Badanie silnika skokowego
Silnik skokowy (krokowy) , jest przetwornikiem energii przetwarzającym sygnały elektryczne (ciąg impulsów sterujących) w mechaniczne przesunięcie kątowe o charakterze dyskretnym. Kąt obrotu wału silnika skokowego jest proporcjonalne do liczby impulsów sterujących , a prędkość silnika do częstotliwości tych impulsów. Impuls sterujący powoduje, że cewki (w przypadku uzwojenia skupionego) lub pasma (w przypadku uzwojenia rozłożonego) uzwojenia wzbudzenia silnika zostają, za pośrednictwem komutatora elektronicznego, zasilone określonym układem napięć utrzymywanym na nich do czasu pojawienia się następnego impulsu sterującego powodującego zmianę układu napięć. Powoduje to zmianę rozpływu prądu w uzwojenia silnika i skokową zmianę kierunku strumienia magnetycznego, a co za tym idzie obrót wirnika o określony kąt zwany skokiem. Stany elektryczne uzwojenia noszą nazwę taktów komutacji. Tworzą one cykl komutacji. Cyklowi odpowiada taka liczba taktów komutacji (skoków wirnika), dla której wał wirnika wykona 360⁰ obrotu.

Zalety:

- kąt obrotu silnika jest proporcjonalny do ilości impulsów wejściowych,

- silnik pracuje z pełnym momentem w stanie spoczynku (o ile uzwojenia są zasilane),

- precyzyjne pozycjonowanie i powtarzalność ruchu - dobre silniki krokowe mają dokładność ok. 3 - 5% kroku i błąd ten nie kumuluje się z kroku na krok,

- możliwość bardzo szybkiego rozbiegu, hamowania i zmiany kierunku,

- niezawodne - ze względu na brak szczotek. żywotność silnika zależy zatem tylko od żywotności łożysk,

- zależność obrotów silnika od dyskretnych impulsów umożliwia sterowanie w pętli otwartej, przez co silnik krokowy jest łatwiejszy i tańszy w sterowaniu,

- możliwość osiągnięcia bardzo niskich prędkości synchronicznych obrotów z obciążeniem umocowanym bezpośrednio na osi,

- szeroki zakres prędkości obrotowych uzyskiwany dzięki temu, że prędkość jest proporcjonalna do częstotliwości impulsów wejściowych,

- jedną z najbardziej znaczących zalet silnika krokowego jest możliwość dokładnego sterowania w pętli otwartej. Praca w pętli otwartej oznacza, że nie potrzeba sprzężenia zwrotnego - informacji o położeniu. Takie sterowanie eliminuje potrzebę stosowania kosztownych urządzeń sprzężenia zwrotnego, takich jak enkodery optoelektroniczne. Pozycje znajduje się zliczając impulsy wejściowe

Wady:

- rezonanse mechaniczne pojawiające się przy niewłaściwym sterowaniu,
- trudności przy pracy z bardzo dużymi prędkościami.
Stanowisko badawcze:

1.W jaki sposób sterujemy zmianą kierunku obrotów w silniku skokowym?
Poprzez zmianę kolejności załączania pasm.

2.Jakie są podstawowe różnice w budowie i sposobie zasilania pomiędzy silnikiem skokowym reluktancyjnym a silnikiem skokowym z magnesami trwałymi?

Reluktancyjny:
Budowa:

Posiada uzębiony wirnik z miękkiej magnetycznie stali(bez uzwojeń). Uzwojenia znajdują się na stojanie. Szczelina powietrzna między stojanem i wirnikiem jest nierównomierna(zmienna reluktancja obwodu magnetycznego). Wirnik obraca się swobodnie, gdy uzwojenia stojana nie są zasilane.

Działanie:

Moment obrotowy takie silnika wynika z istnienia różnej reluktancji magnetycznej w osiach maszyny. Reluktancja jest najmniejsza przy kącie równym 0. Linie pola magnetycznego wykazują dążenie do zamknięcia się w obwodzie o najmniejszej reluktancji. W ten sposób powstaje moment zwany reluktancyjnym, który zawsze dąży do ustawienia wirnika w położeniu równym 0 stopni.

Z magnesami trwałymi:

Budowa:

Wirnik zbudowany z magnesów trwałych. Uzwojenia na stojanie.

Działanie:

Na stojanie znajdują się bieguny, na których umieszczone są pasma uzwojenia. Do pasm uzwojenia sterującego podawane są impulsy. Pod wpływem wytworzonego momentu synchronizującego po każdym impulsie wirnik obraca się o kąt skoku.

Sposób zasilania w skrócie:

Z magnesami trwałymi:

Wzbudzeniem w stojanie jest magnes, a zasila się uzwojenia wirnika, konieczny komutator.

Reluktancyjny:

Zasila się uzwojenia biegunów wzbudzenia w stojanie, wirnik ferromagnetyczny obraca się by uzyskać jak najmniejszą reluktancję.

3. Jakie zjawiska mają wpływ na maksymalną częstotliwość pracy silnika skokowego?
Częstotliwość graniczna f_g silnika skokowego jest to największa częstotliwość impulsów zasilających silnik krokowy, przy której jeszcze każdemu kolejnemu impulsowi, przy płynnym zwiększaniu częstotliwości od zera, odpowiada przesunięcie liniowe lub kątowe o znamionową wartość skoku.

Wpływ ma:

- bezwładność silnika

- ilość zębów

- ewentualnie możliwość z jaką układ jest w stanie zapewnić odpowiednią komutację elektroniczną