Charakterystyki mechaniczne

i rodzaje pracy

Obok takich parametrów, jak wartoœæ k¹ta

skoku podstawowego, maksymalny moment

statyczny oraz maksymalny moment rozru-

chowy, napiêcie zasilania i znamionowy, usta-

lony pr¹d pasma uzwojenia, najwa¿niejsze

z punktu widzenia u¿ytkownika s¹ charaktery-

styki mechaniczne, czyli zale¿noœæ momentu

elektromagnetycznego rozwijanego przez sil-

nik od œredniej prêdkoœci wirowania wirnika.

Prêdkoœæ ta jest wprost proporcjonalna do

czêstotliwoœci impulsów steruj¹cych, odwrot-

nie proporcjonalna do liczby taktów komuta-

cji w cyklu i zale¿y od typu silnika skokowego:

dla silnika o wirniku z magnesem trwa³ym bê-

dzie n = 60f/kp obr/min, a dla silnika o wirniku

reluktancyjnym bêdzie n = 60f/kZ

r

obr/min.

Charakterystyki mechaniczne bardzo silnie za-

le¿¹ od typu silnika i zasilacza oraz od rodza-

ju komutacji i sposobu sterowania. Na rys. 17

przedstawiono czêsto spotykany przebieg cha-

rakterystyk mechanicznych. Krzywa A – zwa-

na charakterystyk¹ momentu rozruchowego

– wyznacza wartoœci graniczne momentu ob-

ci¹¿enia, dla których mo¿liwe jest przejœcie od

stanu pracy statycznej do stanu pracy kinema-

tycznej ustalonej, w wyniku skokowego wzro-

stu czêstotliwoœci impulsów steruj¹cych od ze-

ra (praca statyczna) do zadanej wartoœci, bez

zgubienia czy nadrobienia skoku. Punkty prze-

ciêcia siê charakterystyki z osiami rzêdnych

i odciêtych wyznaczaj¹ odpowiednio: maksy-

malny moment rozruchowy (w stanie statycz-

nym): T

roz max

i maksymaln¹ czêstotliwoœæ

przy rozruchu (w stanie ja³owym): f

roz max

.

Zwiêkszaj¹c np. p³ynnie i dostatecznie wolno

czêstotliwoœæ impulsów steruj¹cych (przy usta-

lonym obci¹¿eniu), mo¿na silnik rozpêdziæ do

wiêkszych prêdkoœci ni¿ wynikaj¹ce z prze-

biegu krzywej A. Graniczne mo¿liwoœci silnika,

przy takim postêpowaniu, wyznacza przebieg

krzywej B, zwanej graniczn¹ charakterystyk¹

momentu. Punkt przeciêcia siê tej krzywej

z osi¹ odciêtych wyznacza maksymaln¹ czê-

stotliwoϾ pracy f

pr max

. Miêdzy krzywymi

Ai B rozci¹ga siê obszar pracy przyspieszonej,

w którym silnik nad¹¿a za wystarczaj¹co wol-

nymi zmianami czêstotliwoœci impulsów steru-

j¹cych lub obci¹¿enia, ale nie realizuje rozruchu,

17

SILNIKI SKOKOWE

(4)

nawrotu, a tak¿e nie zatrzyma siê bez wybie-

gu. Na zewn¹trz obszaru ograniczonego krzy-

w¹ B silnik wypada z synchronizmu z impulsa-

mi steruj¹cymi i zatrzymuje siê.

Uwaga:

Wszystkie podawane w katalogach charak-

terystyki mechaniczne dotycz¹ nie tylko kon-

kretnego typu silnika, ale tak¿e konkretnego ro-

dzaju sterownika i konkretnej (zwykle nie po-

dawanej) procedury sterowania.
Przy pracy silnika skokowego w uk³adzie na-

pêdowym mog¹ pojawiæ siê mechaniczne

drgania rezonansowe. Rezonans podstawowy

wyst¹pi wówczas, gdy czêstotliwoœæ impul-

sów steruj¹cych jest zbli¿ona do czêstotliwo-

œci drgañ w³asnych uk³adu napêdowego. Zja-

wisko rezonansu mo¿e te¿ wyst¹piæ przy czê-

stotliwoœciach wielokrotnie ni¿szych (rezonans

podharmoniczny) i wielokrotnie wy¿szych (re-

zonans parametryczny). Wystêpowanie rezo-

nansu powoduje, ¿e silnik mo¿e straciæ stero-

walnoœæ, jeœli t³umienie w uk³adzie – zw³a-

szcza typu tarcia lepkiego – jest niewystar-

czaj¹ce. Jeœli w procesie sterowania nie prze-

widziano odpowiedniej procedury t³umienia

drgañ lub omijania strefy rezonansowej, to

praca silnika, szczególnie w zakresie rezo-

nansu podstawowego, nie jest zalecana, gdy¿

grozi wypadniêciem silnika z synchronizmu.

