebo viac ako 1,8 stupňa.

Celý krok je ďalej rozdelený do dvoch typov:

• Jednofázový režim
• Dvojfázový režim

V oboch fázových režimoch trvá rotor jeden celý krok, základný rozdiel medzi nimi je, že jeden režim poskytuje menší krútiaci moment a dvojfázový režim väčší krútiaci moment.

• Jednofázový režim:

V jednofázovom režime je v danom čase napájaná iba jedna fáza (skupina vinutia / pólu), čo je metóda s najmenšou spotrebou energie, ale tiež poskytuje menší krútiaci moment.

• Dvojfázový režim:

V dvojfázovom režime sú dvojfázové (dve skupiny vinutia / pólu) napájané v danom čase a vytvárajú viac krútiaceho momentu (30% až 40%) v jednofázovom režime.

Režim polovičného krokovania:

Režim polovičného krokovania sa vykonáva pre dvojnásobné rozlíšenie motora. V polovici kroku, ako už názov napovedá, trvá polovica jedného celého kroku, namiesto úplného 1,8 stupňa trvá polovičný krok 0,9 stupňa.
Polkrok sa dosiahne alternatívnou zmenou jednofázového režimu a dvojfázového režimu. Znižuje namáhanie mechanických častí a zvyšuje plynulosť otáčania. Polkrok znižuje krútiaci moment asi o 15%. Ale krútiaci moment je možné zvýšiť zvýšením prúdu privádzaného do motora.

Mikrokrokovanie:

Pre najhladšie otáčanie sa vykonáva mikrošliapanie. Jeden celý krok je rozdelený až na 256 krokov. Pre mikrokrokovanie je potrebný špeciálny mikrokrokový radič. Jeho krútiaci moment je odvodený zhruba o 30%.

Pre otáčanie kvapaliny musia vodiči vkladať sínusové vlny. Budiče dávajú dva sínusové vstupy s 90 stupňovým vyraďovaním.

Poskytuje najlepšiu kontrolu nad rotáciou a významne znižuje mechanické namáhanie a znižuje prevádzkový hluk.

Hlavné výhody a nevýhody krokového motora sa dajú naučiť pomocou nasledujúcich bodov:

Výhody:

• Najlepšia kontrola nad uhlovou rotáciou.
• Vysoký krútiaci moment pri nízkych otáčkach.
• Okamžitá zmena v smere otáčania.
• Minimálna mechanická konštrukcia.

Nevýhody:

• Energia sa spotrebováva aj bez rotácie, čím sa zaistí rotor v pevnej polohe.
• Neexistuje žiadny mechanizmus spätnej väzby, ktorý by korigoval rotačné chyby a sledoval aktuálnu polohu.
• Vyžaduje komplikovaný obvod vodiča.
• Krútiaci moment sa pri vyššej rýchlosti znižuje.
• Nie je ľahké ovládať motor pri vyšších otáčkach.