SILNIKI KROKOWE:

1. VR - silniki o zmiennej reluktancji. 2. Silniki z magnesem stałym. 3. Silniki hybrydowe. 4. Animacje.

VR - silniki o zmiennej reluktancji.

do góry Zaletą tych silników jest zasadniczo bardzo proste sterowanie jak również prosta budowa. Budowa oparta jest na wykorzystaniu pola magnetycznego i zmniejszeniu oporu magnetycznego przez zamknięcie obwodu zworą, podobnie jak to ma miejsce w przekaźniku. Działanie przekaźnika i elektromagnesu pokazane jest na poniższym rysunku. Silniki krokowe nie mają uzwojeń w wirniku a tylko w stojanie i to sprawia, że nie posiadają pierścieni ani szczotek. Dzięki temu trwałość ich jest bardzo duża. Przez przyciąganie kotwicy układ zmniejsza opór magnetyczny a opór magnetyczny to reluktancja. Przyczyną ruchu wirnika jest podobnie jak w przekaźniku dążenie do zamknięcia obwodu magnetycznego i zmniejszenie oporu magnetycznego-zwane reluktancją. Aby silnik mógł wirować nie wystarczy jedna cewka. Na poniższym rysunku pokazano silnik z trzema uzwojeniami a stator 6 biegunów. Wirnik ma cztery zęby i jego działanie pokazane jest poniżej na rysunku a,b,c,d, gdzie przy każdym zasilaniu jednego uzwojenia wirnik obróci się o 30 stopni itd. Ze względu na brak magnesów trwałych, wirnik nie zasilanego silnika reluktancyjnego może się swobodnie obracać, co różni go od innych silników krokowych. Silniki reluktancyjne nie mają dobrych parametrów i zostały wyparte przez inne rodzaje silników krokowych.

Silniki z magnesem stałym.

do góry Silniki te nazywane są silnikami PM z angielskiego Pernament Magnet. Krótko mówiąc jego działanie polega na wzajemnym przyciąganie się biegunów różnoimiennych a odpychaniu jednoimiennych. Jeśli jeden z magnesów zastąpimy elektromagnesem zjawisko będzie identyczne a chcąc zmienić biegunowość elektromagnesu zmieniamy tylko kierunek prądu jak pokazano na rysunku. Najprostszy silnik z magnesem stałym mógłby mieć dwa uzwojenia a wirnik byłby namagnesowany promieniowo. Poniższy rysunek pokazuje poszczególne fazy cyklu. Cztery fazy tworzą pełen cykl i wirnik wykonuje pełen obrót. Tym razem mamy tylko dwa uzwojenia, ale w poszczególnych odcinkach czasu prąd płynie w nich w przeciwnych kierunkach. Jeden skok w takim silniku to obrót o 90 stopni, co nie jest korzystne. W celu uzyskania skoku jak najmniejszego należałoby zwiększyć liczbę biegunów wirnika. Wirnik silnika nie posiada wtedy zębów, lecz jest namagnesowany naprzemiennie biegunami N i S. Nie jest to pojedynczy magnes tylko jakby złożenie kilku magnesów. Uproszczoną budowę wewnętrzną jednej z odmian silnika z magnesem stałym pokazano na rysunku poniżej. Przepływ prądu przez uzwojenie 1 równoznaczne jest z powstaniem elektromagnesu o biegunach pokazanych na rysunku a. Przyciągające się magnesy spowodują odpowiednie ustawienie wirnika. Jeśli przestanie płynąć prąd w uzwojeniu pierwszym a popłynie w uzwojeni 2, zaczną oddziaływać elektromagnes 2 i bieguny wirnika oznaczone Z-Z. Wirnik obróci się zgodnie z ruchem wskazówek zegara o kąt 30 stopni i ustawi w położeniu na rysunku b., Aby w następnym kroku uzyskać obrót o 30 stopni należy uzyskać biegunowość magnesu 1 rys. c. Osiągamy to poprzez zmiany kierunku prądu w tym uzwojeniu w stosunku do sytuacji z rys. a. Następny krok i obrót o 30 stopni uzyskamy, jeśli w uzwojeniu 2 popłynie prąd w kierunku przeciwnym niż wcześniej jak na rys. d. Kolejny skok i obrót uzyskamy w sytuacji analogicznej jak na początku rys. e. Silnik ten ma 2 pary biegunów stojana i 3 pary biegunów wirnika. Stosując większe liczby biegunów stojana i wirnika można uzyskać mniejszy skok.

