Sterownik silnika krokowego - urządzenie, rodzaje i możliwości

Silniki krokowe są obecnie wykorzystywane w wielu zastosowaniach przemysłowych. Silniki tego typu wyróżniają się tym, że pozwalają osiągnąć dużą dokładność pozycjonowania korpusu roboczego w porównaniu do innych typów silników. Oczywiście do działania silnika krokowego wymagana jest precyzyjna automatyczna kontrola. Służą w tym celu jako sterowniki silników krokowych, zapewniając ciągłą i dokładną pracę napędów elektrycznych o różnym przeznaczeniu.

Z grubsza zasadę działania silnika krokowego można opisać w następujący sposób. Każdy pełny obrót wirnika silnika krokowego składa się z kilku kroków. Większość silników krokowych jest zaprojektowana na kroki co 1,8 stopnia, a na pełny obrót przypada 200 kroków. Napęd zmienia swoją pozycję krokową, gdy napięcie zasilania zostanie przyłożone do określonego uzwojenia stojana. Kierunek wirowania zależy od kierunku prądu w cewce.

Następnym krokiem jest wyłączenie pierwszego uzwojenia, zasilanie jest podawane na drugie i tak dalej, w wyniku czego po rozpracowaniu każdego uzwojenia wirnik wykona pełny obrót. Ale to jest przybliżony opis, w rzeczywistości algorytmy są nieco bardziej skomplikowane i zostanie to omówione później.

Algorytmy sterowania silnikiem krokowym

Sterowanie silnikiem krokowym może być realizowane według jednego z czterech podstawowych algorytmów: zmienne przełączanie faz, sterowanie nakładaniem się faz, sterowanie półkrokowe lub sterowanie mikrokrokowe.

W pierwszym przypadku w dowolnym momencie tylko jedna z faz jest zasilana, a punkty równowagi wirnika silnika na każdym kroku pokrywają się z kluczowymi punktami równowagi – bieguny są wyraźnie określone.

Kontrola nakładania się faz umożliwia wirnikowi stopniowe ustawianie się między biegunami stojana, co zwiększa moment obrotowy o 40% w porównaniu z kontrolą nakładania się faz bez fazy. Kąt nachylenia jest zachowany, ale pozycja blokady jest przesunięta — znajduje się między grzbietami biegunów stojana. Te dwa pierwsze algorytmy są stosowane w sprzęcie elektrycznym, w którym nie jest wymagana bardzo wysoka dokładność.

Sterowanie półskokowe to połączenie dwóch pierwszych algorytmów: jedna faza (uzwojenie) lub dwie są zasilane schodkowo. Wielkość kroku jest zmniejszona o połowę, dokładność pozycjonowania jest wyższa, a prawdopodobieństwo rezonansu mechanicznego w silniku jest zmniejszone.

I wreszcie tryb poziomu mikro.Tutaj prąd w fazach zmienia się co do wielkości tak, że pozycja zamocowania wirnika na stopień przypada na punkt między biegunami iw zależności od stosunku prądów w fazach jednocześnie połączonych można uzyskać kilka takich stopni. Dostosowując stosunek prądów, dostosowując liczbę współczynników roboczych, uzyskuje się mikrokroki — najdokładniejsze ustawienie wirnika.

Zobacz więcej szczegółów ze schematami tutaj: Sterowanie silnikiem krokowym

Sterownik silnika krokowego

Aby zastosować wybrany algorytm w praktyce, należy zaimplementować sterownik silnika krokowego… Sterownik zawiera zasilacz oraz część kontrolną.

Część zasilająca sterownika jest półprzewodnikowy wzmacniacz mocy, którego zadaniem jest zamiana impulsów prądu przyłożonych do faz na ruchy wirnika: jeden impuls — jeden dokładny krok lub mikrostopni.

Kierunek i wielkość prądu — kierunek i wielkość kroku Oznacza to, że zadaniem jednostki napędowej jest dostarczenie prądu o określonej wielkości i kierunku do odpowiedniego uzwojenia stojana, utrzymanie tego prądu przez pewien czas i także do szybkiego włączania i wyłączania prądów, tak aby charakterystyka prędkości i mocy urządzenia odpowiadała wykonywanemu zadaniu.

