Silniki krokowe w ofercie TME Odkrycia fizyków przełomu XVIII i XIX wieku, takich jak Jean Baptiste Biot, Félix Savart czy André-Marie Ampère dotyczące elektromagnetyzmu, zaowocowały powstaniem wielu urządzeń pozostających do dziś w powszechnym uŝytku. Jednymi z najbardziej fascynujących są silniki elektryczne, wśród których szczególną pozycję wyrobiły sobie silniki krokowe. Bez nich trudno by było wyobrazić sobie współczesny świat. Najprostszy silnik elektryczny moŝna wykonać przy uŝyciu małego magnesu neodymowego, bateryjki AAA i odpowiednio ukształtowanej pętli drutu miedzianego. Oczywiście silnik taki nie ma Ŝadnych cech uŝytkowych, ale właśnie takie najprostsze pomysły często stawały się zaląŝkami genialnych urządzeń, które później zdominowały wiele dziedzin techniki. Na przestrzeni lat powstało tak wiele typów silników elektrycznych, Ŝe ich policzenie nie byłoby obecnie łatwe. Spotykamy je w wielu urządzeniach, często nawet nie zdając sobie z tego sprawy. Specyficzną grupę stanowią silniki krokowe. Zasada działania silnika krokowego Działanie silnika krokowego, jak kaŝdego innego silnika elektrycznego, polega na wytworzeniu pola magnetycznego, które oddziałując na cewkę uzwojenia powoduje obrót rotora. W odróŝnieniu od zwykłych silników elektrycznych, rotor silnika krokowego po podaniu impulsu zasilającego wykonuje obrót o ściśle określony kąt. Sposoby zasilania (sterowania) zaleŝą z kolei od typów silników krokowych, jednak w kaŝdym z nich do uzyskania ciągłego (ale skokowego) obrotu, konieczne jest podawanie serii impulsów. Pole magnetyczne niezbędne do pracy silnika krokowego moŝe być wytwarzane kilkoma sposobami. Do niedawna dość powszechnie były stosowane silniki ze zmienną reluktancją VM (Variable Magnet), w których pole magnetyczne było wytwarzane przez odpowiednio skonstruowane cewki nawinięte na nieruchomym stojanie. Obecnie jednym z najczęściej stosowanych typów silników jest silnik PM (Permanent Magnet), w którym pole magnetyczne jest wytwarzane przez magnes trwały. Z kolei ten typ silnika jest coraz częściej zastępowany silnikami hybrydowymi, stanowiącymi poniekąd połączenie idei silników VM i PM, odznaczającymi się jednak lepszą rozdzielczością, większym momentem i szybkością. Pojedynczy skok wirnika w większości stosowanych obecnie silników krokowych mieści się w przedziale od 0,72 do 3,6. Ze względu na konfigurację uzwojeń silników krokowych, są one dzielone na bipolarne i unipolarne. W silniku bipolarnym występują dwie odseparowane od siebie cewki przypadające na jedną fazę pracy, natomiast silnik unipolarny ma jedną cewkę z odczepem w środku. Spotykane są równieŝ silniki mające po dwie cewki na fazę, i mogą być one konfigurowane jako unipolarne, bądź bipolarne. Zasadę pracy obu typów silników krokowych przedstawiono w uproszczeniu na rys. 1. - 1
Rys. 1 Jak widać, sterowanie silnika bipolarnego jest bardziej skomplikowane, gdyŝ trzeba zapewnić zmianę kierunku przepływu prądu przez całą cewkę, a to wiąŝe się to z koniecznością stosowania podwójnego przełącznika (najczęściej realizowanego jako - 2
mostek tranzystorowy). W kaŝdej fazie pracy prąd płynie przez pełne uzwojenie. W silniku unipolarnym do sterowania wystarczający jest jeden przełącznik. Niestety, konsekwencją tego uproszczenia jest przepływ prądu tylko przez połowę uzwojenia w kaŝdej fazie pracy, co skutkuje wytworzeniem mniejszego momentu. Mimo dość niewygodnego sterowania silników krokowych, polegającego na sekwencyjnym podawaniu odpowiednio uformowanych impulsów, silniki te są stosowane w wielu urządzeniach. Okazują się niezastąpione tam, gdzie jest wymagane bardzo precyzyjne kontrolowanie ruchu. Jedną z najwaŝniejszych zalet tego typu maszyn jest zachowanie pełnego momentu obrotowego w kaŝdym cyklu pracy. Jednocześnie, przy odpowiednio skonstruowanym sterowniku (zliczającym impulsy) zawsze znane jest połoŝenie rotora, nie są więc wymagane skomplikowane układy słuŝące do jego określania. Wadą silników krokowych jest trudność w uzyskaniu duŝych prędkości obrotowych, co wynika przede wszystkim z impulsowej metody zasilania. NaleŜy równieŝ pamiętać o dość szybkim spadku momentu obrotowego silnika krokowego w funkcji prędkości. W aplikacjach, w których moŝe to być istotne, naleŝy rozpatrywać moŝliwość stosowania serwomechanizmów zamiast silników krokowych. Jedną z większych zalet silników krokowych jest natomiast duŝa trwałość tych elementów, wynikająca z braku szczotek, które jako elementy trące bardzo szybko ulegają zniszczeniu. Oferta TME Oferta TME obejmuje szeroką gamę silników krokowych unipolarnych i bipolarnych o zróŝnicowanych parametrach elektrycznych i mechanicznych, co znajduje równieŝ swoje odbicie w cenie. W pierwszej grupie: 39BYGH występują dwa modele oznaczone symbolami 402B i 405B. Są to niewielkie, bipolarne silniki 2-fazowe (fot. 2), które jak na tak niewielkie wymiary (39 39 34 mm bez ośki) charakteryzują się względnie wysokim momentem obrotowym. Rys. 2 NajwaŜniejsze parametry tych silników przedstawiono w tab.1. Uzwojenia zostały wyprowadzone przewodami o długości 30 cm. Zalecane do tych silników sterowniki to: SMC50 i SMC81. Tab. 1. NajwaŜniejsze parametry silników serii 39BYGH - 3
Model Tryb pracy Krok [ ] Moment obr. 39BYGH402B bipolarny 1,8 12 0,3 40 20 0,11 20 0,24 39BYGH402U unipolarny 1,8 12 0,5 24 45 0,29 20 0,24 39BYGH405B bipolarny 1,8 12 0,4 30 32 0,21 20 0,24 Drugą grupę silników krokowych stanowią 2-fazowe silniki hybrydowe serii 57BYGH, do której naleŝy bipolarny 57BYGH804 i unipolarny 57BYGH861 (fot. 3). Rys. 3 W celu podwyŝszenia momentu obrotowego zastosowano w nich zabieg, polegający na zwiększeniu średnicy rotora w stosunku do rozwiązań standardowych. Silniki 57BYGH są zaliczane do urządzeń średnich. Ich najwaŝniejsze parametry przedstawiono w tab. 2. Zalecane sterowniki to: SMC62, SMC64, SMC116, SMC108, SIC184, SQCA244 oraz SMC139, gdy konieczne jest uzyskanie duŝej dynamiki. Silniki te są stosowane w obrabiarkach CNC, ploterach, transporterach itp. Mogą pracować w zakresie temperatury 0...40 o C, mają klasę izolacji B. Tab. 2. NajwaŜniejsze parametry silników serii 57BYGH Model Tryb pracy Krok [ ] Moment obr. 57BYGH804 bipolarny 1,8 3,3 3 1,1 1,4 1,20 440 1,1 57BYGH861 unipolarny 1,8 12 0,6 20 57 0,9 440 0,8-4
Najliczniejszą grupę wyrobów stanowią 2-fazowe silniki bipolarne serii 103H produkcji SANYO DENKI. NaleŜą do niej modele o zróŝnicowanej wielkości: 42, 56, 60, 86 i 106 mm, charakteryzujące się krokiem 1,8. Są to silniki stosowane w aplikacjach automatyki wymagających precyzyjnego pozycjonowania elementów, w maszynach CNC itp. Najmocniejszy model dostępny w ofercie TME ma moment znamionowy aŝ 19 Nm. Tab. 3. NajwaŜniejsze parametry silników serii 103H Model Moment znam. Wymiar przekroju [mm] 103H5205-5240 24 DC 1 3,4 6,5 0,265 36 42 0,23 103H5208-5240 24 DC 1 66 116 0,35 56 42 0,29 103H5210-5240 24 DC 1 4,8 9,5 0,51 74 42 0,37 103H7123-5740 24 DC 2 1,5 7,5 1 210 56 0,65 103H7126-5740 24 DC 2 2 9,1 1,6 360 56 0,98 103H7822-5740 24 DC 2 1,55 5,5 1,37 400 60 0,77 103H7823-5740 24 DC 2 2,4 9,5 2,7 840 60 1,34 103H8221-6240 100 AC 6 0,3 1,65 2,74 1450 86 1,5 103H8222-6240 100 AC 6 0,35 2,7 5,09 2900 86 2,5 103H8223-6240 100 AC 6 0,45 3,4 7,44 4400 86 3,5 103H89223-6341 100 AC 6 0,63 8 19 22000 106 10,5 Silniki krokowe znalazły zastosowanie w wielu urządzeniach elektryczno-mechanicznych, od zegarków analogowych sterowanych cyfrowo, liczników samochodowych, małych silniczków sterujących głowicami w napędach dysków twardych, CD-ROM-ach, drukarkach i ploterach, aŝ po duŝe obrabiarki CNC. PodwyŜszenie momentu obrotowego danego modelu silnika krokowego jest moŝliwe poprzez zastosowanie odpowiednio dobranej przekładni planetarnej. Jest ona montowana bezpośrednio na silniku krokowym. Bardzo waŝne dla uzyskania parametrów pracy silnika opisanych w danych katalogowych jest stosowanie prawidłowo dobranych sterowników, gwarantujących zasilanie silnika wymaganym napięciem i zapewniającym naleŝytą wydajność prądową. Stosując właściwe sterowanie silnikami krokowymi (mikrokroki), moŝna uzyskać bardzo precyzyjne ustalanie połoŝenia rotorów, z rozdzielczością rzędu ułamków stopni kątowych. - 5