Stiskněte "Enter" pro přeskočení obsahu

Krokový motor – princip

9

Někdy mi připadá, že krokový motor je obestřen tajemstvím, protože je spousta lidí, kteří nevědí jak tento velice jednoduchý motor se spoustou drátů funguje. Problém je, že motor musí mít nějakou ovládací elektroniku. Prostým připojením na napájecí napětí se motor neroztočí, maximálně se pohne o jeden krok. Výše uvedené věty tak nějak už neplatí. S Arduinem, všemožnými drivery pro krokové motory a 3D tiskárnami točí s krokáčem kde-kdo. Ale i tak si můžete tento článek přečíst. Snad tu naleznete alespoň nějaké užitečné informace.

Krokový motor je synchronní motor (rotor se točí stejnou rychlostí jako točivé magnetické pole ve statoru). Točivé magnetické pole ale není vytvářeno střídavým proudem, ale postupným zapínáním jednotlivých cívek statoru.

  • Stator motoru se skládá z několika dvojic cívek (obvykle 4 dvojice), které mohou být různě zapojeny (vyvedeny obě strany cívky, dvě a dvě cívky spojeny jednou stranou vinutí, všechny cívky se společnou jednou stranou, sériově, paralelně, …).
  • Rotor je váleček buď z magneticky měkkého, nebo tvrdého materiálu s vyniklými póly.
Princip krokového motoru

Princip je zachycen na obrázku výše. Stator má tři pólové dvojice. Rotor čtyři vyniklé póly.

Poloha A

  • Motor je v první poloze, protože proud tekoucí cívkami způsobuje magnetický tok, který prochází místem s nejnižším magnetickým odporem – rotorem.
  • Ostatními cívkami neprotéká žádný proud!

 

Poloha B

  • Přepnutím aktivní cívky se vytvoří magnetický tok na jiném místě. Rotor se tedy natočí tak, aby kladl co nejnižší magnetický odpor, tedy o 60° doleva.

Rychlým a postupným přepínáním jednotlivých dvojic cívek se zajistí rotace rotoru. Motor lze ovládat různými druhy řízení, lze například:

  • Aktivovat vždy dvě sousední cívky – rotor se tedy natočí mezi dva pólové nástavce statoru (dvě aktivní cívky způsobí téměř dvojnásobný točivý moment).
  • Pokud je rotor z magneticky tvrdého materiálu (magnetický) může jedna cívka tlačit, druhá táhnout – každá je jinak polarizovaná.
  • Počet kroků motoru lze zdvojnásobit spínáním vždy jedné cívky (obr. A), poté dvojice cívek (rotor se natočí mezi dva póly) a poté zase jedné cívky (obr. B). Počet kroků je možné i zvýšit (mikrokrokování) postupným zapínáním jednotlivých cívek – motor pak má hladší chod. Toho se využívá velmi často.
  • Pokud se cívky přepínají moc rychle, projevuje se tzv. ztráta kroku. Točivé magnetické pole „ujede“ rotoru, který se nedokáže tak rychle otočit. Ztráta kroku může nastat taky při velkém mechanickém zatížení (motor nedokáže zátěž utočit) motoru.
 
Kvůli zamezení ztrátě kroku je nutné pohon s krokovým motorem ideálně předimenzovat. Se vzrůstajícími otáčkami strmě klesá kroutící moment motoru. Největší moment má motor při nulových otáčkách. Běžně se dají sehnat drivery pro krokové motory se zpětnou vazbou. Krokový motor se pak přibližuje servomotoru. Důležité je omezit rezonance připojené zátěže. Může se stát, že i když motor nebude běžně přetížen, tak při určité frekvenci (rychlosti) může docházet ke ztrátě kroku.
Konstrukce krokového motoru

Na obrázku výše je „reálná“ mechanická konstrukce dvoupólového krokového motoru. Na rotoru je 30 vyniklých pólů (rozmístěných po 12°), na statoru 2 pólové dvojice, každá se třemi vyniklými póly.

Proud prochází cívkami A1 a A2, rotor je tedy natočen tak, aby byla vzduchová mezera co nejmenší (malý magnetický odpor). Připojením napětí na cívky B1 a B2 se rotor opět otočí do polohy s nejnižším magnetickým odporem, tedy o polovinu pólových nástavců rotoru, tedy o 6°. Rotor je tvořen magnetickým materiálem, záleží tedy na polaritě připojeného napětí, jakým směrem se bude rotor pohybovat.

Krokový motor Microcon SX17–1705

 

Parametry motoru Microcon SX17–1705

  • Úhel pootočení: 1,8°
  • Rozměr: 42×42×48 mm
  • Průměr hřídele: 5 mm
  • Statický moment: 0,5 Nm (bipolární napájení)
  • Jmenovitý proud: 1,7 / 3,4 A (sériové/paralelní zapojení)
  • Indukčnost: 3,2 / 0,8 mH (sériové/paralelní zapojení)
  • Odpor: 2,4 / 0,6 Ω (sériové/paralelní zapojení)
  • Zbytkový moment: 0,026 Nm
  • Hmotnost: 0,35 kg
Krokový motor Microcon SX17–1705
Odšroubovaná zadní strana motoru
Odstraněná zadní strana motoru
Stator
Detail napojení cívek
Vyniklé póly statoru
Rotor s ložisky
Detail rotoru
Natočení rotoru ve statoru (všimněte si, že na cívce zcela vpravo jsou póly proti sobě)

