Silnik krokowy to rodzaj silnika elektrycznego, który jest zdolny do precyzyjnego kontrolowania kąta obrotu wału bez konieczności stosowania zewnętrznych systemów sprzężenia zwrotnego. Jest to urządzenie synchroniczne, które przekształca impulsy elektryczne w ruch kątowy o określonej wielkości, zwanym „krokiem”. Silniki krokowe są szeroko stosowane w systemach automatyzacji i robotyki, gdzie wymagana jest precyzyjna kontrola ruchu.
Budowa i zasada działania
Silnik krokowy składa się z wirnika, który jest zwykle wykonany z materiału ferromagnetycznego i może być trwałym magnesem lub mieć uzwojenia, oraz stojana, który zawiera kilka uzwojeń. Każde uzwojenie stojana jest sterowane niezależnie za pomocą sekwencji impulsów elektrycznych, które są dostarczane przez sterownik silnika krokowego.
Kiedy uzwojenie stojana jest zasilane, wytwarza pole magnetyczne, które wchodzi w interakcję z polem magnetycznym wirnika, powodując jego obrót o określony kąt. Przełączając sekwencję zasilania między różnymi uzwojeniami stojana, można kontrolować kierunek i prędkość obrotu wirnika. Każdy impuls przesłany do silnika powoduje obrót wirnika o jeden krok, który może wynosić na przykład 1.8 stopnia (w przypadku silnika o rozdzielczości 200 kroków na obrót).
Typy silników krokowych
Silniki krokowe można podzielić na kilka typów w zależności od konstrukcji i sposobu sterowania:
- Silniki krokowe o zmiennej reluktancji (VR – Variable Reluctance). Posiadają wirnik wykonany z miękkiego żelaza i nie zawierają magnesów trwałych. Kąt obrotu jest kontrolowany przez zmianę reluktancji obwodu magnetycznego.
- Silniki krokowe z magnesem trwałym (PM – Permanent Magnet). Wykorzystują magnes trwały w wirniku, co zapewnia większy moment obrotowy i lepszą utrzymywanie pozycji przy wyłączonym zasilaniu.
- Silniki krokowe hybrydowe. Łączą cechy silników VR i PM, posiadając wirnik z magnesem trwałym oraz zęby, które zwiększają reluktancję. Są to najczęściej stosowane silniki krokowe, oferujące dobre parametry momentu obrotowego i precyzji.
Zastosowania
Silniki krokowe znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu i techniki, gdzie wymagana jest precyzyjna kontrola ruchu, na przykład:
- W drukarkach i skanerach do precyzyjnego pozycjonowania głowicy drukującej lub skanującej.
- W maszynach CNC do kontroli ruchu narzędzi i obrabianego przedmiotu.
- W aparatach fotograficznych do kontroli ostrości i zoomu.
- W robotyce do sterowania ruchem ramion, chwytaków i innych elementów mechanicznych.
- W systemach automatyzacji, takich jak taśmy produkcyjne, sortowniki czy pozycjonery.
Sterowanie silnikiem krokowym
Sterowanie silnikiem krokowym odbywa się za pomocą sterownika, który generuje odpowiednie sekwencje impulsów elektrycznych. Istnieją różne metody sterowania, w tym:
- Sterowanie pełnokrokowe. Każdy impuls powoduje obrót wirnika o pełny krok.
- Sterowanie półkrokowe. Pozwala na podział kroku na dwie części, co zwiększa rozdzielczość sterowania.
- Sterowanie mikrokrokowe. Dalsze dzielenie kroku na mniejsze części, co pozwala na jeszcze bardziej płynny ruch i wyższą rozdzielczość.
Silniki krokowe są cenione za ich prostotę sterowania, powtarzalność ruchu oraz możliwość precyzyjnego pozycjonowania bez użycia zewnętrznych czujników pozycji.
