Silniki krokowe – znajdź producentów i dostawców

Silniki krokowe to specjalny rodzaj silników elektrycznych, które charakteryzują się precyzyjną kontrolą ruchu i dokładnym pozycjonowaniem.

Są one często wykorzystywane w aplikacjach, w których dokładność i powtarzalność mają kluczowe znaczenie.

Poniżej przedstawiamy sposób działania, system sterowania oraz przegląd typów i obszarów zastosowań silników krokowych, a także ich zalety i wady.

Jak działają silniki krokowe?

Silniki krokowe poruszają się w stałych krokach kątowych, które są kontrolowane przez impulsy elektryczne. Każdy impuls przesuwa wirnik o określony kąt.
W tym kontekście w odniesieniu do silników krokowych używane są terminy pełny krok, pół kroku i mikrokrok. Na przykład silnik z pełnym krokiem 1,8° ma 200 pojedynczych pozycji dla pełnego obrotu 360°. 360:200=1.8. Silnik półkrokowy 0,9° osiąga 400 indywidualnych pozycji podczas obrotu o 360°. 360:400=0.9. Mikrosilniki krokowe mogą osiągać 1/5, 1/10, 1/16, 1/32, 1/125 i 1/250 pełnego kroku przy użyciu zaawansowanych sterowników silnika.

Sterowanie silnikami krokowymi:

Silniki krokowe wymagają specjalnych sterowników, zwykle nazywanych sterownikami lub sterownikami silników krokowych. Generują one impulsy elektryczne wymagane do sterowania ruchem silników i mogą być analogowe lub cyfrowe.
Rozdzielczość kroku można zwiększyć za pomocą mikrokroków, co skutkuje płynniejszym ruchem i większą dokładnością.
W niektórych przypadkach używana jest pętla sprzężenia zwrotnego (pętla zamknięta), aby zapewnić, że silnik nie traci kroków i utrzymuje dokładną pozycję.

Rodzaje silników krokowych:

1. Silnik krokowy reluktancyjny:
   W reluktancyjnym silniku krokowym wirnik składa się z ząbkowanego rdzenia z miękkiego żelaza. Dzięki temu materiałowi pole magnetyczne znika, gdy prąd stojana jest wyłączony. Po włączeniu prądu strumień magnetyczny przepływa przez miękki żelazny rdzeń wirnika. Obrót wirnika następuje, ponieważ najbliższy ząb wirnika jest przyciągany przez uzębiony stojan (stałą, nieruchomą część silnika), co zmniejsza opór magnetyczny. Ponieważ reluktancyjny silnik krokowy nie zawiera żadnych magnesów trwałych, nie ma on również momentu obrotowego, gdy prąd jest wyłączony, w przeciwieństwie do silnika krokowego z magnesami trwałymi.
2. Silnik krokowy z magnesami trwałymi:
   W silnikach krokowych z magnesami trwałymi stojan składa się z miękkiego żelaza, a wirnik z magnesów trwałych z naprzemiennymi biegunami północnymi i południowymi. Pole magnetyczne stojana jest wykorzystywane do ustawiania wirnika z magnesami trwałymi w taki sposób, że powstaje ruch obrotowy. W przypadku silników krokowych z magnesami trwałymi liczba biegunów (a tym samym rozdzielczość) jest ograniczona. Jedną z zalet silnika krokowego reluktancyjnego jest jego większy moment obrotowy. Większy skok indukcji (wewnętrzne pole magnetyczne od -Bmax do +Bmax) skutkuje większymi siłami magnetycznymi, co prowadzi do wyższego momentu obrotowego. Zasadniczo silnik krokowy PM jest silnikiem synchronicznym, w którym rozdzielczość została zwiększona poprzez zwiększenie liczby par biegunów.
3. Hybrydowy silnik krokowy:
   Hybrydowe silniki krokowe łączą w sobie właściwości silników reluktancyjnych i silników krokowych z magnesami trwałymi. Hybrydowe silniki krokowe mają stojan z wieloma uzębionymi biegunami stojana i wirnik z magnesami trwałymi. Standardowe hybrydowe silniki krokowe mają 200 zębów wirnika i poruszają się pod kątem 1,8° każdy. Hybrydowe silniki krokowe są wykorzystywane w wielu zastosowaniach ze względu na ich wysoki statyczny i dynamiczny moment obrotowy oraz bardzo wysoką prędkość skokową.
4. Silniki krokowe z magnesami tarczowymi:
   Silniki krokowe z magnesem tarczowym to zaawansowane silniki mikrokrokowe, które oferują bardziej dynamiczną wydajność silnika, dokładniejszą rozdzielczość kroku i większe przyspieszenie niż inne typy silników krokowych. Cienki magnes tarczowy umożliwia uzyskanie lepszej rozdzielczości kroku w danym rozmiarze, wyższego przyspieszenia i wyższej prędkości szczytowej niż w przypadku konwencjonalnych silników krokowych. Silniki z magnesami tarczowymi są szczególnie odpowiednie do zastosowań wymagających precyzji silnika krokowego oraz prędkości i przyspieszenia bezszczotkowego silnika prądu stałego. Zamknięta pętla sterowania zapewnia ekonomiczną przewagę nad rozwiązaniami serwo.

Obszary zastosowań silników krokowych:

Silniki krokowe nadają się do wielu różnych zastosowań sterowania ruchem. Są one często używane w obszarach, w których wymagane jest precyzyjne pozycjonowanie:

1. Technologia produkcji przemysłowej:
Np. we frezarkach CNC do sterowania ruchami frezu wzdłuż osi X, Y i Z,

2. drukarki 3D:
W drukarkach 3D do precyzyjnego przesuwania wytłaczarki i platformy drukującej.

3. Robotyka:
Przeguby ramienia robota są często napędzane silnikami krokowymi w celu zapewnienia dokładnych ruchów.

4. Sterowanie i automatyzacja:
Są szeroko stosowane w przemysłowych systemach sterowania, np. do sterowania zaworami i przenośnikami taśmowymi.

5. Systemy optyczne:
Silniki krokowe są wykorzystywane w teleskopach i mikroskopach do precyzyjnej regulacji położenia soczewek i luster.

6. Technologia medyczna:
Silniki krokowe można znaleźć w urządzeniach medycznych, które wymagają precyzyjnych ruchów, takich jak pompy strzykawkowe lub urządzenia dozujące.

Zalety silników krokowych:

• Ze względu na stały ruch krokowy, silniki krokowe mogą bardzo precyzyjnie zbliżać się do pozycji bez potrzeby stosowania systemu sprzężenia zwrotnego, takiego jak enkoder.
• Są one sterowane za pomocą prostych sekwencji impulsów, co ułatwia integrację z systemami elektronicznymi.
• Bardzo wysoki moment obrotowy nawet przy niskich prędkościach.
• Szybki start dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu, łatwe zatrzymanie dzięki wysokiemu momentowi obrotowemu. Umożliwia to szybką zmianę kierunku obrotów. Prosta konstrukcja charakterystyki start-stop jest również bardzo ważna dla wielu zastosowań.
• Kolejną ważną pozytywną cechą jest proste sterowanie silnikiem.

Wady silników krokowych:

• Silniki krokowe mogą tracić kroki w przypadku przeciążenia lub niewystarczającego zasilania, co prowadzi do niedokładności.
• Przy pewnych prędkościach silniki krokowe mogą wpadać w rezonans, który prowadzi do wibracji i hałasu.
• Silniki krokowe mogą również zużywać energię podczas postoju, co zwiększa zużycie energii.

Silniki krokowe to wszechstronne i niezawodne napędy, które są niezbędne w wielu precyzyjnych i wymagających zastosowaniach. Wybór odpowiedniego silnika i staranny dobór sterownika mają kluczowe znaczenie dla pełnego wykorzystania tej technologii.

Poniżej znajduje się przegląd najważniejszych kryteriów, na które należy zwrócić uwagę przy zakupie silników krokowych:

Przy zakupie silników krokowych należy wziąć pod uwagę kilka ważnych czynników, aby upewnić się, że silnik jest odpowiedni do danego zastosowania.

• Kąt kroku wskazuje, o ile stopni przesuwa się wał silnika przy każdym kroku. Mniejszy kąt kroku pozwala uzyskać wyższą rozdzielczość, a tym samym bardziej precyzyjne ruchy. W przypadku zastosowań wymagających wysokiej precyzji preferowany jest mały kąt kroku.
• Moment trzymania to maksymalny moment obrotowy, który silnik może utrzymać w pozycji statycznej. Wyższy moment obrotowy jest ważny, jeśli silnik musi utrzymywać duże obciążenia, zwłaszcza podczas postoju.
• Prąd znamionowy wskazuje, ile prądu wymaga silnik przy pełnym obciążeniu, a napięcie znamionowe wskazuje napięcie robocze silnika. Sterownik silnika musi obsługiwać te parametry. Wyższy prąd znamionowy może zapewnić większą moc, ale wymaga również odpowiedniego chłodzenia.
• Częstotliwość kroków wskazuje, ile kroków na sekundę może wykonać silnik. Wyższa częstotliwość kroków umożliwia szybsze ruchy, ale wymaga również odpowiednio zaprojektowanej elektroniki sterującej.
• Enkodery monitorują pozycję wału silnika i mogą być używane do precyzyjnego sterowania. Enkodery są niezbędne w aplikacjach, które wymagają sprzężenia zwrotnego rzeczywistej pozycji.
• Rozmiar silnika, często określany w formatach NEMA (np. NEMA 17, NEMA 23), opisuje fizyczne wymiary silnika. Rozmiar powinien odpowiadać konstrukcji mechanicznej aplikacji
• Typ wału (gładki, płaski lub gwintowany) i średnica określają sposób mechanicznego połączenia silnika. Wał musi być kompatybilny z używaną przekładnią lub sprzęgłem.
• Silniki unipolarne i bipolarne różnią się rodzajem uzwojeń i obwodów. Silniki bipolarne często oferują większy moment obrotowy, podczas gdy silniki unipolarne są łatwiejsze w sterowaniu.
• Warunki środowiskowe, takie jak temperatura, wilgotność i zapylenie, mogą wpływać na wydajność i żywotność silnika. Silnik powinien być odpowiedni do konkretnych warunków środowiskowych, w których będzie eksploatowany.
• Zaleca się, aby przy wyborze silnika kierować się nie tylko ceną, ale także jakością i niezawodnością.

Wybór odpowiedniego silnika krokowego zależy w dużej mierze od konkretnych wymagań aplikacji. Warto dokładnie sprawdzić dane techniczne i ewentualnie skonsultować się z ekspertami, aby dokonać najlepszego wyboru.

Silniki krokowe można nabyć u różnych dostawców. Kompleksowe informacje o producentach i dostawcach silników krokowych z całego świata można znaleźć na Exportpages.