W dziedzinie inżynierii powszechnie wiadomo, że tolerancje mechaniczne mają ogromny wpływ na precyzję i dokładność każdego rodzaju urządzenia, niezależnie od jego przeznaczenia. Ten fakt dotyczy również…silniki krokoweNa przykład standardowy silnik krokowy ma tolerancję błędu około ±5% na krok. Nawiasem mówiąc, są to błędy niekumulacyjne. Większość silników krokowych wykonuje ruch o 1,8 stopnia na krok, co daje potencjalny zakres błędu 0,18 stopnia, mimo że mówimy o 200 krokach na obrót (patrz rysunek 1).
Silniki krokowe 2-fazowe – seria GSSD
Miniaturowe kroki dla dokładności
Przy standardowej, niekumulowanej dokładności ±5%, pierwszym i najbardziej logicznym sposobem na zwiększenie dokładności jest zastosowanie mikrokroków w silniku. Mikrokroki to metoda sterowania silnikami krokowymi, która zapewnia nie tylko wyższą rozdzielczość, ale także płynniejszy ruch przy niskich prędkościach, co może być dużą zaletą w niektórych zastosowaniach.
Zacznijmy od naszego kąta kroku 1,8 stopnia. Ten kąt kroku oznacza, że wraz ze zwalnianiem silnika, każdy krok staje się coraz większą częścią całości. Przy coraz niższych prędkościach, stosunkowo duży krok powoduje zacinanie się silnika. Jednym ze sposobów na złagodzenie tej zmniejszonej płynności pracy przy niskich prędkościach jest zmniejszenie rozmiaru każdego kroku silnika. W tym miejscu mikrokroki stają się istotną alternatywą.
Mikrokrok jest realizowany poprzez zastosowanie modulacji szerokości impulsu (PWM) do sterowania prądem dopływającym do uzwojeń silnika. Polega to na tym, że sterownik silnika dostarcza do uzwojeń silnika dwie sinusoidalne fale napięcia, z których każda jest przesunięta w fazie o 90 stopni względem drugiej. Zatem, podczas gdy prąd rośnie w jednym uzwojeniu, maleje w drugim, zapewniając stopniowy transfer prądu. Efektem jest płynniejszy ruch i bardziej równomierna generacja momentu obrotowego niż w przypadku standardowego sterowania pełnym krokiem (lub nawet półkrokiem) (patrz rysunek 2).
jednoosiowysterownik silnika krokowego + sterownik działa
Decydując się na zwiększenie dokładności w oparciu o sterowanie mikrokrokowe, inżynierowie muszą rozważyć, jak wpłynie to na pozostałe parametry silnika. Chociaż płynność dostarczania momentu obrotowego, ruch przy niskiej prędkości i rezonans można poprawić dzięki mikrokrokom, typowe ograniczenia w sterowaniu i konstrukcji silnika uniemożliwiają im osiągnięcie idealnych ogólnych charakterystyk. Ze względu na działanie silnika krokowego, napędy mikrokrokowe mogą jedynie przybliżać przebieg sinusoidalny. Oznacza to, że w systemie pozostaną pewne tętnienia momentu obrotowego, rezonans i szum, mimo że każdy z tych czynników ulega znacznemu zmniejszeniu w działaniu mikrokrokowym.
Dokładność mechaniczna
Inną regulacją mechaniczną, która pozwala uzyskać dokładność silnika krokowego, jest zastosowanie obciążenia o mniejszej bezwładności. Jeśli silnik jest obciążony dużą bezwładnością podczas próby zatrzymania, obciążenie spowoduje lekkie przekręcenie. Ponieważ często jest to niewielki błąd, można go skorygować za pomocą sterownika silnika.
Na koniec wracamy do sterownika. Ta metoda może wymagać pewnych nakładów pracy inżynieryjnej. Aby zwiększyć dokładność, warto użyć sterownika zoptymalizowanego specjalnie pod kątem wybranego silnika. To bardzo precyzyjna metoda. Im lepsza zdolność sterownika do precyzyjnego sterowania prądem silnika, tym większą dokładność można uzyskać z używanego silnika krokowego. Dzieje się tak, ponieważ sterownik precyzyjnie reguluje, ile prądu otrzymują uzwojenia silnika, aby zainicjować ruch krokowy.
Precyzja w systemach ruchu jest powszechnym wymogiem w zależności od zastosowania. Zrozumienie, jak układ krokowy współpracuje ze sobą, aby zapewnić precyzję, pozwala inżynierowi wykorzystać dostępne technologie, w tym te wykorzystywane do produkcji komponentów mechanicznych każdego silnika.
Czas publikacji: 19 października 2023 r.