  1. ja ja

    Zaujimave co sa pise na tejto stranke.Ale treba aj dalsie informacie o krokovom motore.Myslim,ze vela ludi o tom nevie a je dobre aby si to vyskusali sami na sebe.Staci roztocit krokovy motor vrtackou apri dosiahnuti urcitych otackach,zatazit krokovy motor nizkou impedanciou zataze,teda nizkym odporom,ale spojit vystupy krokoveho motora ako do skratu.Krokovy motor zapojeny ako generator zacne zrychlovat a to sa aj prejavi znizenim prikonu.Preto je lepsie si to vyskusat.Funguje to na akykolvek krokovy motor.Len krokovy motor a to lacnejsi aj drahsi.:-)

  2. ja ja

    Krokovy motor,ktory ma viac polov,zrychluje pri nizsich otackach.Krokovy motor,ktory ma menej polov,zrychluje pri vyssich otackach.Taktiez to plati aj pre motorcek z mikrovlnky a starsich praciek z programatoru­.Zrychlenie sa prejavuje aj pri dynamku z bicykla,ale pri vyssich otackach a vyraznejsie sa prejavuje zrychlenie pri priamom spojeni vystupu ako do skratu.Pri prerusovani vystupu cievky dynamka sa zrychlenie prejavuje menej.

  3. ja ja

    A tu je aj stranka na Adams alternator kde sa zrychlenie prejavuje taktiez.Na tejto stranke je presnejsie opisane ako k tomuto zrychleniu dochadza.Nazyva sa to aj ohybanie Lenz zakona. Stranka : http://www.zyneng.com/?…

  4. Petr Smažík Petr Smažík

    Dobrý den,
    mám takový problém, na jednom zemědělském stroji je namontován krokový motor, jeho otáčky se mění v závislosti na pojezdové rychlosti. Ten motor nemění otáčka plynule, ale skokově, což způsobuje chvění. Taková laická otázka: je vůbec možné, aby se otáčky tohoto motoru měnily plynule?
    Díky, za odpověď Petr Smažík

    Peťan: Ano, u krokového motoru je možné měnit otáčky plynule. Záleží na frekvenci napájení (to řeší driver). Krokovými motory se běžně osazují 3D tiskárny, malé frézky a podobně. Bez plynulé změny rychlosti by toto nefungovalo. Co to je za zemědělský stroj? Nenapadá mě nic, na čem by mohl být krokový motor.

  5. Petr Smažík Petr Smažík

    Díky za odpověď,
    ten motor je na secím stroji a přes spojku pohání výsevní ústrojí (plastové soukolí). Ty otáčky se mění pořád (podle toho jaká je aktuální pracovní rychlost). Tím jak se motor pořád zpomaluje a zrychluje, dochází k velkému namáhání plastového soukolí a to se pak rychle opotřebuje. Kdyby se otáčky měnily plynule, pak by se podle mě toto nedělo. Rád bych poslal fotku, ale sem ji bohužel nevložím. Mohl bych Vám ji poslat na e-mail, když mi ho pošlete.
    Podle mě je ten motor špatně zvolený, ale s výrobcem není řeč.
    Díky, zdraví Petr Smažík

    Peťan: Fotku můžete poslat na mail info@mylms.cz. Ale nic neslibuju… Ono jde o to, jak je řešená ta regulace otáček – motor sám si rychlost nerozhoduje.

    • Sharkus Sharkus

      bylo by dobre napsat co presne je to za motory a jak jsou ovladane. pokud by byly přez klasický driver (set-dir-enabled) tak se u některých driverů dá zapnout PWM interpolace (neplest s mikrokroky) kdy z jedne polohy do druhe neprechazi skokove ale napríklad prez 256 kroků (treba u tiskaren oblibene TMC21XX/22XX)coz efektivne eliminuje jakekoliv vibrace, piskani a podobne neresti. navíc je u takto ovladaneho motoru menci riziko straty kroku

  6. kuba kuba

    Zdravím, a šlo by ovládat krokový motor s PLC logo8 ale video s PLC S7-1200 bych uvítal.

    • Sharkus Sharkus

      Což o to, ovládat jej ať už na přímo či pomocí driveru není žádný problém. Stačí jen generovat na výstupech příslušné signály. Horší to už ale bude s jeho rychlostí. Při klasickém motoru 1,8° bych to vyděl u reléových výstupů na cca 0,3 ot/min a u tranzistorů tak okolo 3 ot/min což je docela málo. (vycházíme-li z doby potřebné pro zpracování funkčních bloků (v datasheetu uvádí průměr 10 Hz na výstupech) a mezní frekvence spínání pro reléové výstupy (opět se uvádí 0.5 Hz ale v praxi kmitají rychleji))

      Peťan: Jak píše Sharkus. Z Loga moc rozumné rychlosti nedostaneš. Není na to uzpůsobeno. U té S7-1200 je to úplně jiné. Ta má na to přímo konfiguraci výstupů a funkční bloky.

  7. kuba kuba

    Jak je to s dostupnosti S7-1200

    Peťan: Dá se v pohodě koupit. Samozřejmě, že je nutné mít software (TIA portal). Doporučuji se podívat po nějakém „starter kitu“.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna.