Dwubiegunowy silnik krokowy: informacje ogólne, zasada działania silnika

Prawie wszystkie urządzenia elektryczne działają z mechanizmami napędowymi. Mogą mieć inną strukturę i zasadę działania, a także funkcje dostosowywania. Istnieją różne rodzaje takich urządzeń. Jednym z najpopularniejszych i najbardziej przystępnych cenowo jest dwubiegunowy silnik krokowy, dzięki któremu możliwe jest zapewnienie wykonania precyzyjnych systemów pozycjonowania.

Informacje ogólne

Istnieją dwa rodzaje urządzeń: jednobiegunowy silnik krokowy i bipolarny. Urządzenie jest synchronicznym bezszczotkowym silnikiem elektrycznym z jednym lub kilkoma uzwojeniami. Prąd doprowadzany do uzwojeń stojana powoduje unieruchomienie wirnika, dzięki czemu wykonywane są jego dyskretne ruchy kątowe lub kroki.

Pierwsze modele takich urządzeń pojawiły się w latach 30. XIX wieku i były rodzajem magnesu wprawiającego w ruch koło zapadkowe. Podczas włączania przesunął się o wartość stopnia zębatego.

Wcześniej mechanizm był używany na okrętach brytyjskiej marynarki wojennej. aby skierować torpedy we właściwym kierunku.

Kilka lat później armia amerykańska przyjęła to urządzenie i zaczęła aktywnie wykorzystywać je w swoich okrętach wojennych i innych mechanizmach. W 1919 Scotsman Walker otrzymał patent na silnik z wirnikiem.

Obecnie takie mechanizmy są poszukiwane i często wykorzystywane. Silnik krokowy służy do zapewnienia płynnej pracy szlifierek i frezarek, różne sprzęty gospodarstwa domowego, mechanizmy produkcyjne i transportowe, a także dyski twarde do użytku osobistego komputery. Dlatego jest tak poszukiwany. Urządzenie składa się z kilku części:

• sterownik przeznaczony do regulacji pracy napędu krokowego;
• specjalne części magnetyczne;
• uzwojenia;
• panel, który działa jako jednostka sterująca;
• sygnalizatory i nadajniki, dzięki czemu praca urządzenia jest debugowana i nieprzerwana.

Silniki bipolarne mają tylko jedno uzwojenie w jednej fazie, a jednobiegunowe dwa. Te pierwsze są uważane za trudniejsze do kontrolowania, ale zapewniają płynną pracę urządzenia.

Zasada działania

Silnik krokowy działa na prostych zasadach. Pierwszym krokiem jest podanie napięcia na zaciski. Dzięki temu pędzle na samym urządzeniu zaczynają się nieustannie poruszać. Silnik biegu jałowego ma możliwość przetwarzania przychodzących impulsów.

Impulsy te mają kierunek prostokątny, a transformacja przechodzi do ustalonego położenia wału napędowego, który jest do niego przymocowany. W rezultacie wał porusza się pod pewnym kątem. Urządzenia wyposażone w taką skrzynię biegów są dość skuteczne i niezawodne, pod warunkiem, że istnieje kilka elektromagnesów. Powinny znajdować się wokół centralnego kawałka żelaza, który ma ząbkowany kształt.

Zewnętrzny obwód sterujący dostarcza sygnał do magnesu. Jeśli zajdzie potrzeba obrócenia wału w jednym lub drugim kierunku, elektromagnes, do którego został wysłany impuls, zaczyna szybko przyciągać zęby koła. Stopniowo dopasowują się do tego elementu, ale poruszają się w stosunku do innych magnetycznych części oprawy.

Po wyłączeniu pierwszego elektromagnesu włącza się drugi i zaczyna się ciągły ruch przekładni. To wyrównuje część z poprzednim kołem. Ten cykl powtarza się tyle razy, ile jest to konieczne. Każdy z nich nazywany jest stałym krokiem. Dlatego silnik otrzymał swoją nazwę. Możesz obliczyć szybkość jego pracy, licząc kroki niezbędne do zapewnienia pełnego cyklu.

Możesz sterować pracą urządzenia za pomocą specjalnego sterownika. Jest to zwykle konieczne w przypadku ustawienia maszyny lub turbiny wiatrowej.

Tryby podstawowe

Produkt działa w kilku trybach, które są wstępnie skonfigurowane w zależności od potrzeb osoby. Najczęstsze to:

• Tryb falowy polega na przepływie prądu elektrycznego przez tylko jedno uzwojenie. Dziś jest rzadko używany w celu zmniejszenia obciążenia silnika i ilości zużywanej energii elektrycznej.
• Pełny krok - jest używany znacznie częściej i jest uważany za standardowy tryb dla tego typu silnika. Napięcie na uzwojeniu podczas tej operacji jest takie samo i do poprawnej pracy urządzenie wymaga maksymalnego napięcia.
• Tryb półkrokowy to jeden z oryginalnych sposobów na zmianę działania urządzenia bez wpływu na jednostkę sterującą. Polega na jednoczesnym zasilaniu wszystkich par uzwojeń, co prowadzi do obrotu wirnika o połowę jego normalnego skoku. Stosując tę ​​metodę można uzyskać silnik o podwójnej mocy przy minimalnym zużyciu energii. Zużyje się mniej i będzie trwał dłużej niż ten, który stale działa w trybie pełnego kroku.
• Microstepping jest obecnie najczęściej używanym silnikiem krokowym. Zasada działania polega na przyłożeniu do uzwojenia nie impulsu, ale sygnału przypominającego kształtem sinusoidę. Ten tryb sprawia, że ​​silnik działa płynniej, a przejście z jednego kroku do drugiego jest niewidoczne. Dzięki temu zredukowane zostają szarpnięcia i skoki oprawy, może ona funkcjonować jak normalny silnik prądu stałego.

Ten ostatni tryb jest korzystny, ponieważ jest bardziej sposobem zasilania silnika niż sterowania uzwojeniami. Dlatego może być używany z falowym lub pełnokrokowym trybem pracy urządzenia. Jeśli weźmiemy pod uwagę schemat działania urządzenia w trybie mikrokroków, może się wydawać, że kroki stają się większe. W rzeczywistości tak nie jest, ale proces nadal przebiega gładko i nie ma szarpnięć.

Odmiany urządzeń

W zależności od niektórych części rozróżnia się kilka typów silników krokowych. Każdy z nich ma pewne osobliwości działania.

Silnik z magnesami trwałymi jest uważany za najpopularniejszy, jest łatwy w konfiguracji i obsłudze. Urządzenie posiada okrągły magnes, który przypomina dysk i ma różne bieguny. Gdy urządzenie jest włączone, uzwojenia stojana przyciągają i odpychają magnes na wirniku, co zapewnia skręcanie mechanizmu.

Podczas korzystania z tego typu silnika mierzy się wielkość kroku, a wskaźnik waha się w zakresie 45-90 stopni. Łatwość obsługi urządzenia sprawia, że ​​jest ono poszukiwane, a jego długa żywotność pozwala nie myśleć o częstej wymianie.

Przyrząd z magnesem zmiennym

Takie urządzenia nie mają specjalnego magnesu na wirniku. Ta część wykonana jest z magnetycznego, miękkiego metalu, w postaci zębatego dysku przypominającego koło zębate. Na stojanie jest więcej niż cztery różne uzwojenia. Są zasilane w przeciwnych parach i przyciągają wirnik.

Należy zauważyć, że wielkość momentu obrotowego jest nieco zmniejszona, ponieważ urządzenie nie ma magnesu trwałego. Jest to uważane za wadę, ale jest też zaleta, ponieważ nie ma momentu zatrzymania podczas pracy urządzenia.

Moment zatrzymania polega na obrocietworzone przez magnesy trwałe umieszczone na wirniku. Są przyciągane do stojana, a mianowicie do jego twornika, przy braku prądu elektrycznego w uzwojeniach. Łatwo naprawić ten moment - musisz spróbować ręcznie obrócić silnik w stanie rozłączonym. W takim przypadku kliknięcia są zwykle słyszalne na każdym kroku. Zakres kroków w takim silniku wynosi od 5-15 stopni.

Modele hybrydowe

Ten typ urządzenia otrzymał swoją nazwę ze względu na specyfikę pracy, która polega na połączeniu zasad silnika krokowego z magnesami stałymi i zmiennymi. Zapewnia dobre trzymanie i dynamiczny moment obrotowy. Zaletą urządzenia jest minimalna wielkość kroku, która nie przekracza 5 stopni. Zapewnia to maksymalną dokładność.

