Dwa najczęściej używane typy silników krokowych to silniki z magnesem trwałym i hybrydowe. Ogólnie rzecz biorąc, hybrydowy silnik krokowy może być lepszym wyborem wraz z redukcją kosztów, ponieważ oferuje lepsze osiągi w odniesieniu do rozdzielczości kroku, momentu obrotowego i prędkości.
II. WYBÓR SILNIKA KROKOWEGO
Silnik krokowy może być dobrym wyborem wszędzie tam, gdzie wymagany jest kontrolowany ruch. Mogą być używane w aplikacjach, gdzie trzeba kontrolować kąt obrotu, prędkość, pozycję i synchronizm. Ze względu na nieodłączne zalety wymienione wcześniej, silniki krokowe znalazły swoje miejsce w wielu różnych zastosowaniach. Niektóre z nich to drukarki, plotery, stoły X-Y, wycinarki laserowe, grawerki, urządzenia pick-place i tak dalej.
Przy wyborze silnika krokowego do aplikacji, istnieje kilka czynników, które muszą być brane pod uwagę:
- Jak silnik będzie sprzężony z obciążeniem?
- Jak szybko obciążenie musi się poruszać lub przyspieszać?
- Jak duży moment obrotowy jest wymagany do poruszania obciążenia?
- Jaki stopień dokładności jest wymagany podczas pozycjonowania obciążenia?
Fazy, bieguny i kąty krokowe
Zazwyczaj silniki krokowe mają dwie fazy, ale istnieją również silniki trzy- i pięciofazowe. Silnik bipolarny z dwiema fazami ma jedno uzwojenie/fazę, a silnik unipolarny ma jedno uzwojenie z centralnym zaczepem na fazę. Czasami silnik krokowy jest określany jako „silnik czterofazowy”, mimo że ma tylko dwie fazy. Silniki, które mają dwa oddzielne uzwojenia na fazę mogą być napędzane w trybie bipolarnym lub unipolarnym.
Biegun może być zdefiniowany jako jeden z regionów w namagnesowanym ciele, gdzie gęstość strumienia magnetycznego jest skoncentrowana. Zarówno wirnik jak i stojan silnika krokowego posiadają bieguny. Silnik krokowy typu hybrydowego ma wirnik z zębami. Wirnik jest podzielony na dwie części, oddzielone magnesem trwałym, dzięki czemu połowa zębów jest biegunami południowymi, a połowa północnymi. Liczba par biegunów jest równa liczbie zębów na jednej z połówek wirnika. Stojan silnika hybrydowego również posiada zęby, które budują większą liczbę biegunów zastępczych (mniejsza podziałka biegunów, liczba biegunów zastępczych = 360/ podziałka zębów) w stosunku do biegunów głównych, na których nawinięte są cewki uzwojenia. Zazwyczaj stosuje się 4 bieguny główne dla hybryd 3,6° i 8 dla typów 1,8° i 0,9°.
Następujące równanie pokazuje zależność pomiędzy liczbą biegunów wirnika, równoważnych biegunów stojana, liczbą faz i kątem pełnego kroku silnika krokowego.
Kąt kroku = 360/(NPh/Ph) = 360/N
Gdzie:
NPh = liczba biegunów równoważnych na fazę = liczba biegunów wirnika
Ph = liczba faz
N = całkowita liczba biegunów dla wszystkich faz razem = NPh/Ph
Jeśli podziałka zębów wirnika i stojana jest nierówna, istnieje bardziej skomplikowana zależność.
Rozmiar
Oprócz klasyfikacji według kąta kroku, silniki krokowe są również klasyfikowane według rozmiarów ramy, które odpowiadają rozmiarowi ramy silnika. Na przykład, silnik krokowy NEMA o rozmiarze 11 ma rozmiar ramy około 1,1 cala (28 mm). Podobnie, silnik krokowy NEMA rozmiar 23 ma rozmiar ramy 2,3 cala (57 mm), itd. Jednakże, długość korpusu może się różnić w zależności od silnika w ramach tej samej klasyfikacji wielkości ramy. Ogólnie rzecz biorąc, dostępny moment obrotowy danego silnika wielkości ramy wzrośnie wraz ze wzrostem długości ciała.