Rozró¿nia siê nastêpuj¹ce stany pracy silników

skokowych:

q

praca statyczna, w której komutacja jest

przerwana, a pr¹dy w zasilanych pasmach

maj¹ wartoœci ustalone (patrz charakterystyka

k¹tow¹ momentu – rys.10);

q

praca quasi-statyczna, zwana te¿ prac¹

start-stopow¹, ma miejsce wówczas, gdy czê-

stotliwoϾ wykonywania przez wirnik kolej-

nych skoków jest na tyle ma³a, ¿e ka¿dy kolej-

ny skok odbywa siê ze stanu statycznego (za-

trzymanego);

q

praca kinematyczna ustalona wystêpuje

wtedy, gdy silnik jest sterowany impulsami

o sta³ej czêstotliwoœci, a prêdkoœæ chwilowa wir-

nika jest prawie równomierna;

q

praca dynamiczna, to praca w stanach

przejœciowych takich jak: rozruch, hamowa-

nie i nawrót; dla wszystkich odmian silników

skokowych zachodzi nastêpuj¹ca relacja miê-

dzy czêstotliwoœciami w zakresie pracy dyna-

micznej: f

pr

> f

roz

> f

ham

>f

naw

.

Na rys. 18 przedstawiono przyk³adowe przebie-

gi drogi k¹towej silnika skokowego dla czterech

impulsów steruj¹cych. Dla przebiegu 2 czê-

stotliwoœæ impulsów by³a dwa razy wiêksza,

a dla przebiegu 3 – dziesiêæ razy wiêksza od

czêstotliwoœci dla przebiegu 1. Natomiast na

rys. 19 przedstawiono porównanie pracy pe³no-

skokowej z prac¹ pó³skokow¹ niesymetryczn¹.

Silniki skokowe produkowane

w Polsce

Obecnie w Polsce silniki skokowe ogólnie do-

stêpne, produkowane s¹ jedynie przez firmê

”Mikroma”. S¹ to silniki reluktancyjne, cztero-

pasmowe o skoku podstawowym 15

o

, silniki

z magnesem trwa³ym namagnesowanym wie-

lobiegunowo na wirniku, czteropasmowe o sko-

ku podstawowym 7,5

o

oraz silniki o wirniku hy-

brydowym, czteropasmowe o skoku podstawo-

wym 3,6

o

i 1,8

o

, a tak¿e piêciopasmowe o sko-

ku podstawowym 0,72

o

. Zakres napiêæ zasi-

laj¹cych od 1,9 do 28 V, a maksymalny mo-

ment elektromagnetyczny mieœci siê

w przedziale od 24 do 1800 mN.m przy masie

silników od 0,15 do 2,5 kg. Maksymalna czê-

stotliwoϾ rozruchu wynosi ok. 270

÷

700 Hz,

a maksymalna czêstotliwoœæ pracy ok.

330

÷

1800 Hz.

Nale¿y pamiêtaæ, ¿e przy doborze silnika na-

le¿y korzystaæ z firmowych katalogów produ-

centa i zwracaæ uwagê dla jakiego typu ste-

rownika producent gwarantuje podawane pa-

rametry.

n

Andrzej Pochanke

L I T E R A T U R A

[1] Acarney P.P.: Stepping motors: a guide to modern the-

ory and practice. Peter Peregrinus, London 1992.

[2] Iwobotienko B.A. i inni: Dyskretne napêdy elektrycz-

ne z silnikami skokowymi. WNT, Warszawa 1975.

[3] Kenjo TT., Sugawara A.: Stepping motors and their

microprocessor controls. Clarendon Press, Oxford 1994.

[4] Owczarek J., Pochanke A., Sochocki R.: Elektrycz-

ne maszynowe elementy automatyki. WNT, Warszawa

1983.

[5] Sochocki R.: Mikromaszyny elektryczne. OWPW,

Warszawa 1996.

[6] Wróbel T.: Silniki skokowe. WNT, Warszawa 1993.

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 11/2003

r

SIÊGAMY

DO PODSTAW

T

e

A

B

n

0

f

T

emax

T

eroz max

f

roz max

f

pr max

Rys. 17. Charakterystyki mechaniczne

silnika skokowego

Rys. 18. Przyk³adowe przebiegi drogi k¹towej

silnika skokowego dla impulsów steruj¹cych

o ró¿nej czêstotliwoœci

0

ϑ

ϑ

Czas

3 2 1

Skok podstawowy

↔

↔

0

1/2 skoku

Czas

Rys. 19. Porównanie pracy pe³noskokowej

z prac¹ pó³skokow¹