Silniki hybrydowe.

do góry Silniki te oznaczamy skrótem HB od angielskiego hybrid. W silniku HB magnes jest, ale pełni inną role niż w silniku PM. Wirnik jest tu namagnesowany osiowo. Wirujące pole magnetyczne nie może " zabrać ze sobą" namagnesowanego wirnika, bo kierunki obu pól są niewłaściwe prostopadłe. Silniki hybrydowe przypominają silniki VR o bardzo dużej liczbie biegunów i zębów wirnika. Czoła biegunów stojana oraz powierzchnia wirnika mają małe kanaliki pokazane na poniższym rysunku. Obecność magnesu powoduje, że nawet bez magnesu stojana wirnik stara się znaleźć takie położenie, żeby wypadkowa oporność magnetyczna obwodu była jak najmniejsza. Następuje to, gdy jak najwięcej żłobków stojana i wirnika jest ustawionych naprzeciw siebie- rys. poniżej. W silniku, HB wirujące pole stojan a nie zabiera z sobą namagnesowanego wirnika, tylko przerzuca wirnik z jednego położenia do drugiego na zasadzie, jak w silniku VR. Możliwe jest to właśnie dzięki przesunięciu "północnej" i "południowej" części wirnika o pół ząbka. Obecność magnesu poprawia właściwości silnika. Powyższy rysunek pokazuje wzajemne pozycje ząbków przy różnym namagnesowaniu biegunów stojana. Rysunek ten pokazuje poszczególne stany przy najprostszym sterowaniu tzw. falowym. Wirnik silnika HB ma kilkadziesiąt do kilkuset "ulubionych pozycji", a kolejne impulsy sterujące w pewien sposób przerzucają wirnik z jednej takiej pozycji do następnej. Im więcej ząbków- żłobków, tym dokładniej można kontrolować ruch wirnika. Silnik HB dzięki obecności magnesu trwałego ma też znacznie lepsze charakterystyki momentu od silników VR i PM. Silniki VR i HB mają o kilka biegunów w sumie zawierają dwa uzwojenia, podzielone na sekcje. Uproszczony model z dwoma uzwojeniami ilustruje poniższy rys. a. Rys. b pokazuje sposób sterowania z wykorzystaniem dwóch mostków tranzystorowych. Nazywane są one często mostkami H. W mostkach można też stosować tranzystory MOSFET N, MOSFET P, NPN, PNP, ale najczęściej są to albo tranzystory biopolarne NPN, albo MOSFET, N. Aby uprościć sterownik wystarczy zastosować uzwojenie z odczepem w środku. Rys. poniżej. Prądy płyną niejako w tym samym kierunku, dlatego silniki z dzielonym uzwojeniem nazywane są silnikami unipolarnymi. Jeżeli w silniku prądy uzwojeń w kolejnych fazach płyną w obu kierunkach, silniki takie nazywamy silnikami biopolarnymi. W silniku unipolarnym połówki uzwojenia pracują na przemian, więc jedna z nich jest zawsze nie wykorzystana, co zmniejsza maksymalne osiągi. W silniku biopolarnym pracuje całe uzwojenie i możliwości silnika można w pełni wykorzystać. Jeszcze więcej możliwości daje silnik z czterema niezależnymi uzwojeniami. Może pracować jako unipolarny, a także jako biopolarny przy szeregowym i równoległym połączeniom uzwojeń rys. poniżej. Przy połączeniu równoległym rys. d silnik będzie prawidłowo pracował przy napięciu zasilania niższym, niż przy połączeniu szeregowym i będzie miał leprze osiągi przy dużych prędkościach. Przy połączeniu szeregowym moment obrotowy jest większy przy małych prędkościach. Bardzo dobry sposób na wykorzystanie wszystkich uzwojeń silnika biopolarnego jak i silnika unipolarnego pokazują poniższe rys Rys.-1-W każdej fazie cyklu zasilane są 2 uzwojenia. Nie dzieje się przy tym nic złego- bieguny wirnika ustawiają się naprzeciw biegunów stojana, tylko w połowie drogi między nimi. W silniku unipolarnym można tak samo zasilać 2 z 4 uzwojeń, co polepsza moment i moc silnika rys. 2. Sterowanie zarówno silników biopolarnych jak i unipolarnych pokazanych na rys. 1,2 nazywane jest sterowaniem pełnokrokowym. Jeszcze częściej wykorzystuje sterowanie półkrokowe. Sekwencja sterująca i położenie przykładowego silnika biopolarnego- rys.3 i silnika unipolarnego rys. 4. Na przemian zasila się jedno oraz dwa uzwojenia, przez co bieguny ustawiają się albo naprzeciw biegunów stojana, albo w połowie między nimi. Osiągi silnika są wprawdzie nieco gorsze niż przy pracy pełno krokowej, ( bo nie zawsze oba uzwojenia są zasilane), jednak praca półkrokowa ma istotne zalety.

---