Części mechaniczne oprawy obracają się znacznie szybciej niż w innych modelach o podobnej zasadzie działania. Często stosowany w maszynach produkcyjnych. Główną wadą takiego silnika jest jego wysoki koszt.

Wiadomo, że konwencjonalny silnik z 8 uzwojeniami będzie miał 50 biegunów dodatnich i ujemnych, ale takiego magnesu nie da się wyprodukować. Dlatego urządzenie silnika hybrydowego zawiera 2 dyski magnetyczne, każdy z 50 zębami, a także cylindryczny magnes trwały.

W procesie produkcji urządzenia dyski są przyspawane do różnych biegunów tego cylindrycznego magnesu i okazuje się, że jeden z nich na każdym z zębów ma biegun dodatni, a drugi - negatywny. Patrząc z góry, struktura wygląda jak pojedynczy dysk ze 100 zębami.

Na obrót takiego silnika przypada 75 kroków, z których każdy ma wskaźnik nie większy niż 1,5 stopnia.

Silniki dwufazowe

Dwufazowy silnik krokowy jest bardzo prosty w obsłudze, może go zamontować i wyregulować nawet osoba bez doświadczenia i odpowiednich umiejętności. Urządzenie posiada dwa rodzaje uzwojenia cewki:

1. Unipolarny polega na zainstalowaniu jednego uzwojenia, a także specjalnego zaczepu magnetycznego w środku, oddziałującego na dowolną fazę. Każda sekcja jest włączana, aby zapewnić wymagany kierunek pola magnetycznego. Zaletą tej konstrukcji jest możliwość działania bez specjalnego przełączania. Na każde uzwojenie potrzebny jest jeden tranzystor, dzięki czemu instalacja urządzenia jest łatwiejsza. Istnieją trzy przewody na fazę, a dla sygnału wyjściowego wymaganych jest sześć przewodów. Uzwojenia można również połączyć, łącząc przewody z magnesami trwałymi. Warto pamiętać, że po dotknięciu zacisków nie będzie łatwo obracać wałkiem. Wynika to z faktu, że wspólny przewód jest nieco dłuższy niż część służąca do łączenia cewek.
2. Typy silników bipolarnych mają tylko jedno uzwojenie. Prąd elektryczny dostaje się do niego specjalną metodą przerywania przez biegun dostarczony przez magnes. Każda faza ma dwa różne przewody. Urządzenie jest nieco bardziej skomplikowane niż w modelach jednobiegunowych, ale wydajność jest wyższa.

Istnieją również silniki trójfazowe, które mają wąski obszar zastosowania: napędy dysków, różne frezarki, drukarki i niektóre samochody, w których zastosowano nietypowy tłumik.

Inne rodzaje urządzeń

Główną cechą urządzeń reaktywnych jest mały krok, który sięga nie więcej niż 1 stopień, a także położenie zębów znajdujących się na biegunach stojana. Wadą takiego silnika jest brak momentu synchronizującego w przypadku zaniku zasilania uzwojeń.

Aby wyprodukować takie urządzenie, potrzebujesz specjalnego przełącznika, więc jego koszt jest wysoki. Autokreacja jest również wykluczona ze względu na złożoność projektu.

Synchroniczne liniowe silniki krokowe stosowane są, gdy zachodzi potrzeba automatyzacji procesu produkcyjnego. Aby to zrobić, powinieneś zapewnić ruch obiektów w samolocie. W tym celu wykorzystywany jest specjalny przetwornik, który zmienia ruch obrotowy na translacyjny. Można to osiągnąć za pomocą kinematyki.

W tym celu wykorzystywany jest silnik liniowy, który zamienia impulsy na ruch wzdłuż jednej linii. Oprócz automatyzacji procesu, urządzenie uprości schemat kinematyczny przewodów. W takim urządzeniu stojan jest wykonany z miękkiego metalu magnetycznego, a także znajduje się magnes trwały. Stabilna praca silnika odbywa się pod warunkiem stałego dostarczania impulsów do uzwojeń.

Silniki krokowe to wszechstronne urządzenia, które zapewniają płynną pracę różnorodnych urządzeń elektrycznych i urządzeń produkcyjnych.