Moment obrotowy
Wyjściowy moment obrotowy i moc z silnika krokowego są funkcjami rozmiaru silnika, chłodzenia silnika, cyklu pracy, uzwojenia silnika i rodzaju zastosowanego napędu. Jeśli silnik krokowy jest obsługiwany bez obciążenia w całym zakresie częstotliwości, jeden lub więcej naturalnych oscylujących punktów rezonansowych można wykryć, albo dźwiękowo lub przez czujniki wibracji. Użyteczny moment obrotowy silnika krokowego może zostać drastycznie zredukowany przez rezonanse. Należy unikać pracy przy częstotliwościach rezonansowych. Zewnętrzne tłumienie, dodatkowa bezwładność lub napęd mikrokrokowy mogą być wykorzystane do zmniejszenia efektu rezonansu.
W silniku krokowym, moment obrotowy jest generowany, gdy strumienie magnetyczne wirnika i stojana są przesunięte względem siebie. Natężenie strumienia magnetycznego i w konsekwencji moment obrotowy są proporcjonalne do liczby zwojów uzwojenia i natężenia prądu, a odwrotnie proporcjonalne do długości drogi strumienia magnetycznego. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowej czas narastania prądu staje się znaczącą częścią odstępu pomiędzy impulsami kroku. Zmniejsza to średni poziom prądu, więc moment obrotowy będzie spadać przy wyższych prędkościach.
Rozdzielczość i dokładność pozycjonowania
Na rozdzielczość i dokładność pozycjonowania systemu silnika krokowego wpływa kilka czynników – kąt kroku (długość pełnego kroku silnika krokowego), wybrany tryb napędu (pełnokrokowy, półkrokowy lub mikrokrokowy) oraz szybkość przekładni. Oznacza to, że istnieje kilka różnych kombinacji, które mogą być użyte do uzyskania pożądanej rozdzielczości. Z tego powodu, problem rozdzielczości w projekcie krokowca może być normalnie rozwiązany po ustaleniu rozmiaru silnika i typu napędu.
III. NORMALNE ETAPY WYBORU
1. Określenie komponentu mechanizmu napędowego
Określenie mechanizmu i wymaganych specyfikacji. Najpierw należy określić pewne cechy projektu, takie jak mechanizm, wymiary zgrubne, przesuwane odległości i okres pozycjonowania.
2. Obliczanie wymaganej rozdzielczości
Znajdź rozdzielczość wymaganą przez silnik. Na podstawie wymaganej rozdzielczości należy określić, czy ma być zastosowany tylko silnik, czy też motoreduktor. Jednak dzięki zastosowaniu technologii mikrokrokowej, osiągnięcie wymaganej rozdzielczości staje się bardzo proste.
3. Określ schemat działania
Określ schemat działania, który spełnia wymagane specyfikacje. Znajdź okres przyspieszania (zwalniania) i prędkość impulsu roboczego w celu obliczenia momentu przyspieszenia.
4. Oblicz wymagany moment obrotowy
Oblicz moment obciążenia i moment przyspieszenia i znajdź wymagany moment obrotowy wymagany przez silnik.
5. Wybrać silnik
Wykonać tymczasowy wybór silnika na podstawie wymaganego momentu obrotowego. Określić silnik, który ma być użyty na podstawie charakterystyki prędkość- moment.
6. Sprawdzić wybrany silnik
Potwierdzić szybkość przyspieszania/opóźniania i stosunek bezwładności.
IV. MOTION CONTROL PRODUCTS' STEPPER MOTORS
Motion Control Products oferuje wiele serii silników krokowych, takich jak 2-fazowe silniki krokowe i 3-fazowe silniki krokowe (od rozmiaru ramy NEMA 8 do 42) są dostępne. Nasze silniki krokowe przyjąć zaawansowaną technologię z U.S.A., przy użyciu wysokiej klasy zimnej miedzi blachy walcowanej i anty-wysokiej temperatury magnesu stałego. Silniki krokowe Motion Control są wyróżniające się wysoką niezawodnością i niskim ogrzewaniem. Dzięki wewnętrznym właściwościom tłumiącym, nasze silniki krokowe mogą pracować bardzo płynnie i nie mają oczywistego obszaru oscylacji w całym zakresie prędkości silników. Przegląd w formacie PDF (do pobrania poniżej) przedstawia typowe modele silników krokowych Motion Control Products.