Im doskonalsza część napędowa mechanizmu napędowego, tym większy moment obrotowy można uzyskać na wale. Generalnie trendem postępu w doskonaleniu silników krokowych i ich sterowników jest uzyskiwanie znacznego momentu obrotowego z silników o małych gabarytach, dużej precyzji, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej sprawności.

Sterownik silnika krokowego

Sterownik silnika krokowego to inteligentna część układu, która najczęściej jest wykonana w oparciu o mikrokontroler programowalny. Sterownik odpowiada za to o której godzinie, do której cewki, jak długo i ile prądu będzie dostarczany. Sterownik steruje pracą zespołu napędowego kierowcy.

Zaawansowane kontrolery są podłączone do komputera i można je regulować w czasie rzeczywistym za pomocą komputera. Możliwość wielokrotnego przeprogramowania mikrokontrolera uwalnia użytkownika od konieczności zakupu nowego kontrolera za każdym razem, gdy zadanie jest dostosowywane — wystarczy przekonfigurować istniejący, na tym polega elastyczność, kontroler można łatwo przestawić programowo, aby wykonywał nowe funkcje .

Obecnie na rynku dostępna jest szeroka gama sterowników silników krokowych różnych producentów, które mają rozszerzalne funkcje. Programowalne kontrolery oznaczają nagrywanie programów, a niektóre zawierają programowalne bloki logiczne, za pomocą których można elastycznie skonfigurować algorytm sterowania silnikiem krokowym dla określonego procesu technologicznego.

Możliwości kontrolera

Sterowanie silnikiem krokowym za pomocą kontrolera pozwala na wysoką dokładność do 20 000 mikrokroków na obrót. Ponadto zarządzanie może odbywać się zarówno bezpośrednio z komputera, jak i za pomocą programu wszytego w urządzenie lub poprzez program z karty pamięci. Jeśli parametry zmienią się w trakcie wykonywania zadania, komputer może odpytać czujniki, monitorować zmieniające się parametry i szybko zmienić tryb pracy silnika krokowego.

Na rynku dostępne są bloki sterujące silnikami krokowymi, które są podłączone do: źródła prądu, przycisków sterujących, źródła zegara, potencjometru krokowego itp. Takie bloki pozwalają na szybką integrację silnika krokowego z urządzeniami w celu wykonywania powtarzalnych zadań cyklicznych ze sterowaniem ręcznym lub automatycznym ... Możliwość synchronizacji z urządzeniami zewnętrznymi oraz obsługa automatycznego włączania, wyłączania i sterowania to niepodważalna zaleta jednostki sterującej silnikami krokowymi.

Urządzeniem można sterować bezpośrednio z komputera, jeśli np. chcesz uruchomić program do maszyny CNC, lub w trybie ręcznym bez dodatkowego sterowania zewnętrznego, czyli autonomicznie, gdy kierunek obrotów wału silnika krokowego jest ustawiany czujnikiem rewersu, a prędkość regulowana jest potencjometrem. Urządzenie sterujące jest wybierane zgodnie z parametrami używanego silnika krokowego.

W zależności od charakteru celu dobierany jest sposób sterowania silnikiem krokowym. Jeśli potrzebujesz skonfigurować prosty układ sterowania napędem elektrycznym małej mocy, w którym jeden impuls jest przykładany za każdym razem do jednego uzwojenia stojana: dla pełnego obrotu powiedzmy 48 kroków, a wirnik przesunie się o 7,5 stopnia z każdym krokiem. Tryb pojedynczego impulsu jest w tym przypadku odpowiedni.

Aby uzyskać wyższy moment obrotowy, stosuje się podwójny impuls - jest on podawany do dwóch sąsiednich cewek w tym samym czasie na impuls.A jeśli na pełny obrót potrzeba 48 kroków, to znowu potrzeba 48 takich podwójnych impulsów, każdy da w rezultacie krok 7,5 stopnia, ale z 40% większym momentem obrotowym niż w trybie pojedynczego impulsu.Łącząc te dwie metody, można uzyskać 96 impulsów, dzieląc kroki — otrzymujesz 3,75 stopnia na krok — jest to połączony (półstopniowy) tryb sterowania.